Роман одного животного моторную функцию отслеживания системы с помощью простой, легко доступных программного обеспечения
Summary
Настоящее исследование, направленных для автоматизации количественного определения моторного дефицита в крыс. Первоначальные оценки модель оценивает мотор потери в результате имплантации intracortical микроэлектродные в моторной коры. Мы сообщаем о разработке и использовании алгоритма отслеживания с помощью легко приспосабливается, простой и легко доступны, кодирование программного обеспечения.
Abstract
Недавно мы продемонстрировали, что имплантация intracortical микроэлектродов в мотор corteces крыс приводит немедленное и прочное моторного дефицита. Мотор расстройства были количественно вручную через открытое поле сетки тест для измерения валового двигательной функции и лестница тест для измерения тонкой моторики. Здесь мы обсуждаем техника для автоматизированного количественного определения видеозапись испытаний с использованием нашей пользовательские Capadona поведенческих видео системы анализа: сетки и лестница тест или BVAS. Используя простой и легко доступны, кодирование программного обеспечения (см. Таблицу материалы), эта программа позволяет для отслеживания одиночного животного на открытом поле сетки и лестница тесты. В открыть поле сетки отслеживания, код порогов видео для интенсивности, отслеживает положение Крыса за 3 мин продолжительность теста сетки и анализирует пути. Он затем вычисляет и возвращает измерения для всего расстояния, достигнута максимальная скорость, число оборотов, и для левши и общее количество линий сетки, пересеченных крысы. В лестнице, отслеживания, код снова порогов видео для интенсивности, отслеживает движения крыс через лестницу, и возвращает вычисляемые измерения, включая время, он взял крыса пересечь лестница, количество лапы скользит происходит ниже плоскости лестница перекладины и случаев сбоев из-за застоя или откат. Мы предполагаем, что BVAS, здесь могут быть использованы для анализа двигательной функции в различных приложений, в том числе многие модели травмы или болезни.
Introduction
Существует много установленных способов оценить функциональные и поведенческие мотор и когнитивные расстройства1,2,3. Некоторые из более часто работающие методы включают в себя тестирование тонкой моторики через размещение лапой, степпинг и конечностей координации на лестнице тест4, тестирование валового двигательные функции и стресс поведение через открытые поля сетки тест5 ,6и тестирования для страха, депрессии и отчаяние через вынуждены плавать испытания7,8 или ротора род9. Однако многие из этих методов полагаются на человека исследователи «забить» животного или субъективно судить его производительность. Потребность в субъективной оценки человека может замедлить сбора и анализа данных, а также дают возможность для преднамеренного или непреднамеренного воздействия исследований предвзятости в исследовании10. Кроме того, субъективные оценки данных также представляет риск представления неточных данных, будь то через забывчивость, бедных мотивации, неправильного обучения или небрежности11.
Недавно мы сообщили в открытом поле сетки тест и тест лестница в крыс имплантировали с intracortical микроэлектродов12,13. Из-за новизны результатов этих исследований, мы сразу же начал, используя те и дополнительных функциональных испытаний на многих текущих исследований в лаборатории. В ожидании непреднамеренных антропогенных изменчивости, вследствие увеличения числа субъективных оценщиков, а также улучшить анализ пропускной способности мы намереваемся создать программу автоматизированных, компьютерный забить поведенческое тестирование, и значительно ограничить потенциальную угрозу возникновения ошибок.
Здесь мы сообщаем о развитии BVAS. BVAS использует компьютерный анализ Оценка испытаний сетки открытом поле и лестницы как показатели общей и мелкой моторики, соответственно. Результаты могут использоваться для выяснения возможных моторную функцию дефицита, вызванные травмы или профессионального заболевания, независимо от модели травмы или болезни. Анализ коды могут быть адаптированы для учета изменений в поведенческих тестирования оборудования или оценка различных метрик двигательной функции. Таким образом BVAS может быть реализован во многих приложениях, за пределами нашего предполагаемого использования или предназначения в настоящее время занятых другими лабораториями.
Обратите внимание, что открытое поле сетки и лестница тестов требуют запись видео. Таким образом каждый тест потребует видео камеры [1080 p, минимум 15 кадров в секунду (fps)], ноутбук и комната для хранения видеоданных. Для обоих тестов поместите камеру в центре позиции, позволяющие весь аппарат следует рассматривать на раме. Якорь камеру на штатив или леса, так что он не двигаться во время тестирования. Держите параллельно с краями тестирования аппарата края кадра видео как можно ближе к как можно скорее. Убедитесь в том, что же персонала завершить все тестирования и номер хорошо освещенные, с контролем температуры системы. Используйте той же комнате для всех животных на протяжении тестирования, с минимальными изменениями в комнату. Злаков или чипсы банановые делают хорошие награды поощрять животных для завершения испытания поведения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Наиболее важных часть протокола для обеспечения сильной анализ является последовательной съемки. Если видео хорошо освещены и снимался в правильном положении, как описано в разделе первого протокола, система будет в состоянии сделать точный анализ. Как и с любой проблемой обработки и?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано обзор заслуги # B1495-R (с Джеффри р. Capadona) и начале карьеры премии президента для ученых и инженеров (PECASE) (для Джеффри р. Capadona) из департамента Соединенных Штатов Америки дел реабилитации ветеранов Исследования и развития службы. Кроме того эта работа частично поддерживалась Управлением из помощника министра обороны по вопросам здравоохранения через Peer обзор медицинских исследований программы под № премии W81XWH-15-1-0608. Авторы признают источник для своих летних исследований финансовой поддержки. Содержимое не представляют взгляды департамента Соединенных Штатов по делам ветеранов или правительства Соединенных Штатов. Авторы хотели бы поблагодарить Хироюки Arakawa в ядре поведение грызунов КЕЙЗА за его руководство в разработке и грызунов поведенческих протоколы испытаний. Авторы также хотели бы поблагодарить Джеймса Дрейк и Кевин Talbot от КЕЙЗА Департамент механической и аэрокосмической инженерии за их помощь в проектировании и производстве теста грызунов лестница.
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).
