Summary

Экспериментальная оценка мыши Общительность с помощью автоматизированной обработки изображений подход

Published: May 15, 2016
doi:

Summary

Этот протокол описывает метод количественной оценки мыши коммуникабельность. Мыши на видеопленку, как они двигаются и взаимодействуют в специальной клетке. Обработка Movie позволяет автоматизированной количественной оценки общительности с высокой точностью и надежностью.

Abstract

Мышь является предпочтительной моделью организма для тестирования лекарств, предназначенных для повышения коммуникабельности. Мы представляем метод количественной оценки общительности мыши, в котором тест мыши помещается в стандартном аппарате и соответствующие формы поведения оцениваются трех различных сессий (называется сессия I, II и III).

Устройство имеет три отделения (смотри рисунок 1), левый и правый отсеки содержат перевернутую чашку , которая может разместится мышь ( так называемый "стимул мышь").

В Сессия I, тест мышь помещают в клетку и ее подвижность характеризуется числом переходов, сделанных между отсеками. В сессии II, стимул мыши находится под одной из перевернутых чашек и коммуникабельность испытательной мыши количественно с помощью количества времени он тратит около чашку , содержащую прилагаемую стимул мыши против пустого перевернутой чашки. В сессии III, перевернутые чашки удалили d оба мышей свободно взаимодействуют между собой. Общительностью тестовой мыши в сессии III количественно определяется числом социальных подходов оно делает к стимульном мыши и сколько раз он избегает социальный подход, стимул мыши.

Автоматизированная оценка фильма обнаруживает нос тест мыши, что позволяет определить все описанные меры общительности в сессии I и II (в сессии III, подходы определены автоматически, но классифицируются вручную). Чтобы найти нос, образ пустой клетки в цифровой форме вычитают из каждого кадра из фильма и полученное изображение бинаризуется идентифицировать пиксели мыши. Хвост мыши автоматически удаляется и две наиболее удаленные точки оставшейся мыши определяются; это близко к носу и основания хвоста. Анализируя движение мыши и используя аргументы непрерывности, нос идентифицируется.

</ Html"Рисунок 1" SRC = "/ файлы / ftp_upload / 52508 / 52508fig1.jpg" />
Рисунок 1. Оценка Общительность течение 3сессий Сессия I (сверху):.. Acclimation тестовой мыши к клетке Сессия II (средний):. Тест мышь свободно перемещаться в клетке , в то время как стимул мыши заключена в перевернутой чашки Сессия III (внизу): Оба теста мыши и стимул мыши могут свободно перемещаться и взаимодействовать друг с другом.

Introduction

Недостатками коммуникабельность является одним из основных симптомов доменов в диапазоне неврологическими расстройствами, в том числе расстройств аутистического спектра (РАС) 1,2. Это существенно ограничивает способность пациентов развивать отношения и в значительной степени влияет на пациентов, семей и лиц , осуществляющих уход 2,3.

В попытке лучше понять механизм , лежащий в основе нарушенную коммуникабельность и разработки методов лечения, несколько мышиных моделей изучались 1,4-9. Одним из таких является штамм BALB / с мыши, инбредным штамм , который проявляет поразительно низкую коммуникабельность, напоминающие черты наблюдаются у пациентов с ASD5 8-12. Так , например, BALB / C мыши отображает более низкую частоту социальных подходов и , как правило , негативный ответ на социальные подходы раздражителем мыши (например, социальное избегания) , чем компаратор напряжения Swiss Webster 10.

Для того, чтобы проверить, является ли effectiv предложенное лечениее в повышении коммуникабельности, необходимы объективные меры. Широко принято рамки для анализа общительности в стандартизированном аппарат , который имеет три отделения (см рисунок 1).

Левый и правый отсеки содержат каждая перевернутую чашку проволоки, которая вмещает социально заметную стимул мыши. Тест мыши выпущена в устройство для трех интервалов 10 мин (сеансов I-III); Сессия I оценивает двигательную активность тест-мыши, в то время сессии II и III оценить различные аспекты общительности тестового мыши.

В сеансе я, тест мыши дают акклиматизироваться к устройству. В этой сессии, число переходов, что тест мыши делает между различными отсеками измеряется. Важно отметить, что меры коммуникабельность, полученные в стандартном трехсекционном аппарата зависит от двигательной активности, а также снижение двигательной активности может запутать интерпретацию Sociспособность данных.

В сессии II, тест мыши свободно перемещаться и стимул мыши находится под одной из перевернутых чашек (уравновешенный). Мыши раздражителя 4-недельных беспородных мышей-самцов ICR, возраста и пола соответствует испытуемым мышей. Стимул мыши заключена в перевернутой чашке в сторону обозначенной как социальный отсек, а пустой перевернутый чашка помещается в указанную сторону, как несоциальна отсека. В сессии II, общительностью тестовой мыши количественно путем сравнения времени прохождения вблизи от "социального" перевернутой чашки (менее 2 см от отеля) против времени он проводит рядом с "асоциальный" перевернутой чашки, и к тому времени , она проводит в социальной купе против времени он проводит в несоциальна отсеке. Swiss Webster мышей компаратор проводят значительно больше времени в социальной отсеке рядом с социальной перевернутой чашки по сравнению с BALB / с мышей, которые не показывают никакого существенного предпочтение социальнойперевернутая чашка или социальное отделение 12.

В сессии III, испытания и стимулирования мышей могут свободно взаимодействовать (перевернутые чашки удалены). Меры общительности, стереотипные модели поведения и переходы между отсеками надежно получены в третьей сессии 10 мин свободного взаимодействия между тестом и стимулирования мышей и анализировали. В этом докладе, коммуникабельность испытательной мыши количественно с помощью двух мер: 1) число социальных подходов он делает к стимул мыши, где социальный подход определяется как движение вперед (нос сначала) в направлении стимула мыши так, чтобы нос менее 2 см от стимула мыши; 2) число избеганий социальных подходов стимула мыши. Тест мыши считается избегать подхода, если он поворачивает или отдаляется от стимула мыши, или если она временно прекращает движение ( "замирания") после того, как стимул мыши подошел тест мыши. BALB /гр мышей показывают снижение числа социальных подходов , сделанных в направлении стимула мыши и увеличение числа отрицательных ответов на социальных подходов стимула мыши, по сравнению с компаратором штамма Swiss Webster 10.

Оценка поведенческих фильмов традиционно делается вручную, т.е. путем тщательного просмотра фильма (возможно , на пониженной скорости) и активации секундомера в течение времени мышь проводит в определенном отделении или рядом с одним из перевернутых чашек 10. Этот метод требует, наблюдая фильма несколько раз, и, следовательно, очень много времени. Кроме того, точность ограничена по времени реакции рейтер для измерения секундомера и способности воспринимать ли мышь в пределах 2 см от перевернутой чашки. В недавней работе, двух соединений, (D-серин и D-циклосерин) доказали свою эффективность в восстановлении общительность BALB / с мышей 9,10,12. Известно, что оба компонента ППБУпоздно рецептор NMDA, который , как известно, играет центральную роль в социальном поведении 2,12. Большой массив соединений, как известно, модулировать активность рецептора NMDA в различных четко определенных способов, и потенциал для прорыва в лечении ASD делает ускоренную оценку этих соединений приоритет и быстрый автоматический метод оценки весьма желательно.

Ниже описан автоматический процедура анализа, разработанная для оценки общительности мыши. Он использует методы обработки изображений на всех кадрах из фильмов мыши, чтобы определить положение мыши или мышей. В сессиях I и II, он дополнительно определяет положение носа и использует его для вычисления меры общительности. В сессии III, он автоматически определяет все подходы, но требуется ручное классификация (социальный подход, социальная избегание, или другой).

Protocol

Протокол для простоты объяснения было разделено на 2 части: 1) Экспериментальная процедура и 2) автоматизированный анализ. Все животные были обработаны в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных 15, и все процедуры были одобрены уходу и использова…

Representative Results

На рисунке 3 показан цвет рамки поведенческом фильма с пустой клеткой. Мышь не была введена в клетку еще. Положение чашки, (социальные и несоциальна) и границ компартментов накладываются. Цвет рамки пустой клетке преобразуется в 8 бит в оттенках серого , как показано на рису?…

Discussion

Объединив видеосъемку мышей и автоматический анализ фильма, мы создали доступную, надежную высокую пропускную способность методики скрининга.

Точность автоматизированного анализа сравнивали с результатами ручного анализа для более чем 100 фильмов. В подавляющем больш…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано грантом финансирование из совета Содружества исследований в области здравоохранения Вирджинии.

Materials

Plexiglas cage Norva Plastics, Norfolk, VA custom made Dimensions and layout described in manuscript,
can be adjusted according to needs.
Use non-reflective plexiglas for to facilitate image processing
Wire cups Kitchen plus 315 Use one to house stimulus mouse, one empty
Video camera SONY HDR-PJ790 Can be replaced by any camera with
Comparable specifications
OpenCV (Image processing library) Willow Garage N/A Any modern image processing library
can be used.

Referências

  1. Brodkin, E. S. BALB/c mice: Low sociability and other phenotypes that may be relevant to autism. Behavioural Brain Research. 176, 53-65 (2007).
  2. Deutsch, S. I., Burket, J. A., Urbano, M. R., Herndon, A. L., Winebarger, E. E., Mohammadi, M. A. Impaired sociability of the BALB/c mouse, an animal model of autism spectrum disorders, is attenuated by NMDA receptor agonist interventions: clinical implications. Comprehensive Book on Autism Spectrum Disorders. , 323-342 (2011).
  3. Dunn, M. E., Burbine, T., Bowers, C. A., Tantleff-Dunn, S. Moderators of stress in parents of children with autism. Community Mental Health Journal. 37, 39-52 (2001).
  4. Babineau, B. A., Yang, M., Berman, R. F., Crawley, J. N. Low home cage social behaviors in BTBR T+tf/J mice during juvenile development. Physiology & Behavior. 114-115, 49-54 (2013).
  5. Benson, A. D., Burket, J. A., Deutsch, S. I. BALB/c mice treated with d-cycloserine arouse increased social interest in conspecifics. Brain Research Bulletin. 99, 95-99 (2013).
  6. Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. Rapamycin improves sociability in the BTBR T(+)Itpr3(tf)/J mouse model of autism spectrum disorders. Brain Research Bulletin. 100, 70-75 (2014).
  7. Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. D-Cycloserine improves sociability in the BTBR T+ Itpr3tf/J mouse model of autism spectrum disorders with altered Ras/Raf/ERK1/2 signaling. Brain Research Bulletin. 96, 62-70 (2013).
  8. Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Locomotor activity of the genetically inbred BALB/c mouse strain is suppressed by a socially salient stimulus. Brain Research Bulletin. 83, 255-256 (2010).
  9. Deutsch, S. I., et al. D-cycloserine improves sociability and spontaneous typic behaviors in 4-week old mice. Brain Research. 1439, 96-107 (2012).
  10. Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Genetically inbred BALB/c mice differ from outbred Swiss Webster mice on discrete measures of sociability: relevance to a genetic mouse model of autism spectrum disorders. Autism Research. 4, 393-400 (2011).
  11. Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Cannon, W. R., Deutsch, S. I. D-serine improves dimensions of the sociability deficit of the genetically-inbred BALB/c mouse strain. Brain Research Bulletin. 84, 12-16 (2011).
  12. Deutsch, S. I., Burket, J. A., Jacome, L. F., Cannon, W. R., Herndon, A. L. D-Cycloserine improves the impaired sociability of the BALB/c mouse. Brain Research Bulletin. 84, 8-11 (2011).
  13. Shih, F. Y. . Image Processing and Mathematical Morphology: Fundamentals and Applications. , (2009).
  14. Nixon, M. . Feature Extraction & Image Processing. , (2008).
  15. National Research Council. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
check_url/pt/52508?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Varghese, F., Burket, J. A., Benson, A. D., Deutsch, S. I., Zemlin, C. W. Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach. J. Vis. Exp. (111), e52508, doi:10.3791/52508 (2016).

View Video