Eine neuartige einzigen tierischen Motorik Tracking-System mit einfachen, leicht verfügbaren Software
Summary
Die aktuelle Studie zielte darauf ab, die Quantifizierung der motorischen Defizite bei Ratten zu automatisieren. Die Erstbewertung Modell bewertet motor Schäden aus einer intracortical Mikroelektrode Implantation im motorischen Kortex. Wir berichten über die Entwicklung und Nutzung eines Tracking-Algorithmus mit leicht anpassbar, einfach und leicht zugänglich, Software-Codierung.
Abstract
Wir haben vor kurzem gezeigt, dass Implantation intracortical Mikroelektroden in den motor Corteces von Ratten führt zu sofortigen und dauerhaften motorische Defizite. Motorische Beeinträchtigungen wurden manuell durch ein offenes Feld Raster Test zur Messung der Grobmotorik und durch einen Leiter-Test, um die feinen Motorik Messen quantifiziert. Hier diskutieren wir eine Technik für die automatisierte Quantifizierung der Videoaufnahme Tests mit unserem benutzerdefinierten Capadona Behavioral Video Analysesystem: Raster und Leiter Test oder BVAS. Einfach und leicht zugänglich ist Codierung Software nutzt (siehe die Tabelle der Materialien), dieses Programm ermöglicht die Verfolgung eines einzelnen Tieres auf freiem Feldraster und die Leiter-Tests. In öffnen Feldraster tracking Code Schwellen das Video für die Intensität, verfolgt die Position der Ratte über 3 min Dauer des Raster-Tests und analysiert den Weg. Anschließend berechnet und zurückgegeben Messungen für die insgesamt zurückgelegte Strecke, die maximale Geschwindigkeit erreicht, die Anzahl der Windungen mit Links – und Rechtshänder und die Gesamtzahl der Rasterlinien, durchzogen von der Ratte. In ladder, tracking, den Code wieder Schwellen das Video für Intensität, verfolgt die Bewegung der Ratte über die Leiter, und Renditen berechneten Messungen einschließlich der Zeit, die Ratte, die Leiter zu überqueren, die Anzahl der Pfote rutscht unterhalb der Ebene der Auftritt der Stromlaufplan-Strompfade und dem Auftreten von Ausfällen durch Stagnation oder Umkehrungen. Unser Ziel ist, dass die BVAS hier entwickelt für die Analyse der motorischen Funktion in einer Vielzahl von Anwendungen, darunter viele Modelle von Verletzungen oder Krankheiten eingesetzt werden können.
Introduction
Es gibt viele etablierte Methoden, Funktions- und Verhaltensstörungen Motor und kognitive Beeinträchtigungen1,2,3zu beurteilen. Einige der häufiger eingesetzten Methoden gehören Prüfungen feine Motorik über Pfote Platzierung, stepping und Gliedmaßen Koordination auf einer Leiter Test4, Test Grobmotorik und Stress Verhalten über Freiland-Gitter-Test5 ,6, und Tests für Angst, Depression und Verzweiflung über die erzwungene Schwimmen testen7,8 oder Rotor Stab9. Viele dieser Methoden setzen jedoch auf menschliche Forscher erzielen “das Tier” oder seine Leistung subjektiv zu beurteilen. Die Notwendigkeit für eine subjektive menschliche Beurteilung kann langsam die Generierung und Analyse der Daten sowie präsentieren die Möglichkeit für einen absichtlichen oder unabsichtlichen Einfluss der Forschung Bias in der Studie10. Weitere, subjektive Bewertung der Daten stellt auch das Risiko einer ungenauen Datendarstellung, es durch Vergesslichkeit, schlechte Motivation, unsachgemäße Ausbildung oder Fahrlässigkeit11sein.
Die Verwendung von ein Freiland-Gitter-Test und ein Leiter Test bei Ratten mit intracortical Mikroelektroden12,13implantiert haben wir vor kurzem berichtet. Aufgrund der Neuheit der Ergebnisse dieser Studien, begannen wir sofort mit denen und weitere Funktionstests in vielen laufenden Studien im Labor. Im Vorgriff auf unbeabsichtigte menschliche generiert Variabilität infolge einer Zunahme der Zahl der subjektiven Gutachter und den Analyse-Durchsatz zu verbessern machten wir uns eine automatisierte, Computer-gestützte Programm erzielen Verhaltens Tests erstellen, und das Potenzial für Fehler stark einschränken.
Hier berichten wir über die Entwicklung der BVAS. Der BVAS nutzt Computer-Analyse, um ein offenes Feld Raster und eine Leiter Test bzw. wie Metriken von grob- und Motorik zu erzielen. Die Ergebnisse können verwendet werden, möglich Motorik Defizite verursacht durch Verletzung oder Krankheit, unabhängig von der Verletzung oder Erkrankung Modell aufzuklären. Die Analysecodes können entfallen Änderungen in behavioral Prüfgeräte oder verschiedene Metriken der motorischen Funktion der Gäste angepasst werden. Daher kann der BVAS in vielen Anwendungen, über unsere beabsichtigten Gebrauch oder die beabsichtigte Verwendung der derzeit Beschäftigten von anderen Labors implementiert werden.
Beachten Sie, dass die offenen Netz und Leiter Feldversuche Videoaufzeichnung erfordern. Daher erfordert jede Prüfung eine Videokamera [1080p, mindestens 15 Frames pro Sekunde (fps)], einen Laptop und einen Platz zum Speichern von video-Daten. Legen Sie für beide Tests die Kamera in eine zentrierte Position, so dass der ganze Apparat auf den Rahmen zu sehen. Die Kamera auf einem Stativ oder Gerüste zu verankern, so dass es während der Prüfung bewegt sich nicht. Halten Sie die Ränder des Videoframes so dicht wie möglich parallel zu den Rändern des Tests Apparates. Achten Sie darauf das gleiche Personal alle Tests abgeschlossen und das Zimmer ist gut beleuchtet mit einem temperierten System. Verwenden Sie den gleichen Raum für alle Tiere im Laufe des Tests, mit minimalen Änderungen in den Raum. Getreide oder Bananenchips machen gute Belohnungen zu ermutigen, die Tiere Verhalten Tests absolvieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der kritischste Teil des Protokolls zu eine starke Analyse zu gewährleisten ist die konsequente Dreharbeiten. Wenn die Videos gut beleuchtet und gefilmt an der richtigen Stelle sind, wie im ersten Abschnitt des Protokolls diskutiert, wird das System eine genaue Analyse durchführen können. Wie bei jedem Bildverarbeitungs-Problem wird die Arbeit in der Vorverarbeitung die Nachbearbeitung genauer und einfacher machen. Als solche bedeutet dafür sorgen, dass das Gerät und die Tiere während des Tests gut beleuchteten sin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde unterstützt durch den Verdienst Review Award # B1495-R (zu Jeffrey R. Capadona) und die Presidential Early Career Award für Wissenschaftler und Ingenieure (PECASE) (zur Jeffrey R. Capadona) aus den Vereinigten Staaten von Veteranen Angelegenheiten Rehabilitation Forschung und Entwicklungsservice. Darüber hinaus wurde diese Arbeit vom Amt des Assistant Secretary Of Defense for Health Affairs durch das Peer überprüft medizinische Forschungsprogramm unter Award Nr. teilweise unterstützt. W81XWH-15-1-0608. Die Autoren erkennen Quelle für ihre Sommer-Forschung, die finanzielle Unterstützung. Den Inhalt repräsentieren nicht die Ansichten des United States Department of Veterans Affairs oder Regierung der Vereinigten Staaten. Die Autoren möchten Hiroyuki Arakawa in der Home-Nagetier Verhalten Kern für seine Führung im entwerfen und Testen von Nagetier Verhaltens Protokolle zu danken. Die Autoren möchten auch James Drake und Kevin Talbot vom Department of Mechanical Home- und Luft-und Raumfahrttechnik Danke für ihre Hilfe bei der Entwicklung und Herstellung von Nagetier Leiter Test.
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
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