Name: Eine neuartige einzigen tierischen Motorik Tracking-System mit einfachen, leicht verfügbaren Software (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-31T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 22 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie motorische Defizite bei Ratten mit einem Tracking-Algorithmus quantifizieren. Diese computergestützte Methode reduziert menschliche Fehler und liefert objektive Verhaltensmetriken für die Neurowissenschaft.

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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.

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<li>Richter, S. H., Garner, J. P., Auer, C., Kunert, J., Wurbel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+variation+improves+reproducibility+of+animal+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Systematic variation improves reproducibility of animal experiments.</a> Nature Methods. 7, 167-168 (2010).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

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 sind und ...

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.

<table><tbody><tr><td>Sprague Dawley Ratten, männlich, 201-225 g</td><td>Charles River</td><td>CD</td><td></td></tr><tr><td>Webcam HD Pro c920</td><td>Logitec</td><td>960-000764</td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Matalb 2017a, Computer Vision System Toolbox</td><td>Mathworks N</td><td>/A</td><td></td></tr><tr><td>Offener Feldgittertest</td><td>Inhouse hergestellt an der Case Western Reserve University</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Leitertest</td><td>Inhouse hergestellt bei Case Western Reserve University</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

eine neuartige einzigen tierischen motorik tracking-system mit einfachen, leicht verfügbaren software

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

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.

Nach der hier vorgestellten Methoden Ratten abgeschlossen das Freiland-Raster und Leiter tests 2 X pro Woche. Die Daten wurden analysiert, sowohl mit BVAS als auch manuell mit einer Stoppuhr von ausgebildet und unerfahrene Prüfer. Vorgestellten Ergebnisse sind durchschnittlich von der rohen wöchentliche Partituren aus ein einzelnes Steuerelement nicht implantierten Tier über eine 8-Wochen-Studie, wo Woche "0" entspricht der grundlegend zu testen. Hinweis: Es wurde keine Prüfung in Woche 1...

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.

Eine neuartige einzigen tierischen Motorik Tracking-System mit einfachen, leicht verfügbaren Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

Diese Methode kann dazu beitragen, die Konsistenz bei Verhaltenstests bei Kleintieren zu verbessern, indem objektive motorische Funktionsmetriken erstellt werden. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass die Ergebnisse im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden von einem Computersystem quantifiziert werden, wodurch menschliche Fehler, Aufwand und Zeit reduziert werden. Dieses Verfahren wird von Marina Yu und Sydney Lindner, Undergraduate Researchers des Capadona Lab, demonstriert.Beginnen Sie mit dem Filmen und platzieren Sie das Tier in der Mitte des Gitters, mit dem Gesicht vom Forscher abgewandt, um den Gittertest zu beginnen. Lassen Sie das Tier drei Minuten lang frei laufen, während es von oben auf Video aufgenommen wird. Beenden Sie die Dreharbeiten, wenn die dreiminütige Zeitspanne abgelaufen ist, und bringen Sie das Tier in seinen Heimatkäfig zurück.Reinigen Sie das Gitter mit einem Sterilisationsmittel auf Chlordioxidbasis und achten Sie darauf, die Oberflächen vor dem Testen vollständig zu trocknen. Setzen Sie das Tier dann für den Leitertest in einen sauberen provisorischen Käfig. Stellen Sie das Leitergerät so ein, dass es zwei Käfige überspannt, wobei der Startkäfig

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Forschung

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Laufaktivität (LMA) ist eine einfache und leicht durchgeführt Messung des Verhaltens bei Mäusen. Kopplung von Video-Tracking-Software (VTS) und LMA ermöglicht die Verbesserung der Spezifität und Sensitivität, vor allem, wenn mit dem Handbuch, Linie überqueren Methode der LMA Analyse verglichen. Zusätzlich VTS ermöglicht langfristige Verfolgung von Maus LMA.

Maus Kurz-und Langzeit-Bewegungsaktivität von Video-Tracking-Software analysiert

Hier wird ein Protokoll zur Erfassung und Analyse dreidimensionaler Kinematik entolierter Vierbeiner bei Nagetieren für präklinische Studien vorgestellt.

3D Kinematic Gait Analysis for Preclinical Studies in Rodents

Nagetier qualifizierte sausen wird häufig verwendet, um geschickte Fähigkeiten zu studieren, erfordert aber viel Zeit und Mühe, um die Aufgabe zu implementieren und das Verhalten zu analysieren. Wir beschreiben eine automatisierte Version des geschickten Erreichens mit Bewegungsverfolgung und dreidimensionaler Rekonstruktion von Reichweitenbahnen.

Automatisierte Ratte Single-Pellet Erreichen mit 3-dimensionalen Rekonstruktion von Pfoten- und Digit-Trajektorien

Beschrieben wird hier ein neuartiges automatisiertes Experimentiersystem, das eine Alternative zum Dreikammertest bietet und auch mehrere Vorbehalte löst. Dieses System liefert mehrere Verhaltensparameter, die eine rigorose Analyse der Verhaltensdynamik kleiner Nagetiere während der sozialen Präferenz- und sozialneuheitspräferenzbegründeten Tests ermöglichen.

Ein System zur Verfolgung der Dynamik des Verhaltens sozialer Präferenzen bei kleinen Nagetieren

Dieses Protokoll beschreibt, wie man eine kleine und vielseitige Videokamera baut und wie man von ihm erhaltene Videos verwendet, um ein neuronales Netzwerk zu trainieren, um die Position eines Tieres in Opernkonditionierungskammern zu verfolgen. Dies ist eine wertvolle Ergänzung zu Standardanalysen von Datenprotokollen, die aus Operant-Konditionierungstests gewonnen wurden.

Tracking Ratten in Operant Conditioning Chambers mit einer vielseitigen hausgemachten Videokamera und DeepLabCut

Wir haben eine einzige Plattform entwickelt, um das Verhalten von Tieren während zweier kletterfaserabhängiger assoziativer Lernaufgaben zu verfolgen. Das kostengünstige Design ermöglicht die Integration mit optogenetischen oder bildgebenden Experimenten, die auf das Klettern der faserassoziierten Kleinhirnaktivität gerichtet sind.

Eine flexible Plattform zur Überwachung des kleinhirnabhängigen sensorischen assoziativen Lernens

Das vorliegende Protokoll bewertet die Bewegungsaktivität von Drosophila , indem es die Bewegung von Fliegen in einer handgefertigten Arena unter Verwendung der Open-Source-Software Fidschi verfolgt und analysiert, die mit Plugins kompatibel ist, um Pixel jedes Frames basierend auf hochauflösenden Videoaufzeichnungen zu segmentieren, um Parameter wie Geschwindigkeit, Entfernung usw. zu berechnen.

Eine einfache Technik zur Bestimmung der lokomotorischen Aktivität in Drosophila

Das Protokoll beschreibt die Methodik der extrazellulären Aufzeichnung im motorischen Kortex (MC), um extrazelluläre elektrophysiologische Eigenschaften in frei beweglichen bewussten Mäusen aufzudecken, sowie die Datenanalyse von lokalen Feldpotentialen (LFPs) und Spikes, die für die Bewertung der neuronalen Netzwerkaktivität nützlich ist, die dem interessierenden Verhalten zugrunde liegt.

Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen

Hier stellen wir ein Protokoll vor, um räuberisches Verfolgungsverhalten in einem Mausmodell zu erkennen und zu quantifizieren. Diese Plattform bietet ein neues Forschungsparadigma für die Untersuchung der Dynamik und der neuronalen Mechanismen des räuberischen Verfolgungsverhaltens bei Mäusen und wird eine standardisierte Plattform für die Untersuchung des Verfolgungsverhaltens bieten.

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Mit diesem Protokoll wird vmTracking eingeführt, eine Methode, die eine hochpräzise Posenverfolgung in Videos von mehreren frei beweglichen, markierungslosen Tieren ermöglicht, selbst unter überfüllten Bedingungen, in denen die Tiere dicht gruppiert sind. Dieser Ansatz liefert zuverlässige Daten für die Analyse sozialer Interaktionen, die in naturnahen Umgebungen stattfinden, in denen sich die Tiere frei bewegen können.

Verwendung von vmTracking zur Verbesserung der Genauigkeit der Schätzung der Pose mehrerer Tiere in Studien zum Sozialverhalten von Nagetieren

Dieses Protokoll etabliert eine kinematische Bewertungspipeline für Ratten-Hintergliedmaßen mittels eines markerlosen Laufbandtests mit Deep-Learning-gesteuerter Auto-Labeling, die eine reproduzierbare Bewegungsquantifizierung ermöglicht.

Tiefenlernen-basiertes Mehrgelenk-Synchrontracking zur objektiven Quantifizierung der Hintergliedmaßen-Lokomotor-Kinematik bei Ratten

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