אלטרנטיבה זולה לבחינת העדפה חברתית בדגי זברה (Danio rerio) באמצעות משימת שחייה חופשית פתוחה בת 3 חדרים
7 באוגוסט 2026
משימות העדפה חברתית רב-תאיות הותאמו ממכרסמים לדגי זברה, מה שמקל על חקר התנהגות חברתית באורגניזמים מודליים. פרוטוקול זה מאשר משימת אקווריום פתוח בעלות נמוכה עם שלושה תאים באמצעות מצלמות רשת ותוכנות קוד פתוח למדידת העדפה חברתית לדגי זברה, מה שהופך אותה לנגישה למחקר ולהוראה לסטודנטים לתואר ראשון.
פרוטוקול זה מתקף משימת שחייה חופשית במיכל פתוח בעל 3 תאים, בעלות נמוכה ובקוד פתוח, לבחינת העדפה חברתית בדגי זברה. ניתן להשתמש בפרוטוקול זה עם מינים שונים, והוא מאפשר לחוקרים לתואר ראשון לבחון העדפה חברתית במשאבים מינימליים. כדי להתחיל, הכינו את מכשיר המיכל הפתוח הכולל תא ניסוי מרכזי ושני תאי גירוי בצדדיו.
התקינו את מערכת התאורה האחורית. השתמשו במחיצות אטומות ובמסננים מקטבים כדי למקסם את הבידוד הוויזואלי ואת ניגודיות הווידאו. התקינו וכיילו את המצלמות לפני התאים באמצעות מסגרת התמיכה למצלמות.
סגרו את וילונות ההחשכה ושמרו על תנאי אחסון יציבים לפני תחילת הניסוי. הורו את תוכנת ה-Open Broadcaster Software והתקינו אותה במחשב מקומי המופעל על ידי Windows. לאחר השקת התוכנה, הפעילו את אשף ההגדרה האוטומטית כדי למטב את ההגדרות עבור צרכי ההקלטה הספציפיים, משאבי החומרה ותנאי הרשת.
יש לוודא את ההגדרות הבסיסיות לפני הגדרת המצלמה. הגדירו את רזולוציית קנבס הבסיס כך שתתאים לרזולוציית התצוגה, והגדירו את רזולוציית הפלט המותאמת (scaled resolution) המתאימה. לאחר מכן, צרו סצנה על ידי לחיצה ימנית בתיבת הסצנות ובחירה באפשרות Add Scene.
הקצו שם לסצנה והשתמשו בו כדי להגדיר את פריסת הזרם. הוסיפו מקור חדש ובחרו ב-Video Capture Device כדי להוסיף מצלמת רשת. הקצו לכל מצלמה שם ייחודי, כגון Camera Center, וחזרו על התהליך עבור המצלמה הנוספת.
מקמו ושנו את גודל המקורות בחלון התצוגה המקדימה. ודאו שהמצלמה מופיעה ברשימת המקורות. הביאו את תצוגת המצלמה למרכז הקנבס על ידי לחיצה על control פלוס D. בצעו התאמה למסך על ידי לחיצה על control פלוס F, או מתיחה של המסך על ידי לחיצה על control פלוס S. חתכו את המקור על ידי לחיצה ממושכת על מקש alt תוך כדי גרירת תיבת התחום.
בשלב הבא, לחצו פעמיים על המצלמה שנבחרה ולחצו על Configure Video. כוונו את הבהירות והניגודיות של הווידאו בתפריט המאפיינים. מלאו את שלושת התאים במים ממיכלי הגידול וכוונו את טמפרטורת המים לפני הכנסת הדגים.
יש לוודא שהמחסומים האטומים בין התאים נמצאים במקומם לאורך כל תקופת ההסתגלות. העבירו דג Danio rerio בוגר אחד לתא המרכזי והניחו לו להסתגל למשך שעה אחת לפחות. מקמו את גירויי החברה המלאכותיים בתא הגירוי השמאלי הסמוך.
לאחר מכן, העבירו להבליל גירוי הימני להקה קטנה של ארבעה דגים, המורכבת משני זכרים ושתי נקבות בעלי גודל, גיל ורמת היכרות דומים. במהלך תקופת ההסתגלות, ציידו את כל התאים המכילים בעלי חיים חיים במחמם טבול המכוון ל-26 °C, באבן בועות המחוברת למשאבת אוויר של אקווריום, ובמכסה למכל כדי לשמור על תנאי אחסון יציבים. הסירו את המחממים ואבני הבועות לפני תחילת הסשן הניסויי.
הפעילו את המצלמה הבודדת הממוקמת על המיכל המרכזי. הפעילו את התוכנה ושנו את גודל התצוגה של המצלמה המרכזית כך שתמלא את המסך על ידי לחיצה וגרירה של פינות הווידאו. לאחר מכן, בחרו ב-Start Recording תחת הבקרות.
הסר מיד את המחסומים האטומים. לאחר 10 דקות, סיים את הסשן על ידי בחירה ב-Stop Recording תחת הבקרות. ניתן לגשת לסשנים שהוקלטו על ידי בחירה ב-File בתפריט השמאלי העליון, ובחירה ב-Show Recordings מהתפריט הנפתח.
טענו ארבעה עד חמישה סרטונים לתוך אפליקציית תוכנה לניתוח תנועה, כגון DeepLabCut, והפיקו 20 עד 30 פריימים מכל סרטון. הגדירו לפחות שלוש נקודות מעקב עיקריות, כגון הראש, הזנב והגוף. אמנו את הרשת לעקוב אחר נקודות אלו לאורך הפריימים.
השתמש ברשת נוירונים המבוססת על ResNet-101 כדי לאמן את המודל. קבע את מספר האיטרציות הנדרשות להשלמת האימון. לאחר מכן, פרוס את מודל ה-DeepLabCut המאומן במלואו על שאר סרטוני הניסוי, והפק נתונים מיקומיים עבור כל ניסוי בהתאם למדריך למשתמש.
לאחר מכן, השתמש בתוכנת קידוד כגון Python כדי להגדיר ולנתח תנועה לאורך שלושה אזורים אנכיים בזירה, בעלי רוחב שווה, כדי לכמת את ההעדפה. מדוד את הזמן בכל אזור באמצעות לפחות שתי נקודות גוף בתוך האזור שזוהה כדי להפחית רעשי מעקב. חשב את סך הזמן בכל אזור על ידי חלוקת מספר הפריימים הכולל באזור במספר הפריימים הכולל.
השתמשו באותה תוכנת קידוד כדי להגדיר ולמדוד את הזמן שבו הנבדק נותר ללא תנועה, כגון קיפאון (freezing). הגדירו את סף התנועה ל-2 עד 5 פיקסלים לפריים, עם מספר מינימלי של 15 פריימים רצופים. לבסוף, רכזו וייצאו את המדידות לצורך ניתוח סטטיסטי וויזואליזציה.
הנבדקים בילו זמן משמעותית רב יותר במהלך הסשן באזור הימני הקרוב ביותר ללהקה החיה, מאשר באזור האמצעי או באזור השמאלי הקרוב ביותר לגירוי הנייד המלאכותי. ההבדל בזמן שבילו בין האזור האמצעי לאזור השמאלי לא היה מובהק סטטיסטית. הנבדקים בילו זמן משמעותית פחות ללא תנועה במהלך הסשן באזור האמצעי מאשר באזור הימני הקרוב ביותר ללהקה החיה או באזור השמאלי הקרוב ביותר לגירוי הנייד.
פרוטוקול זה יכול לשמש חוקרים לבדיקת הנטייה של דגי זברה להגיב חזותית לשני גירויים חברתיים שונים ולקביעת הגירוי המועדף. חוקרים יכולים להשתמש במינים שונים או בתצורות גירוי שונות, וכן לבחון תגובות אחרות, כגון שחייה מהירה ומפתיעה (darting) או שחייה לא סדירה. המערכת מציעה פלטפורמה למחקר מודלים תרגומיים של תפקוד חברתי ויכולה לשמש לבחינת מניפולציות פרמקולוגיות וסביבתיות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
Overview
This article presents a protocol for assessing social behavior in zebrafish using the 3-chamber open-tank free-swim task (OTFST). The method utilizes a cost-effective setup with USB webcams and common materials, combined with DeepLabCut for markerless pose estimation and behavioral tracking. The approach is validated through pilot sessions and is designed to be accessible for both research and teaching laboratories.
Key Study Components
Area of Science
- Neurobehavioral research
- Behavioral neuroscience
- Zebrafish behavioral analysis
Background
- Social preference tasks are widely used to study social behavior in animal models.
- The 3-chamber paradigm was originally developed for rodents and later adapted for zebrafish.
- Accurate behavioral tracking is essential for quantifying social interactions.
- Cost and accessibility can be barriers for widespread adoption of behavioral assays.
Purpose of Study
- To provide a low-cost, scalable protocol for assessing social preference in zebrafish.
- To demonstrate the use of DeepLabCut for accurate, markerless tracking of animal movement.
- To validate the system's ability to capture robust social behavior.
Methods Used
- 3-chamber open-tank free-swim task (OTFST) with a central tank and two stimulus tanks.
- Video recording using USB webcams positioned above the setup.
- Use of polarizing film and backlighting to enhance video quality.
- Application of DeepLabCut for markerless pose estimation and extraction of positional time-series data.
Main Results
- The protocol successfully captures social preference behavior in zebrafish.
- DeepLabCut provides accurate tracking data for behavioral analysis.
- The setup is validated through pilot sessions demonstrating robust behavioral metrics.
- The approach is budget-friendly and accessible for a wide range of laboratories.
Conclusions
- The 3-chamber OTFST protocol is effective for studying social interaction in zebrafish.
- The method is accessible, scalable, and suitable for both research and teaching environments.
- Open-source tools like DeepLabCut enhance the accuracy and reproducibility of behavioral studies.
Frequently Asked Questions
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of social behavior in zebrafish is increasingly relevant for neurobehavioral target validation and early-stage CNS drug discovery. The 3-chamber open-tank free-swim task (OTFST) with markerless video tracking enables scalable, reproducible behavioral phenotyping, supporting predictive confidence in translational models. This accessible, low-cost platform facilitates robust pipeline integration for teams prioritizing mechanistic de-risking and cross-study comparability.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of social behavior phenotypes relevant to neuropsychiatric target validation.
- Supports mechanistic de-risking by quantifying behavioral endpoints in a disease-relevant system.
- Facilitates portfolio triage by providing reproducible, quantitative behavioral data.
Screening & Assay Development
- Prepares validated zebrafish behavioral systems for downstream compound screening workflows.
- Standardizes assay conditions and outputs using open-source tracking and quantitative metrics.
- Enables scalable, reproducible behavioral assays for reliable compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns behavioral endpoints with translational biomarker strategies in CNS research.
- Supports continuity from early discovery through preclinical validation by enabling cross-study comparability.
- Provides predictive de-risking value for neurobehavioral phenotypes relevant to human disease.
Pipeline & Workflow Integration
The OTFST with DeepLabCut tracking fits within the early discovery to lead identification continuum, supporting hypothesis testing and quantitative behavioral analysis in zebrafish models.
- Discovery Biology: Enables robust hypothesis testing and pathway clarification for social behavior targets.
- Screening: Provides assay readiness and reproducibility through standardized video tracking and analysis.
- Analytics: Delivers quantitative positional and preference metrics for cross-condition comparison.
- Translational Research: Supports alignment of zebrafish behavioral endpoints with preclinical biomarker strategies.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, open-source platform adaptable across neurobehavioral research portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neurobehavioral target validation.
- Operational Value: Standardizes behavioral assays with reproducible, scalable, and cost-effective infrastructure.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling robust behavioral phenotyping.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS discovery programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and quantitative video analysis.
- Needs basic imaging infrastructure (USB webcams, lighting, and open-source software).
- Demands cross-team standardization of assay setup and data analysis protocols.
- Adaptable to other small aquatic models with protocol modifications.
- Practical limitations include video quality and environmental control for reproducibility.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:23
Testing Environment Setup
1:02
OBS Studio Configuration for Video Acquisition
2:42
Acclimation of Adult Zebrafish in the 3-Chamber Open-Tank
3:46
Experimental Social Preference Testing
4:30
Motion Tracking and Behavioral Analysis of Zebrafish Social Preference
6:13
Results
6:49
Conclusion
