Roman één dierlijke Motor functie Tracking systeem met behulp van eenvoudige, gemakkelijk beschikbare Software
Summary
De huidige studie is gericht op het automatiseren van de kwantificatie van motorische tekorten bij ratten. De eerste evaluatiemodel beoordeelt motor schade als gevolg van de implantatie van een intracortical micro-elektrode in de motorschors. Wij rapporteren over de ontwikkeling en het gebruik van een algoritme van de bijhouden met behulp van gemakkelijk aan te passen, eenvoudig en gemakkelijk beschikbaar codering software.
Abstract
We hebben onlangs aangetoond dat het inplanteren van intracortical microelectrodes in de motor corteces van ratten tot onmiddellijke en duurzame motor tekorten leidt. Motor afwaarderingen waren handmatig gekwantificeerd door middel van een open veld raster test voor het meten van de bruto motor functie en een ladder test voor het meten van de fijne motorische functie. Hier bespreken we een techniek voor geautomatiseerde kwantificering van de video-opgenomen tests met behulp van onze aangepaste Capadona gedrags Video analysesysteem: raster en Ladder Test of BVAS. Leveraging eenvoudig en gemakkelijk beschikbaar codering software (Zie de Tabel van materialen), dit programma biedt voor het volgen van een enkel dier op het open veldraster zowel de ladder-tests. In open veldraster bijhouden, de drempels van de code van de video voor intensiteit, tracks van de positie van de rat gedurende de looptijd van de 3 min van detest raster en analyseert het pad. Vervolgens berekent en retourneert de metingen voor de totale afgelegde afstand, de maximale snelheid bereikt, het aantal links – en rechtshandig bochten en het totale aantal rasterlijnen doorkruist door de rat. In ladder tracking, de code opnieuw drempels de video voor de intensiteit, de beweging van de rat tracks in de ladder en rendement berekende metingen inclusief de tijd die het duurde de rat te steken van de ladder, het aantal paw glijdt die zich voordoen onder het vlak van de sporten van de ladder, en de incidentie van storingen als gevolg van de stagnatie of terugboekingen. Wij voorzien dat de BVAS hier ontwikkeld kunnen worden ingezet voor de analyse van motor functie in een verscheidenheid van toepassingen, waaronder vele modellen van letsel of ziekte.
Introduction
Er zijn vele gevestigde methoden zowel motor van functionele en gedragsmatige en cognitieve waardeverminderingen1,2,3te beoordelen. Enkele van de meer algemeen werkzame methoden omvatten testen fijn motorische functie via de plaatsing van de poot, intensivering en coördinatie van de ledematen op een ladder test4, testen bruto motor functie en stress gedrag via het open veld raster test5 ,6, en testen voor angst, depressie en wanhoop via het gedwongen zwemmen test7,8 of rotor staaf9. Echter, veel van deze methoden rekenen op menselijke onderzoekers gaan “scoren” van het dier of te subjectief zijn prestaties beoordelen. De noodzaak van een subjectieve menselijke beoordeling kan vertragen de productie en de analyse van de gegevens, evenals presenteren de gelegenheid voor een opzettelijke of onopzettelijke invloed van onderzoek bias in de studie10. Verdere, subjectieve beoordeling van de gegevens presenteert ook het risico van onjuiste gegevens representatie, zij het door middel van vergeetachtigheid, slechte motivatie, onjuiste training of nalatigheid11.
We hebben onlangs gemeld dat het gebruik van zowel een open veld raster en een ladder test bij ratten geïmplanteerd met intracortical microelectrodes12,13. Als gevolg van de nieuwheid van de bevindingen van die studies, we onmiddellijk begonnen die in dienst en extra functionele testen in vele lopende studies in het laboratorium. In afwachting van onbedoelde mens-gegenereerde variabiliteit ten gevolge van een toename van het aantal subjectieve beoordelaars, en ter verbetering van de analyse-doorvoer, uiteengezet we om een geautomatiseerde, computerondersteunde programma te scoren gedrags testen, en het potentieel voor fout sterk te beperken.
Wij rapporteren hier, over de ontwikkeling van de BVAS. De BVAS gebruikt computer analyse om te scoren een open veld raster en een ladder test statistieken van bruto en fijne motor functie, respectievelijk. De resultaten kunnen worden gebruikt voor verhelderen van mogelijke motor functie tekorten, veroorzaakt door letsel of ziekte, ongeacht het model letsel of ziekte. De code analyse kunnen worden aangepast aan wijzigingen in behavioral testapparatuur of te scoren verschillende statistieken van motor functie voor hun rekening. Daarom kunnen de BVAS in vele toepassingen, buiten onze beoogde gebruik of het beoogde gebruik van die momenteel werkzaam bij andere laboratoria worden geïmplementeerd.
Merk op dat de open veldtesten raster en ladder video-opname vereisen. Elke test vergt daarom een video camera [1080 p, minimum 15 frames per seconde (fps)], een laptop en een opslagruimte voor de videogegevens. Voor beide tests, plaatst u de camera in een gecentreerde positie, waardoor voor het hele apparaat op het frame te zien. De camera op een statief of steigers te verankeren zodat het niet tijdens het testen verschuift. De randen van het videoframe zo dicht mogelijk bij parallel met de randen van het testen apparaat mogelijk houden. Zorg ervoor dat het dezelfde personeel voltooien alle testen en de kamer is goed verlicht met een temperatuurgevoelig systeem. Gebruik de zelfde ruimte voor alle dieren in de loop van het testen, met minimale wijzigingen naar de kamer. Granen of bananenchips maken goede beloningen ter bevordering van het voltooien van de tests van het gedrag van de dieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het meest kritische deel van het protocol bij het zorgen voor een sterke analyse is het consistent filmen. Wanneer de video’s zijn goed verlicht en gefilmd op de juiste positie zoals besproken in de eerste sectie van het protocol, naar de systematiek zal zitten kundig voor verrichten een nauwkeurige analyse. Zoals met elk beeld-verwerkende probleem, zal het werk in het voorbewerken de post-processing maken meer nauwkeurige en eenvoudig. Als zodanig, betekent ervoor te zorgen dat de apparatuur en de dieren goed verlichte …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door de verdienste Review Award # B1495-R (om Jeffrey R. Capadona) en de presidentiële Early Career Award voor wetenschappers en ingenieurs (PECASE) (naar Jeffrey R. Capadona) van het Amerikaanse departement van veteranen zaken revalidatie Onderzoek en ontwikkeling Service. Bovendien, werd dit werk gedeeltelijk ondersteund door het Bureau van de Assistant Secretary of Defense for gezondheid zaken via het Peer Reviewed medisch onderzoeksprogramma onder Award nr. W81XWH-15-1-0608. De auteurs erkennen bron voor de zomer onderzoek financiering van de steun. De inhoud geven niet de standpunten van de United States Department of Veterans Affairs of de regering van de Verenigde Staten. De auteurs bedank Hiroyuki Arakawa in de CWRU knaagdier gedrag kern voor zijn leiding in het ontwerpen en testen van knaagdier gedrags protocollen. De auteurs wil ook James Drake en Kevin Talbot van het CWRU departement van mechanische en luchtvaart-en Ruimtevaarttechniek bedanken voor hun hulp bij het ontwerpen en produceren van detest knaagdier ladder.
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).
