Name: El uso de un sistema de seguimiento 3D Automatizado de Registro Individual y bajíos de adultos de pez cebra (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-05T16:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 3 s
Description: Aprende a utilizar un sistema de seguimiento 3D automatizado para analizar patrones de movimiento y comportamiento social en Danio rerio. Este método computacional permite detectar alteraciones conductuales con alta precisión espacial.

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Los autores no tienen agradecimientos.

<ol><li>Brennan, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+behavioural+assays+of+translational+relevance+for+the+study+of+psychiatric+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Zebrafish behavioural assays of translational relevance for the study of psychiatric disease.</a> Rev. Neurosci. 22, 37-48 (2011).</li>
<li>Kabashi, E., Brustein, E., Champagne, N., Drapeau, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+models+for+the+functional+genomics+of+neurogenetic+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim.+Biophys.+Acta%22%5BJournal%5D)">Zebrafish models for the functional genomics of neurogenetic disorders.</a> Biochim. Biophys. Acta. 1812, 335-345 (2011).</li>
<li>McCollum, C. W., Ducharme, N. A., Bondesson, M., Gustafsson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developmental+toxicity+screening+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Birth.+Defects.+Res.+C.+Embryo+Today%22%5BJournal%5D)">Developmental toxicity screening in zebrafish.</a> Birth. Defects. Res. C. Embryo Today. 93, 67-114 (2011).</li>
<li>Kurta, A., Palestis, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+ethanol+on+the+shoaling+behavior+of+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Dose-Response%22%5BJournal%5D)">Effects of ethanol on the shoaling behavior of zebrafish (Danio rerio).</a> Dose-Response. 8, 527-533 (2010).</li>
<li>Sison, M., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+performance+altering+effects+of+MK-801+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Behavioral performance altering effects of MK-801 in zebrafish (Danio rerio).</a> Behav. Brain Res. 220, 331-337 (2011).</li>
<li>Delcourt, J., Denoël, M., Ylieff, M., Poncin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Video+multitracking+of+fish+behaviour%3A+a+synthesis+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Fish+Fish%22%5BJournal%5D)">Video multitracking of fish behaviour: a synthesis and future perspectives.</a> Fish Fish. 14, 186-204 (2013).</li>
<li>Zhu, L., Weng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catadioptric+stereo-vision+system+for+the+real-time+monitoring+of+3D+behavior+in+aquatic+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Behav%22%5BJournal%5D)">Catadioptric stereo-vision system for the real-time monitoring of 3D behavior in aquatic animals.</a> Physiol. Behav. 91, 106-119 (2007).</li>
<li>System for 3D monitoring and analysis of motion behavior of targets. US patent. , 8306260 (2012).</li>
<li>Cachat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+neurophenotyping+of+adult+zebrafish+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional neurophenotyping of adult zebrafish behavior.</a> PLoS ONE. 6, e17597(2011).</li>
<li>Maaswinkel, H., Zhu, L., Weng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+immediate+and+the+delayed+effects+of+buspirone+on+zebrafish+%28Danio+rerio%29+in+an+open+field+test%3A+a+3-D+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The immediate and the delayed effects of buspirone on zebrafish (Danio rerio) in an open field test: a 3-D approach.</a> Behav. Brain Res. 234, 365-374 (2012).</li>
<li>Maaswinkel, H., Le, X., He, L., Zhu, L., Weng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissociating+the+effects+of+habituation%2C+black+walls%2C+buspirone+and+ethanol+on+anxiety-like+behavioral+responses+in+shoaling+zebrafish.+A+3D+approach+to+social+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Biochem.+Behav%22%5BJournal%5D)">Dissociating the effects of habituation, black walls, buspirone and ethanol on anxiety-like behavioral responses in shoaling zebrafish. A 3D approach to social behavior.</a> Pharmacol. Biochem. Behav. 108, 16-27 (2013).</li>
<li>Maaswinkel, H., Zhu, L., Weng, W. The advantages of a 3D-automatic recording system for the study of shoaling behavior in zebrafish. 10th International Conference Zebrafish Development and Genetics, Madison, , (2012).</li>
<li>Maaswinkel, H., Zhu, L., Weng, W. An automatic recording system to quantify antagonistic interactions between zebrafish. Abstract. 10th International Conference Zebrafish Development and Genetics, Madison, , (2012).</li>
<li>Spence, R., Gerlach, G., Lawrence, C., Smith, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+behaviour+and+ecology+of+the+zebrafish%2C+Danio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22Biol.+Rev.+Camb.+Phil.+Soc%22%5BJournal%5D)">The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio.</a> Biol. Rev. Camb. Phil. Soc. 83, 13-34 (2008).</li>
<li>Krause, J., Hartmann, N., Pritchard, V. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+nutritional+state+on+shoal+choice+in+zebrafish%2C+Danio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Behav%22%5BJournal%5D)">The influence of nutritional state on shoal choice in zebrafish, Danio rerio.</a> Anim. Behav. 57, 771-775 (1999).</li>
<li>Speedie, N., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alarm+substance+induced+behavioral+responses+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Alarm substance induced behavioral responses in zebrafish (Danio rerio).</a> Behav. Brain Res. 188, 168-177 (2008).</li>
<li>Gebauer, D. L., Pagnussat, N., Piato, A. L., Schaeffer, I. C., Bonan, C. D., Lara, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+anxiolytics+in+zebrafish%3A+similarities+and+differences+between+benzodiazepines%2C+buspirone+and%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Effects of anxiolytics in zebrafish: similarities and differences between benzodiazepines, buspirone and.</a> 99, 480-486 (2011).</li>
<li>Paull, G. C., Filby, A. L., Giddins, H. G., Coe, T. S., Hamilton, P. B., Tyler, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dominance+hierarchies+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29+and+their+relationship+with+reproductive+success%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Dominance hierarchies in zebrafish (Danio rerio) and their relationship with reproductive success.</a> Zebrafish. 7, 109-117 (2010).</li>
<li>Engeszer, R. E., Ryan, M. J., Parichy, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learned+social+preference+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Learned social preference in zebrafish.</a> Curr. Biol. 14, 881-884 (2004).</li>
<li>Mathur, P., Guo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+zebrafish+as+a+model+to+understand+mechanisms+of+addiction+and+complex+neurobehavioral+phenotypes%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Dis%22%5BJournal%5D)">Use of zebrafish as a model to understand mechanisms of addiction and complex neurobehavioral phenotypes.</a> Neurobiol. Dis. 40, 66-72 (2010).</li>
<li>Tropepe, V., Sive, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+zebrafish+be+used+as+a+model+to+study+the+neurodevelopmental+causes+of+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Brain+Behav%22%5BJournal%5D)">Can zebrafish be used as a model to study the neurodevelopmental causes of autism.</a> Genes Brain Behav. 2, 268-281 (2003).</li>
<li>Echevarria, D. J., Hammack, C. M., Pratt, D. W., Hosemann, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+behavioral+test+battery+to+assess+global+drug+effects+using+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Comp.+Psychol%22%5BJournal%5D)">A novel behavioral test battery to assess global drug effects using zebrafish.</a> Int. J. Comp. Psychol. 21, 19-34 (2008).</li>
<li>Seibt, K. J., Piato, A. L., Luz Oliveira, da, Capiotti, R., Vianna, K. M., R, M., Bonan, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antipsychotic+drugs+reverse+MK-801+induced+cognitive+and+social+interaction+deficits+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain.+Res%22%5BJournal%5D)">Antipsychotic drugs reverse MK-801 induced cognitive and social interaction deficits in zebrafish (Danio rerio).</a> Behav. Brain. Res. 224, 135-139 (2011).</li>
<li>Zou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+dose+MK-801+reduces+social+investigation+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Biochem.+Behav%22%5BJournal%5D)">Low dose MK-801 reduces social investigation in mice.</a> Pharmacol. Biochem. Behav. 90, 753-757 (2008).</li>
<li>Ng, M. C., Hsu, C. P., Wu, Y. J., Wu, S. Y., Yang, Y. L., Lu, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+MK-801-induced+impairment+of+inhibitory+avoidance+learning+in+zebrafish+via+inactivation+of+extracellular+signal-regulated+kinase+%28ERK%29+in+telencephalon%5BTitle%5D)+AND+%22Fish+Physiol.+Biochem%22%5BJournal%5D)">Effect of MK-801-induced impairment of inhibitory avoidance learning in zebrafish via inactivation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) in telencephalon.</a> Fish Physiol. Biochem. 38, 1099-1106 (2012).</li>
<li>Sison, M., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Associative+learning+performance+is+impaired+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29+by+the+NMDA-R+antagonist+MK-801%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn.+Mem%22%5BJournal%5D)">Associative learning performance is impaired in zebrafish (Danio rerio) by the NMDA-R antagonist MK-801.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 96, 230-237 (2011).</li>
<li>Swain, H. A., Sigstad, C., Scalzo, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+dizocilpine+%28MK-801%29+on+circling+behavior%2C+swimming+activity%2C+and+place+preference+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotox.+Teratol%22%5BJournal%5D)">Effects of dizocilpine (MK-801) on circling behavior, swimming activity, and place preference in zebrafish (Danio rerio).</a> Neurotox. Teratol. 26, 725-729 (2004).</li>
<li>Vezzani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+MK-801+and+its+effect+on+quinolinic+acid-induced+seizures+and+neurotoxicity+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Pharmacol.+Exp.+Ther%22%5BJournal%5D)">Kinetics of MK-801 and its effect on quinolinic acid-induced seizures and neurotoxicity in rats.</a> J. Pharmacol. Exp. Ther. 249, 278-283 (1989).</li>
<li>Green, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+high-throughput+neurophenotyping+of+zebrafish+social+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Automated high-throughput neurophenotyping of zebrafish social behavior.</a> J. Neurosci. Methods. 210, 266-271 (2012).</li>
<li>Rung, J. P., Carlsson, A., Rydén Markinhuhta, K., Carlsson, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+%28%2B%29-MK-801+induced+social+withdrawal+in+rats%3B+a+model+for+negative+symptoms+of+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neuro-psychopharmacol.+Biol.+Psych%22%5BJournal%5D)"> (+)-MK-801 induced social withdrawal in rats; a model for negative symptoms of schizophrenia.</a> Prog. Neuro-psychopharmacol. Biol. Psych. 29, 827-832 (2005).</li>
<li>Gururajan, A., Taylor, D. A., Malone, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cannabidiol+and+clozapine+reverse+MK-801-induced+deficits+in+social+interaction+and+hyperactivity+in+Sprague-Dawley+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Psychopharmacol%22%5BJournal%5D)">Cannabidiol and clozapine reverse MK-801-induced deficits in social interaction and hyperactivity in Sprague-Dawley rats.</a> J. Psychopharmacol. 226, 1317-1332 (2012).</li>
<li>Burket, J. A., Cannon, W. R., Jacome, L. F., Deutsch, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MK-801%2C+a+noncompetitive+NMDA+receptor+antagonist%2C+elicits+circling+behavior+in+the+genetically+inbred+Balb%2Fc+mouse+strain%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res.+Bull%22%5BJournal%5D)">MK-801, a noncompetitive NMDA receptor antagonist, elicits circling behavior in the genetically inbred Balb/c mouse strain.</a> Brain Res. Bull. 83, 337-339 (2010).</li>
<li>Saunders, J. A., Gandal, M. J., Roberts, T. P., Siegel, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NMDA+antagonist+MK801+recreates+auditory+electrophysiology+disruption+present+in+autism+and+other+neurodevelopmental+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">NMDA antagonist MK801 recreates auditory electrophysiology disruption present in autism and other neurodevelopmental disorders.</a> Behav. Brain Res. 234, 233-237 (2012).</li>
<li>Brosda, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+and+parametrical+investigation+of+prepulse+inhibition+of+startle+and+prepulse+elicited+reactions+in+Wistar+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Biochem.+Behav%22%5BJournal%5D)">Pharmacological and parametrical investigation of prepulse inhibition of startle and prepulse elicited reactions in Wistar rats.</a> Pharmacol. Biochem. Behav. 99, 22-28 (2011).</li>
<li>Wong, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analyzing+habituation+responses+to+novelty+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Analyzing habituation responses to novelty in zebrafish (Danio rerio).</a> Behav. Brain Res. 208, 450-457 (2010).</li>
<li>Maximino, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+analyses+of+anxiety+in+zebrafish+scototaxis%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Parametric analyses of anxiety in zebrafish scototaxis.</a> Behav. Brain Res. 210, 1-7 (2010).</li>
<li>Blaser, R. E., Rosemberg, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measures+of+anxiety+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%3A+dissociation+of+black%2Fwhite+preference+and+novel+tank+test%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">Measures of anxiety in zebrafish (Danio rerio): dissociation of black/white preference and novel tank test.</a> PloS One. 7, e36931(2012).</li>
</ol>

Hans Maaswinkel, Liqun Zhu y Wei Weng son empleados de xyZfish, Ronkonkoma NY, que produce el sistema de seguimiento utilizado en este artículo.

El procedimiento experimental que se muestra aquí permite registrar peces cebra individuales, parejas de peces cebra (por ejemplo , para estudiar el apareamiento o la agresión) y cardúmenes de peces cebra (como se muestra en el ejemplo representativo). El sistema es especialmente adecuado para obtener simultáneamente información sobre la distribución 3D (vertical y horizontal), las características cinemáticas (por ejemplo, velocidad, aceleración, ángulo de giro) y los parámetros sociales (por ejemplo, la cohesión social). A continuación, enumeramos algunos temas importantes a considerar al planificar experimentos.
Dependiendo del procedimiento experimental, se pueden estudiar diferentes sistemas de comportamiento. Por ejemplo, para explorar la neofobia (es decir, el miedo a nuevos entornos), la grabación debe iniciarse inmediatamente después de introducir el pez cebra en el tanque de observación (después de esperar unos segundos a que el agua se asiente para disminuir el ruido), sin habituación previa11,17,37. Por otro lado, algunos temas de investigación pueden requerir que el pez cebra esté bien habituado, por ejemplo, al estudiar los efectos de las feromonas de alarma16. Al estudiar grupos de peces cebra, el experimentador debe tener en cuenta que, aunque el software minimiza el cambio de etiquetas, en este momento no es posible seguir al pez cebra individual en todo momento. Esto tampoco es importante para los estudios de cardúmenes donde el énfasis está en la cohesión social, pero sería crucial cuando se explora la agresión o el apareamiento. La reasignación manual de etiquetas es una opción, pero puede llevar mucho tiempo.
El color de las paredes del contenedor de observación y de la cámara de observación puede tener una gran influencia en el comportamiento del pez cebra. Por ejemplo, se ha descrito que las paredes blancas inducen respuestas de aversión36, 37. Al probar diferentes colores, tenga en cuenta dos cosas: 1) es importante que la pared frontal (es decir, la pared más cercana a la cámara) permanezca transparente y que una tapa (si se usa una) también debe ser transparente; 2) Al seleccionar un color nunca antes utilizado, primero determine si el contraste entre el pez cebra y el fondo es apropiado para grabar. Haz una prueba. Cambiar la configuración de la cámara para grabar (ganancia, obturador, rojo y azul, como se explica en los pasos 2.5 y 2.6) y la configuración para la reconstrucción de la trayectoria (por ejemplo, umbrales de color y tamaño, como se explica en los pasos 3.3, 3.5, 3.11 y 3.12) puede marcar una gran diferencia. Una vez más, la experiencia con el sistema contribuirá en gran medida a decidir qué es posible.
Dependiendo del propósito del experimento, podría ser deseable una fuente de luz con diferentes características (por ejemplo, espectro, intensidad). Las barras LED se pueden reemplazar fácilmente. Asegúrese de que la luz llegue a todas las partes del recipiente.
Si el experimento requiere que el pez cebra permanezca en el recipiente de observación durante varias horas, asegúrese de proporcionar aireación. Se puede conectar un tubo de aire a la esquina trasera derecha con un clip. Verifique en la pantalla de la computadora que el clip no interfiera con la grabación, es decir, que el pez cebra no se oculta en ningún momento a la vista. En las figuras 2A y 2B , el clip negro se puede ver en la vista superior. Idealmente, la aireación debe proporcionarse antes o entre grabaciones, pero no durante la grabación para evitar el ruido. También tenga en cuenta que activar o desactivar la aireación fuerte puede asustar al pez cebra.
Si el experimento requiere mantener el pez cebra en el recipiente durante la noche, es útil cubrir la cámara de observación con una tapa transparente para evitar que el pez cebra salte (lo cual es una ocurrencia muy común). Si no se quita la cubierta antes de grabar (para no molestar al pez cebra), tenga en cuenta los dos puntos siguientes: 1) asegúrese de que las imágenes especulares de las fuentes de luz no obstruyan la grabación (por ejemplo, cambiando las fuentes de luz o eligiendo una tapa que refleje la luz solo mínimamente); 2) tenga en cuenta que la tapa puede empañarse cuando se usa durante la noche, especialmente porque en este caso también se debe proporcionar aireación; Una forma de reducir esto es elegir una tapa con pequeños agujeros.
Para algunos experimentos, podría ser esencial determinar el comportamiento de referencia del pez cebra antes de administrar un medicamento. En este caso, el medicamento se puede agregar entre sesiones por medio de un tubo (similar al tubo de aireación discutido anteriormente).
Aunque aquí se centró el registro del pez cebra (Danio rerio), otras especies de peces, por supuesto, también se pueden registrar con el sistema. Se ha utilizado para estudiar comportamientos en peces dorados (juveniles) (Carassius auratus), barbo tigre (Barbus tetrazona) y cola de espada verde (Xiphophorus helleri).
Finalmente, debe tenerse en cuenta que otras dimensiones de los tanques de observación son principalmente posibles. Sin embargo, requeriría reconfigurar el sistema y encontrar un buen equilibrio entre la resolución espacial y temporal cuando se utilizan contenedores de observación mucho más grandes. Además, la forma del recipiente debe ser cuboide. El número de peces cebra u otros sujetos experimentales es teóricamente ilimitado; sin embargo, el intercambio de etiquetas aumenta con el número de sujetos.

El pez cebra se ha convertido en un modelo importante para la investigación biológica y farmacológica1-3. El seguimiento del movimiento y los patrones de distribución espacial de los peces cebra individuales y de los bancos de peces cebra es invaluable. Los estudios más antiguos aplican la cuantificación manual basada en imágenes grabadas4. Ahora, los sistemas automáticos de seguimiento de video 2D se usan comúnmente5. Sin embargo, dado que el pez cebra y muchos otros animales acuáticos y no acuáticos se mueven en un espacio tridimensional, el interés en los sistemas 3Destá creciendo. El sistema 3D descrito se publicó por primera vez en 20077. Para obtener detalles técnicos y comparaciones con otros sistemas, véase8. La ventaja básica de este sistema, en comparación con otros sistemas, es que adquiere dos (opcionalmente tres) vistas sincrónicas e independientes utilizando un sistema de duplicación y que utiliza un protocolo de calibración de dos pasos. En el primer paso, se calibra la geometría 3D del sistema estéreo (formado por la cámara y los espejos). En el segundo paso, se corrigen los errores no lineales introducidos por la refracción de la luz. Cuando se estudian animales acuáticos, el impacto de la refracción de la luz puede ser considerable cuando no se corrige. Otros sistemas publicados hasta ahora (incluso los desarrollos más recientes9) omiten el procedimiento de calibración en dos pasos. Para detalles técnicos sobre identificación de objetos, oclusión con seguimiento multiobjeto, ruido de jigging, etc. Se remite al lector a las publicaciones originales8,9. El sistema ha sido validado para el estudio de las respuestas conductuales similares a la ansiedad10,11, el cardumen8,11,12 y, en un estudio preliminar, para el comportamiento antagónico en el pez cebra13. También se ha probado para otras especies de peces (pez dorado8, cola de espada, barbo tigre) y para ratones9.
A continuación, se describen los protocolos para la calibración y el uso del sistema, y se presentan los resultados de un experimento que prueba los efectos del antagonista no competitivo del receptor NMDA MK-801 en el pez cebra en cardúmenes para demostrar el tipo de datos que se pueden obtener con el sistema.
Tanto en el entorno natural como en los acuarios, el pez cebra suele nadar en cardúmenes14. Las preferencias de búsqueda de cardúmenes parecen depender de varios factores, como la crianza, el sexo y la disponibilidad de alimentos14,15. Curiosamente, la distancia entre los peces cebra individuales en un banco se hace más pequeña cuando hay señales de peligro potencial, como las feromonas de alarma16 o la novedad11. Por lo tanto, el paradigma del cardumen también se está utilizando para probar fármacos ansiolíticos17. Las jerarquías de dominancia18 y el aprendizaje social19 son aspectos fascinantes del comportamiento del pez cebra. Debido a su carácter conductual social altamente desarrollado, el pez cebra también se ha vuelto de interés para la investigación del autismo20,21.
Se ha reportado que MK-801 altera el comportamiento social en el pez cebra5,22,23, lo que recuerda sus efectos en los mamíferos24. Sin embargo, MK-801 también tiene muchos otros efectos sobre otros comportamientos (como el comportamiento de natación, la evitación inhibitoria y la preferenciade lugar 25-27). Por lo tanto, es crucial, en los experimentos iniciales, obtener la mayor cantidad de información posible a partir de observaciones básicas. Esto proporcionará la base para el diseño de experimentos más específicos.
Inspección del aparato de grabación y del software
En su configuración actual, el contenedor de observación (25 cm x 25 cm x 18 cm, largo x ancho x alto), que contiene el pez cebra, se coloca en la cámara de observación (91 cm x 46 cm x 56 cm, largo x ancho x alto). La cámara también contiene una cámara, un espejo que está suspendido en un ángulo de aproximadamente >45° sobre el contenedor y barras de luz LED. En la figura 1 se muestra un diagrama simplificado. La cámara graba tanto la vista frontal como la vista superior (espejo) para construir las trayectorias 3D del pez cebra determinando sus coordenadas x, y y z. A efectos de orientación, los vectores de coordenadas se presentan en la esquina frontal izquierda del contenedor de observación (posición relativa a la cámara), lo que corresponde a los vectores presentados en las vistas 3D (por ejemplo, Figura 15) generadas por el Módulo de Reconstrucción de Rutas (ver más abajo). La frecuencia de muestreo depende de la cámara y del ordenador. En nuestros experimentos es de aproximadamente 40 fotogramas/seg (fps). La resolución espacial de los fotogramas grabados es de 640 x 480 píxeles (esta configuración se eligió como equilibrio óptimo entre resolución espacial y temporal). Se requiere Windows XP o superior.
Antes de la primera grabación, el sistema debe calibrarse para determinar la ubicación de las paredes del contenedor y la superficie del agua, para determinar el factor de escala de los fotogramas registrados y para ajustar el considerable error generado por la refracción de la luz al pasar del agua al aire. En principio, la calibración solo debe realizarse durante la instalación inicial y después de que se muevan o reemplacen partes de la configuración, como la cámara o el espejo. Sin embargo, es una buena práctica comprobar de vez en cuando si la calibración sigue siendo correcta y recalibrar, si es necesario.
El software consta de tres módulos. El módulo de grabaciones registra los fotogramas (en la Figura 2 se muestran dos fotogramas de ejemplo). El módulo de trayectoria reconstruye las rutas de cada pez cebra. El módulo de procesamiento de datos calcula una serie de parámetros cinemáticos y espaciales estándar. Con el fin de un análisis posterior, los datos se pueden importar a una hoja de cálculo o a un software estadístico.

<table><tbody><tr><td>Hardware de seguimiento AABT-3D</td><td>xyZfish</td><td>AABT II</td><td>Incluye cámara, tarjeta de video, compartimento de observación con espejo e iluminación</td></tr><tr><td>AABT-3D Equipo de calibración</td><td>xyZfish</td><td>calib</td><td>Contiene panel de calibración y espejo lateral</td></tr><tr><td>AABT-3D Contenedores de observación</td><td>xyZfish</td><td>cubos</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>AABT-3D Software de seguimiento</td><td>xyZfish</td><td>v.1.0</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Computadora</td><td>opcional</td><td>N/A</td><td>Windows XP o superior</td></tr> <tr><td>(+)-MK-801 maleato de hidrógeno</td><td>Sigma</td><td>M107</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Bomba de aire</td><td>Fusion</td><td>500</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Tubo de línea de aire de 3/16"</td><td>Lee' s Productos para acuarios y mascotas</td><td>14508</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Clips de carpeta medianos</td><td>OfficeDepot 561339</td><td></td><td>Para fijar la línea de aire al contenedor de observación</td></tr></tbody></table>

el uso de un sistema de seguimiento 3d automatizado de registro individual y bajíos de adultos de pez cebra

Using an Automated 3D-tracking System to Record Individual and Shoals of Adult Zebrafish

Al igual que muchos animales acuáticos, pez cebra (Danio rerio) se mueve en un espacio 3D. Por tanto, es preferible utilizar un sistema de grabación 3D para estudiar su comportamiento. El sistema de seguimiento automático de vídeo presentado logra esto mediante el uso de un sistema de espejo y un procedimiento de calibración que corrige el error considerable introducida por la transición de la luz del agua al aire. Con este sistema es posible grabar tanto individual y grupos de adultos de pez cebra. Antes de usar, el sistema tiene que ser calibrado. El sistema consta de tres módulos: grabación, Reconstrucción Ruta y Procesamiento de Datos. Se presentan los protocolos de paso a paso para la calibración y el uso de los tres módulos. Dependiendo de la configuración experimental, el sistema puede ser utilizado para la neofobia de prueba, la aversión al blanco, la cohesión social, el compromiso motor, exploración novela objeto, etc. Es especialmente prometedora como una herramienta de primera etapa para estudiar los efectos de los fármacos o mutaciones en modelos de comportamiento básicos. Lasistema proporciona información sobre la distribución vertical y horizontal del pez cebra, sobre los xyz-componentes de parámetros cinemáticos (tales como la locomoción, la velocidad, la aceleración, y el ángulo de giro) y proporciona los datos necesarios para el cálculo de los parámetros de cohesiones sociales al probar los bajíos.

Se describe el uso de un sistema de video automático 3D que puede rastrear individuos y grupos de peces cebra. Como ejemplo de aplicación, exploramos los efectos del antagonista del receptor NMDA MK-801 en cardúmenes de pez cebra.

El uso de un sistema de seguimiento 3D Automatizado de Registro Individual y bajíos de adultos de pez cebra

Like many aquatic animals, zebrafish (Danio rerio) moves in a 3D space. It is thus preferable to use a 3D recording system to study its behavior. The ...

El objetivo general de este procedimiento es estudiar los patrones de movimiento tridimensionales de peces cebra u otros animales acuáticos y analizar sus características cinemáticas, espaciales y sociales. Esto permite detectar comportamientos alterados debido a mutaciones genéticas o factores químicos y ambientales. Esto se logra primero calibrando el sistema, lo cual también corrige la distorsión considerable de la imagen generada por la refracción.El segundo paso consiste en grabar fotogramas de video con una resolución temporal relativamente alta desde al menos dos ángulos diferentes simultáneamente. A continuación, el software reconstruye las trayectorias del pez. Se aplican algoritmos avanzados para reducir el efecto del ruido y deducir la posición de un pez cuando ocurre oclusión o agrupamiento.El paso final consiste en analizar los datos y realizar el análisis estadístico de la aceleración de la velocidad, el ángulo de giro, la distribución horizontal y vertical en el recipiente de observación, las distancias interindividuales y otros parámetros de interés. En definitiva, el seguimiento en 3D calibrado a alta velocidad es útil para estudiar los déficits conductuales en pececillos de danio mutantes y los efectos de fármacos sobre una variedad de sistemas conductuales. Con fines de descubrimiento de fármacos, una ventaja del sistema es que permite estudiar la conducta de los peces en 3D.Esto es importante porque los peces se mueven naturalmente en las tres dimensiones y, al registrar múltiples peces simultáneamente, la grabación en 2D puede ser muy engañosa al investigar las configuraciones espaciales del grupo. Otra ventaja del sistema es que corrige la refracción de la luz, la cual, si no se corrige, puede provocar errores de medición significativos en su configuración actual. El recipiente de observación que contiene los peces cebra se coloca en la cámara de observación.La cámara también contiene una cámara, un espejo, que está suspendido a aproximadamente 45 grados sobre el recipiente y barras de luz LED. Antes de grabar, calibre el sistema para determinar las posiciones de la pared del recipiente y de la superficie del agua, así como el factor de escala de los fotogramas grabados, y ajuste también el error generado por la refracción de la luz al pasar del agua al aire. Una vez completada la calibración, se debe realizar una prueba con un pez simulado.La recalibración debe realizarse si las posiciones del espejo o de la cámara están desajustadas o si hay problemas con el seguimiento. Para iniciar una sesión de grabación, coloque el recipiente de observación lleno hasta las marcas con agua dentro de la cámara de observación. Los pies del recipiente deben insertarse en los orificios de alineación.Oriente los recipientes de manera que las paredes semitransparentes u opacas queden en el lado opuesto y a la derecha, tal como se ven desde la cámara. A continuación, encienda las luces en el compartimento, luego introduzca el pez en el recipiente y cierre las cortinas. Abra el módulo de grabación y aparecerá en pantalla la imagen de la vista frontal y superior del recipiente.Inicialmente, la imagen adquirida puede no ser ideal y, por lo tanto, podría necesitar algunos ajustes para obtener un contraste suficiente entre el pez y el fondo. Para ajustar la imagen, seleccione control de cámara y, a continuación, en la ventana de configuración general que se abre, desactive las casillas mostradas aquí y luego ajuste la obturación y la ganancia de manera que la imagen no quede sobreexpuesta. A continuación, en el lado izquierdo de la ventana de control de cámara, seleccione balance de blancos a color y, en la nueva ventana, desactive la casilla de automático y ajuste los valores de rojo y azul para obtener el mejor contraste de color tanto en la vista frontal como en la vista superior.Pueden ser necesarios múltiples ajustes después de que se completen los ajustes. Desde el menú principal del módulo de registro, seleccione la ubicación de los datos para crear o seleccionar una carpeta. Cada registro debe tener su propia carpeta, que debe ser una subcarpeta de la carpeta del experimento.Ahora pulse iniciar grabación e introduzca un número entero para la duración de la grabación en minutos, luego pulse aceptar y comenzará la sesión de grabación experimental. Una vez finalizadas las grabaciones, copie y pegue los datos del contenedor del animal y las subcarpetas de datos de correspondencia desde la carpeta de calibración a las carpetas creadas previamente. Para iniciar la reconstrucción de la trayectoria, abra el módulo de trayectoria del software. Luego pulse ubicación de datos para seleccionar la carpeta que fue creada con el módulo de grabación.A continuación, presione el botón de configuración del sistema para abrir primero la ventana de parámetros y ajuste los umbrales de color para la vista superior e inferior. Un valor inicial adecuado es 1000. A continuación, seleccione los umbrales de tamaño para la vista superior e inferior.Un tamaño inicial adecuado para un pez cebra de tamaño mediano es 10, o utilice 20 para un pez grande y cinco para un pez pequeño. Cuanto más altos sean estos umbrales, menos probable será que el software detecte ruido. Sin embargo, con un valor demasiado alto, podría no ser capaz de detectar al pez.Puede ser necesario reajustar estos umbrales más adelante en el experimento. Para el umbral superior de tamaño, un valor de 3000 suele ser suficiente. Y para la longitud específica, mantenga el valor preestablecido de 220.El número de peces hace referencia al número de peces en el tanque de observación. El número máximo de puntos se refiere al número total de fotogramas, registre o recuerde este número y presione Aceptar. Luego seleccione adquirir fondo.La siguiente ventana solicitará completar los campos "desde" y "hasta". Después de cargar el fondo, ajuste las tres cajas rojas utilizando el ratón; estas cajas marcan las áreas en las que el software busca al pez. Minimice la caja situada a la izquierda.Dado que la vista lateral solo se utiliza para la calibración, ahora presione el botón de iniciar la generación de trayectorias y comenzará la reconstrucción de la trayectoria. Idealmente, la etiqueta debe colocarse sobre la imagen del pez; si a menudo se coloca incorrectamente, abra la ventana de información. Aquí observamos un caso ideal en el que solo se ven los contornos del pez.En caso de ruido excesivo, presione detener en el menú principal y elija nuevos umbrales de color y tamaño. Asimismo, verifique si las cajas rojas pueden reducirse ligeramente. Por ejemplo, en la parte superior, para excluir el ruido generado por los movimientos del agua, observe la trayectoria en la pantalla 3D.Al hacer clic derecho con el ratón, el investigador puede seleccionar entre rotación y traslaciones de la configuración 3D. Para comenzar el procesamiento de datos, abra el módulo de procesamiento de datos, seleccione el proyecto en la barra de herramientas y luego, en el menú desplegable, seleccione nuevo e ingrese un nombre de experimento. A continuación, seleccione editar proyecto.Luego, agregue al proyecto seguido de un nuevo grupo y complete un nombre para el grupo experimental. Ahora seleccione el grupo experimental en la ventana derecha. Tenga en cuenta que la barra de herramientas cambiará.Seleccione el grupo de edición, luego agregue al grupo y después agregue nuevas mediciones. Esto abrirá una ventana del navegador. A continuación, abra la carpeta creada durante la grabación y seleccione la subcarpeta trayectorias y luego el archivo de puntos suavizados.En el ejemplo presentado aquí para el grupo A, se cargaron seis archivos y para el grupo B, cuatro archivos. Para comenzar el análisis, seleccione el archivo suavizado por puntos en la ventana derecha. Luego seleccione Procesamiento de datos y Puntos finales de valor único en el menú desplegable.Como ejemplo, seleccione la congelación por duración. Se abrirá una ventana para especificar la congelación en función del umbral de velocidad y del umbral de duración, con el fin de familiarizarse con el programa. Pruebe otros ejemplos como distribución de profundidad por distancia recorrida, que permite determinar el número de niveles de profundidad y la frecuencia de ráfagas.Al seleccionar la opción, se calculará el procesamiento por lotes utilizando un umbral predeterminado de aproximadamente 200 puntos finales en este contexto. Predeterminado significa que se han establecido los delimitadores. Por ejemplo, actualmente la distribución de profundidad se calcula para tres niveles de profundidad y la distribución angular se calcula para cuatro secciones.Después de generar los parámetros, se abrirá una nueva ventana solicitando la ubicación y el nombre del archivo que se creará. Estos se guardarán en formato CSV y podrán importarse a otro software. Aquí, la figura A muestra un ejemplo típico de cuadro para el control.Pez cebra, mientras que la figura B muestra un ejemplo típico de cuadro para peces cebra tratados con MK 801, ambos registrados durante una sesión matutina. Obsérvese que los peces cebra controlados estaban cerca del fondo y agrupados. En contraste, los peces cebra tratados con MK 801 estaban cerca de la parte superior y nadaban a una distancia considerable unos de otros.Aquí se presentan dos trayectorias representativas de peces cebra control y peces cebra tratados con 10 micromolar de MK 801, correspondientes a una sesión matutina y a una sesión vespertina. En esta figura, se muestran las distancias sociales promedio para los controles y para los peces tratados con 10 micromolar de MK 801 en ambas sesiones, y aquí se presentan las líneas de tiempo de las distancias interindividuales promedio para ambos grupos.Aquí en la figura A, observamos la distribución de los peces cebra en 10 niveles iguales de profundidad durante la sesión matutina, y en B, la distribución durante la sesión vespertina. Aquí se observa la distribución temporal en las cuatro zonas radiales de los grupos experimentales. El recuadro muestra la ubicación de estas zonas desde el centro hacia la periferia, y aquí vemos la distribución temporal en los cuatro cuadrantes de los grupos experimentales.El recuadro muestra la ubicación de los cuadrantes. Las líneas dobles representan paredes blancas, las líneas simples representan paredes transparentes. La cámara se encuentra a la izquierda del recuadro IE, más cerca de los cuadrantes uno y cuatro.Los asteriscos negros indican comparaciones entre los grupos de la sesión matutina y los asteriscos grises para aquellos de las sesiones vespertinas. Finalmente, aquí se muestran las componentes X, Y, Z de la distancia recorrida por los peces cebra durante las sesiones matutina y vespertina. Se presentan la media y el error estándar de la media.Al trabajar con el sistema, recuerde que los datos son tan buenos como la grabación, por lo que debe asegurarse de que el sistema esté bien calibrado y de que los ajustes de la cámara sean óptimos. El resto es sencillo y simplemente se trata de familiarizarse con los diferentes pasos.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

El VisioTracker es un sistema automatizado para el análisis cuantitativo de los resultados visuales de peces adultos de larvas y pequeños basados ​​en el registro de los movimientos oculares. Cuenta con un control total sobre propiedades de los estímulos visuales y análisis en tiempo real, permitiendo la investigación de alto rendimiento en áreas como el desarrollo del sistema visual y la función, la farmacología, los estudios neuronales del circuito y la integración sensoriomotora.

VisioTracker, un enfoque innovador para el análisis automatizado oculomotor

El video describe el ensayo de evitación y tigmotaxis de las larvas de pez cebra. El video examina el comportamiento de las larvas de pez cebra en respuesta a estímulos aversivos visuales.

Ensayo de evitación y tigmotaxis del pez cebra: un método de alto rendimiento para examinar el comportamiento de las larvas en respuesta a estímulos visuales aversivos

Nuestro laboratorio ha desarrollado un sistema automatizado de imágenes de alto rendimiento novedoso que es útil para la detección de varios comportamientos diferentes en-7 días de edad, las larvas de pez cebra. El sistema se puede utilizar para detectar cambios sutiles en el comportamiento después de las larvas han sido expuestos a sustancias tóxicas ambientales o productos farmacéuticos.

Automatizados análisis de comportamiento de alto rendimiento en larvas de pez cebra

peces cebra son un excelente modelo para estudiar la función muscular y las enfermedades. Durante la embriogénesis temprana, el pez cebra comienza a realizar contracciones musculares regulares produciendo un comportamiento rítmico de natación, que se altera cuando el músculo se interrumpe. Aquí describimos una respuesta evocada por el tacto y un ensayo de locomoción para examinar el rendimiento de la natación como una medida de la función muscular.

Usando respuesta evocada-Touch y la locomoción ensayos para evaluar el rendimiento muscular y la función en el pez cebra

Aquí, presentamos un protocolo para diseñar y fabricar un embrión de pez cebra colocar plantilla, seguido de un procedimiento detallado sobre el uso de dicha plantilla para alto rendimiento embrión de pez cebra colocar en una placa de 96 pocillos.

3 dimensiones (3D)-impreso la plantilla para alto rendimiento embrión de pez cebra matriz

Se describe un protocolo de comportamiento diseñado para evaluar cómo influyen en su respuesta al agua corrientes y campos magnéticos débiles personalidades de pez cebra. Peces con los mismo personajes se separan en base a su comportamiento exploratorio. Luego, se observa su comportamiento de orientación rheotactic en un túnel de natación con un bajo caudal y bajo diferentes condiciones magnéticas.

Evaluar la influencia de la personalidad en la sensibilidad a los campos magnéticos en el pez cebra

Capaz de recuperarse funcionalmente después de una lesión de la médula espinal, el pez cebra adulto es un sistema modelo de primer nivel para dilucidar los mecanismos innatos de regeneración neuronal. Aquí, describimos la resistencia a la natación y los ensayos de comportamiento de natación como lecturas funcionales de la regeneración de la médula espinal.

Evaluación de la resistencia a la natación y el comportamiento de natación en peces cebra adultos

El objetivo del protocolo actual es esbozar los pasos necesarios para establecer y utilizar un ensayo de preferencia social para el pez cebra adulto y demostrar que puede utilizarse para caracterizar los defectos sociales inducidos por el etanol.

Modelado de trastornos del espectro alcohólico fetal en pez cebra para caracterizar el impacto de un entorno embrionario adverso en el comportamiento social adulto

Este protocolo utiliza imágenes de láminas de luz para investigar la función contráctil cardíaca en larvas de pez cebra y obtener información sobre la mecánica cardíaca a través del seguimiento celular y el análisis interactivo.

Imágenes de lámina de luz 4D de la contracción cardíaca del pez cebra

Las tareas de preferencia social multicámara se han adaptado de roedores a pez cebra, facilitando el estudio del comportamiento social en organismos modelo. Este protocolo valida una tarea de bajo coste de 3 cámaras en tanque abierto utilizando cámaras web y software de código abierto para medir la preferencia social de los peces cebra, haciéndola accesible para la investigación y la docencia de estudiantes de grado.

Alternativa de bajo coste para examinar la preferencia social en peces cebra (Danio rerio) utilizando la tarea de 3 cámaras de nadar libre en acuario abierto

Aprende a utilizar un sistema de seguimiento 3D automatizado para analizar patrones de movimiento y comportamiento social en Danio rerio. Este método computacional permite detectar alteraciones conductuales con alta precisión espacial.

El uso de un sistema de seguimiento 3D Automatizado de Registro Individual y bajíos de adultos de pez cebra

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