رواية حيوان موتور دالة واحدة تتبع النظام باستخدام برامج بسيطة ومتوفرة بسهولة
Summary
تهدف الدراسة الحالية إلى أتمتة التقدير الكمي لحالات العجز الحركي في الفئران. نموذج التقييم الأولى تقيم السيارات الخسارة الناتجة عن غرس ميكروليكترودي إينتراكورتيكال في القشرة الحركية. نحن تقريرا عن تطوير واستخدام خوارزمية تتبع استخدام قابلة للتكيف بسهولة وبسيطة ومتاحة بسهولة ترميز البرمجيات.
Abstract
لقد أظهرنا مؤخرا أن غرس ميكروليكتروديس إينتراكورتيكال في كورتيسيس السيارات من الفئران يؤدي إلى العجز الحركي فورية ودائمة. كانت كمياً الإعاقات الحركية يدوياً من خلال إجراء اختبار شبكة حقل مفتوح لقياس وظيفة المحرك الإجمالية واختبار سلم لقياس وظيفة الحركية الدقيقة. هنا، نحن نناقش أسلوب للتقدير الكمي الآلي للاختبارات تسجيل الفيديو باستخدام مخصص “كابادونا السلوكية الفيديو تحليل نظامنا”: الشبكة وسلم الاختبار، أو بفاس. زيادة بسيطة ومتاحة بسهولة ترميز البرمجيات (انظر الجدول للمواد)، يسمح هذا البرنامج لتتبع حيوان واحد في شبكة الحقول المفتوحة والاختبارات سلم. في فتح مجال الشبكة تتبع، عتبات رمز الفيديو لكثافة والمسارات موقف الفئران خلال مدة 3 دقيقة لاختبار الشبكة، ويحلل المسار. ثم يحسب وإرجاع قياسات المسافة الإجمالية سافر، السرعة القصوى التي تحققت، وعدد المنعطفات اليد اليسرى واليمنى، وإجمالي عدد خطوط الشبكة التي عبرت بالفئران. في سلم تتبع، التعليمة البرمجية مرة أخرى عتبات الفيديو لكثافة، مسارات حركة الفئران عبر السلم، وإرجاع القياسات المحسوبة بما في ذلك الوقت الذي استغرقته الفئران عبر السلم، عدد مخلب زلات تحدث أسفل الطائرة سلم الدرجات، والإصابة بالفشل بسبب الركود أو التراجع. ونحن نتصور أن بفاس وضعت هنا يمكن أن تستخدم لتحليل وظيفة المحركات في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك العديد من نماذج الإصابة أو المرض.
Introduction
وهناك العديد من الأساليب المتبعة لتقييم السيارات الوظيفية والسلوكية والإعاقات الإدراكية1،،من23. تتضمن بعض أساليب أكثر شيوعاً من العاملين اختبار الدالة الحركية الدقيقة عن طريق تنسيب مخلب والتنقل والتنسيق أطرافهم على سلم اختبار4، اختبار وظيفة المحرك الإجمالية والإجهاد السلوك عن طريق اختبار الشبكة فتح الحقل5 ،6، واختبار للخوف والاكتئاب واليأس عبر السباحة القسري اختبار7،8 أو دوار رود9. ومع ذلك، العديد من هذه الأساليب تعتمد على البشرية من الباحثين “نقاط” الحيوان أو للحكم على أدائه ذاتيا. الحاجة إلى إجراء تقييم ذاتي بشرية يمكن بطيئة في توليد وتحليل البيانات، فضلا عن تقديم الفرصة لتأثير مقصود أو غير مقصود من التحيز للبحث في دراسة10. تقييم ذاتي، والمزيد من البيانات يعرض أيضا الخطر لتمثيل البيانات غير دقيقة، سواء كان ذلك عن طريق السهو أو ضعف الدافع، والتدريب غير لائق أو الإهمال11.
وقد أبلغنا مؤخرا استخدام إجراء اختبار شبكة حقل مفتوح واختبار سلم في الفئران مزروع مع12،ميكروليكتروديس إينتراكورتيكال13. نظراً لحداثة نتائج تلك الدراسات، بدأنا فورا توظيف تلك، وإجراء اختبارات وظيفية إضافية في العديد من الدراسات الجارية في المختبر. وتحسبا للتقلبات غير مقصود المولدة بواسطة الإنسان الناجمة عن زيادة في عدد القائمين بالتقييم الذاتي، وتحسين الإنتاجية تحليل، حددنا لإنشاء برنامج الآلي، والحاسوب إلى نقاط اختبار سلوكية، وإلى حد كبير الحد من احتمالات الخطأ.
هنا، نحن تقريرا عن وضع بفاس. يستخدم بفاس التحليل الحاسوبي لنقاط سلم واختبار شبكة فتح حقل كمقاييس مهمة السيارات الإجمالي وغرامة، على التوالي. يمكن استخدام النتائج توضيح الدالة موتور ممكن العجز الناجم عن الإصابة أو المرض، بغض النظر عن النموذج الذي إصابة أو مرض. يمكن تكييفها مع رموز التحليل إلى حساب للتغييرات في معدات اختبار سلوكية أو نقاط مقاييس مختلفة للدالة السيارات. ولذلك، يمكن تنفيذها بفاس في العديد من التطبيقات، أبعد من أن الغرض من استخدامها أو الاستخدام المقصود من تلك التي تستخدمها حاليا في مختبرات أخرى.
علما بأن الاختبارات الميدانية فتح الشبكة وسلم تتطلب تسجيل الفيديو. لذلك، سوف تتطلب كل اختبار كاميرا فيديو [ف 1080، الحد الأدنى 15 إطار في الثانية (fps)] وجهاز كمبيوتر محمول، وغرفة لتخزين بيانات الفيديو. لكل من الاختبارات، ضع الكاميرا في وضع الوسط، مما يسمح لجهاز كامل الاطلاع على الإطار. تثبيت الكاميرا على ترايبود أو السقالات حتى أن لم تتحرك أثناء الاختبار. الحفاظ على حواف إطار الفيديو أقرب إلى متوازية مع حواف جهاز الاختبار قدر الإمكان. تأكد من نفس الموظفين إكمال جميع التجارب والغرفة مضاءة جيدا مع نظام التحكم في درجة الحرارة. استخدام نفس الغرفة لجميع الحيوانات طوال فترة الاختبار، مع تغيرات طفيفة للغرفة. الحبوب أو رقائق الموز تقديم مكافآت جيدة لتشجيع الحيوانات لاستكمال الاختبارات السلوك.
Protocol
Representative Results
Discussion
الجزء الأكثر أهمية من البروتوكول لضمان إجراء تحليل قوي هو تصوير متسقة. إذا كانت أشرطة الفيديو مضاءة جيدا وتم تصويرها في الموضع الصحيح كما ورد في الجزء الأول من البروتوكول، سوف يكون النظام قادراً على القيام بتحليل دقيق. كما هو الحال مع أي مشكلة معالجة الصور، وسيجعل العمل المنجز في تجهيزها ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أيد هذه الدراسة على “جائزة الجدارة استعراض” # B1495-R (لجيفري ر. كابادونا) و “جائزة الوظيفي المبكر الرئاسية” للعلماء والمهندسين (بيكاس) (لجيفري ر. كابادونا) من “إدارة الولايات المتحدة لقدامى المحاربين في شؤون التأهيل” بحوث وتطوير الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، هذا العمل كان في الجزء التي يدعمها المكتب من مساعد وزير الدفاع “الشؤون الصحية” عن طريق “الأقران استعرض الطبية برنامج البحوث” تحت “رقم الجائزة” W81XWH-15-1-0608. يعترف الكتاب مصدر لبحوثه الصيف الدعم التمويلي. المحتويات لا تمثل وجهات نظر حكومة الولايات المتحدة أو إدارة شؤون قدامى المحاربين في الولايات المتحدة. المؤلف يود أن يشكر هيرويوكي Arakawa في “صميم سلوك القوارض كورو” لقيادته في تصميم واختبار بروتوكولات السلوكية القوارض. الكتاب أيضا يود أن يشكر جيمس دريك وكيفن تالبوت من كورو الإدارة الميكانيكية وهندسة الطيران للمساعدة في تصميم وتصنيع اختبار سلم القوارض.
Materials
| Sprague Dawley rats, male, 201-225g | Charles River | CD | |
| Webcam HD Pro c920 | Logitec | 960-000764 | |
| Excel | Microsoft | N/A | |
| Matalb 2017a, Computer Vision System Toolbox | Mathworks | N/A | |
| Open field grid test | Made in-house at Case Western Reserve University | N/A | |
| Ladder test | Made in-house at Case Western Reserve University | N/A |
References
- Beery, A. K., Kaufer, D. Stress, social behavior, and resilience: insights from rodents. Neurobiology of Stress. 1, 116-127 (2015).
- Crawley, J. N. Behavioral phenotyping of rodents. Comparative Medicine. 53, 140-146 (2003).
- Wolf, A., Bauer, B., Abner, E. L., Ashkenazy-Frolinger, T., Hartz, A. M. A Comprehensive Behavioral Test Battery to Assess Learning and Memory in 129S6/Tg2576 Mice. PLoS One. 11, 0147733 (2016).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Cortical and subcortical lesions impair skilled walking in the ladder rung walking test: a new task to evaluate fore- and hindlimb stepping, placing, and co-ordination. Journal of Neuroscience Methods. 115, 169-179 (2002).
- Bailey, K. R., Crawley, J. N., Buccafusco, J. J. Anxiety-Related Behaviors in Mice. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , (2009).
- Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. European Journal of Pharmacology. 463, 3-33 (2003).
- Porsolt, R. D., Bertin, A., Jalfre, M. Behavioral despair in mice: a primary screening test for antidepressants. Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Thérapie. 229, 327-336 (1977).
- Porsolt, R. D., Brossard, G., Hautbois, C., Roux, S. Rodent models of depression: forced swimming and tail suspension behavioral despair tests in rats and mice. Current Protocols in Neuroscience. , 10 (2001).
- Dunham, N. W., Miya, T. S. A note on a simple apparatus for detecting neurological deficit in rats and mice. Journal of the American Pharmaceutical Association. 46, 208-209 (1957).
- Forstmeier, W., Wagenmakers, E. J., Parker, T. H. Detecting and avoiding likely false-positive findings – a practical guide. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society. 92, 1941-1968 (2017).
- Reason, J. Human error: models and management. The Western Journal of Medicine. 172, 393-396 (2000).
- Goss-Varley, M. Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex. Journal of Visualized Experiments. , (2018).
- Goss-Varley, M., et al. Microelectrode implantation in motor cortex causes fine motor deficit: Implications on potential considerations to Brain Computer Interfacing and Human Augmentation. Scientific Reports. 7, 15254 (2017).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. The ladder rung walking task: a scoring system and its practical application. Journal of Visual Experiments. (28), e1204 (2009).
- Chesler, E. J., Wilson, S. G., Lariviere, W. R., Rodriguez-Zas, S. L., Mogil, J. S. Influences of laboratory environment on behavior. Nature Neuroscience. 5, 1101-1102 (2002).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Richter, S. H., Garner, J. P., Auer, C., Kunert, J., Wurbel, H. Systematic variation improves reproducibility of animal experiments. Nature Methods. 7, 167-168 (2010).
