使用自动图像处理方法鼠标社交性的实验评估

这些行为实验与自动分析相结合的总体目标是以省时的方式量化小鼠的社交能力。该方法可以帮助快速筛选药物，以提高经过验证的自闭症谱系障碍小鼠模型的社交性。引入自动分析的主要优点是它加快了流程并使筛查更加高效。

一种自动化方法来评估小鼠社交行为，因为对单剂量候选化合物的实时目视筛选需要超过 50 小时。在视频的后面部分，我的研究生 Frency Varghese 将演示自动分析。首先设置三个隔间的黑壁笼子。

对于第一次会话，在笼子的每个端室中放置一个空的倒置金属丝杯。现在准备摄像机从上方查看笼子。所有三个隔间的分辨率都应至少为 720 x 480 像素。

然后用间接白炽灯照亮笼子，使笼子内部从地板测量时不超过 3.5 勒克斯。此外，还提供红外光，以摄像机可以检测到的水平照亮笼子。拍摄空笼子的单帧图像以供参考。

对于第一个会话，将测试鼠标放入笼中。然后，为了对视频的自动分析进行排队，只需在笼子上挥手一次。让鼠标探索测试笼 10 分钟。

然后将其放回笼子里。在第二次会话中，将刺激鼠标放在两个倒置的杯子之一下。选择以平衡方式的杯子。

在软件中，指示 Stimulus 鼠标放置在哪个杯子下。对于命名约定，包含封闭鼠标的杯子是社交杯，而另一个杯子是非社交杯。区间的命名方式类似。

像第一次会话一样，用手挥手将第二个会话的开始排队。在第二次会话结束时，取下倒置的杯子以释放第二个鼠标。再次挥手表示第三次会话的开始，并让两只小鼠在测试笼中互动 10 分钟。

10 分钟后，将两只小鼠放回它们的家笼中。本节介绍如何使用用户界面处理影片。但是，也可以在没有用户输入的情况下进行快速批处理模式分析。

首先使用 Load （加载） 按钮加载影片。然后选择框架配置。分析程序定位笼边界、隔室和杯。

选择四种预设配置之一，或手动调整坐标。现在，对于影片的每一帧，请执行以下处理步骤。首先将帧转换为灰度。

其次，减去在准备过程中制作的灰度参考帧，从而将除鼠标位置之外的所有位置的像素值归零。第三种方法是将高于阈值亮度的所有像素设置为白色，并将所有其他像素设置为黑色，从而对帧进行二值化。调整此设置以匹配照明条件。

现在使用 Erode/Dilate 功能从图像中删除尾部。首先，将二值化图片侵蚀 3 次。然后将框架扩张六次。

然后再侵蚀帧 3 次。如果使用不同的像素分辨率，则可能需要调整。手部波动很容易被识别为白色像素体积的巨大跳跃。

这允许自动检测会话启动和会话顺序。在每个会话中，使用 L/Comp 命令检测白色像素的最大分量。这将消除不属于鼠标的像素。

然后使用 Find Ends 功能确定白色像素的最大分量中两个最远的像素。这些是鼻子和尾巴。软件确定白色像素对象的重心或 COG，并计算其帧与帧之间的运动方向。

对于具有两个鼠标的会话，必须跟踪两个对象。使用相同的命令集选择并定向两个最大的白色像素对象。软件会自动从帧到帧检查 COG。

如果对象的大小变化超过 20%，或者 COG 移动的距离超过了鼠标的可能范围，则二值化阈值会自动增加，直到满足这些条件。软件会自动检查帧与帧之间的重心。如果对象的大小变化超过 20%，或者重心移动的距离超过了鼠标的可能范围，则会自动调整二值化阈值，直到满足这些条件。

当对象在 2 厘米以内时，会自动检测到交互。这些区段将播放以供用户输入。对于每个部分，将测试鼠标的视角标记为 Social avoidance、Social approach 或 Noneither。

要验证自动分析，请使用 Load （加载） 按钮加载影片。然后单击 Start Session 1 （开始会话 1） 以显示该会话的第一帧。使用 Play/Stop 命令控制回放。

处理后的影片显示每只鼠标的头部和尾部具有不同的色圈。此外，社交性度量会显示在屏幕上，并在播放期间更新。更正自动分析中遇到的任何错误。

最常见的错误是头尾翻转，可以使用界面上的工具修复。这种情况发生在大约 20% 的视频中。在极少数情况下，更复杂的错误通常可以通过在特定系列的视频帧中手动指示鼠标鼻子的位置来解决。

验证后，使用 Export 功能以电子表格格式导出社交性数据。要将多个影片中的数据导出为单个电子表格，必须将影片捆绑在一个文件夹中，然后 Compile Data 函数执行该作。在第一次实验中，一只 4 周大的 BALB/c 测试小鼠被跟踪在 10 分钟内在隔室之间移动 59 次。

在每个隔间中花费的时间被认为是没有社交刺激的隔间偏好的基线。在第二节中，一个社交和非社交杯被展示为一只隐藏的 4 周大的 ICR 小鼠。人们明显偏向于在社交隔间中度过时光。

具体来说，鼠标在社交杯上花费的时间比非社交杯多。在第三次会议中，杯子被掀起，让老鼠互动。在 35 分钟内总共进行了 10 种社交方法。

开发后，该技术有助于更快速地筛选有前途的药物，以改善经过验证的自闭症谱系障碍小鼠模型中社交能力受损的核心症状域。自动化处理可以适应不同的笼子设计和种类。只要可以开发出可靠检测任何感兴趣的行为的算法，就可以对其进行评估。