Çoklu Ölçeklerde Sayısallaştırılmış Nöronal Morfoloji Otomatik Sholl Analizi
Summary
Biz nöron morfolojisi analiz etmek için bir bilgisayar programı geliştirdik. Mevcut iki açık kaynak kodlu analiz araçları ile birlikte, program Sholl analiz yapar ve neurites, şube noktaları ve neurite ipuçları sayısını belirler. Analizler neurite morfolojisi yerel değişiklikler görülebilir şekilde yapılmaktadır.
Abstract
Nöronal morfolojisi, nöron fonksiyonu ve 1-3 nasıl iletişim belirlenmesinde önemli bir rol oynar . Özellikle, diğer hücrelere girişleri almak için nöronların yeteneğini etkiler 2 ve 4,5 aksiyon potansiyelleri yayılma katkıda bulunur. Neurites morfolojisi de bilgilerin nasıl işlendiğini etkiler. Dendrit morfolojileri çeşitliliği, yerel ve uzun menzilli sinyalizasyon kolaylaştırmak ve, bireysel nöron nöron veya gruplar 6,7 nöronal ağ içinde özel görevleri yerine getirebilmek için izin . Alzheimer hastalığı 8, 9,10 şizofreni, mental retardasyon 11 de dahil olmak üzere bir dizi hastalık durumlarında, dendritler ve desen dallanma değişiklikleri parçalanması dahil, dendrit morfolojisi değişiklikler gözlenmiştir. Hem dendrit morfolojileri şekillendiren faktörleri anlamak ve dendrit morfolojileri değişiklikleri belirlemek için yeteneği, sinir sisteminin fonksiyonu ve disfonksiyonu anlayışı esastır.
Neurite morfolojisi genellikle Sholl analiz ve şube ipuçları neurites ve sayısı sayısını sayma tarafından analiz edilir. Bu analiz genellikle dendritler uygulanır, ancak bu aksonlar için de uygulanabilir. Elle bu analizin yapılması, hem zaman alıcı hem de ve kaçınılmaz olarak deneyci önyargı ve tutarsızlık nedeniyle değişkenlik tanıtır. Bonfire programı, açık kaynak morfolojik analiz araçları üzerine inşa dendrit ve akson morfolojisi analizi için bir yarı-otomatik bir yaklaşımdır. Bizim program nöritik mili alt bölgelerini Sholl analiz yaparak davranışları dallanma dendrit ve akson yerel değişiklikler tespit sağlar. Örneğin, Sholl analiz, bir bütün olarak nöron Dendrit ve akson desenlendirme bir dizi hücre içi ve hücre dışı faktörler tarafından etkilenir (ilköğretim, ortaöğretim, terminal, root, vb) her alt süreçlerin yanı sıra hem yapılan birçok yerel hareket. Böylece, ortaya çıkan mili morfolojisi belirli neurites hareket eden bu yerel varyasyonlar 12 gözlemlemek için daha küçük bir ölçekte morfolojik analizini gerçekleştirmek için gerekli özel süreçlerin bir sonucudur.
Bonfire programı, açık kaynak kodlu iki analiz araçları, ImageJ ve NeuronStudio NeuronJ eklenti kullanımını gerektirir. Nöronlar ImageJ takip ve NeuronStudio neurites arasında bağlantı tanımlamak için kullanılır. Bonfire verileri detaylı analiz için uygun bir biçime dönüştürmek için kullanılan özel komut dosyaları MATLAB (MathWorks) yazılmış bir dizi, kullanıcı hataları için kontrol edin ve sonuçta Sholl analizi gerçekleştirmek. Son olarak, verilerin istatistiksel analizi için Excel içine ihraç edilmektedir. Bonfire program akış şeması Şekil 1'de gösterilmiştir.
Protocol
Discussion
Bonfire program dendrit ve akson morfolojisi analizi için bir yarı-otomatik bir program. Büyük ölçüde elle analizlerinin yapılması üzerinde Sholl analiz verimliliği ve doğruluk artar. Buna ek olarak, mümkün veri denetim ve analiz doğruluğunu kontrol etmek için Bonfire programı yapım sürecinin her aşamasında verileri kaydeder. Bu nedenle, veri analizi görev doğruluğu ödün vermeden sayısız bireyler için dağıtılacak. Son olarak, görüntülerin alt bölgelerini analiz yaparak, programı Sho…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma bir Busch Biyomedikal Grant, NSF hibe IBN-0548543, NSF hibe IBN-0919747, Dimes Vakfı Hibe 1-MY04-107 Mart, Dimes Vakfı Hibe 1-FY08-464 Mart (BLF) tarafından kısmen desteklenmiştir. MKK ve CGL, Ulusal Sağlık Enstitüsü, Biyoteknoloji Eğitim Grant T32 GM008339-20 tarafından desteklenen ve CGL Omurilik Araştırma predoctoral Kardeşliği 08-2941-SCR-E-0 da bir NJ Komisyonu tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| NeuronJ plugin | http://www.imagescience.org/meijering/software/neuronj/ | |||
| ImageJ software | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | |||
| Bonfire program | http://lifesci.rutgers.edu/~firestein | |||
| NeuronStudio | http://research.mssm.edu/cnic/tools-ns.html | |||
| MatLab Program | MathWorks |
References
- Elston, G. N. Pyramidal cells of the frontal lobe: all the more spinous to think with. J Neurosci. 20, (2000).
- Koch, C., Segev, I. The role of single neurons in information processing. Nat Neurosci. , 1171-1177 (2000).
- Poirazi, P., Mel, B. W. Impact of active dendrites and structural plasticity on the memory capacity of neural tissue. Neuron. 29, 779-796 (2001).
- Schaefer, A. T., Larkum, M. E., Sakmann, B., Roth, A. Coincidence detection in pyramidal neurons is tuned by their dendritic branching pattern. J Neurophysiol. 89, 3143-3154 (2003).
- Vetter, P., Roth, A., Hausser, M. Propagation of action potentials in dendrites depends on dendritic morphology. J Neurophysiol. 85, 926-937 (2001).
- Hausser, M., Spruston, N., Stuart, G. J. Diversity and dynamics of dendritic signaling. Science. 290, 739-744 (2000).
- Brette, R. Simulation of networks of spiking neurons: a review of tools and strategies. J Comput Neurosci. 23, 349-398 (2007).
- Arendt, T., Zvegintseva, H. G., Leontovich, T. A. Dendritic changes in the basal nucleus of Meynert and in the diagonal band nucleus in Alzheimer’s disease–a quantitative Golgi investigation. Neuroscience. 19, 1265-1278 (1986).
- Harrison, P. J. The neuropathology of schizophrenia. A critical review of the data and their interpretation. Brain. 122, 593-624 (1999).
- Lewis, D. A., Glantz, L. A., Pierri, J. N., Sweet, R. A. Altered cortical glutamate neurotransmission in schizophrenia: evidence from morphological studies of pyramidal neurons. Ann N Y Acad Sci. 1003, 102-112 (2003).
- Kaufmann, W. E., Moser, H. W. Dendritic anomalies in disorders associated with mental retardation. Cereb Cortex. 10, 981-991 (2000).
- Georges, P. C., Hadzimichalis, N. M., Sweet, E. S., Firestein, B. L. The yin-yang of dendrite morphology: unity of actin and microtubules. Mol Neurobiol. 38, 270-284 (2008).
- Firestein, B. L. Cypin: a cytosolic regulator of PSD-95 postsynaptic targeting. Neuron. 24, 659-672 (1999).
