Abbiamo sviluppato un programma per computer per analizzare la morfologia neuronale. In combinazione con due strumenti source aperta esistente analisi, il nostro programma esegue l'analisi Sholl e determina il numero di neuriti, punti di ramificazione, e suggerimenti dei neuriti. Le analisi vengono eseguite in modo che i cambiamenti nella morfologia locale neurite può essere osservato.
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Articolo metodologico
Analisi automatizzata Sholl di Digitized morfologia neuronale a scale multiple
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
Morfologia neuronale svolge un ruolo significativo nel determinare come i neuroni e la funzione di comunicare 1-3. In particolare, colpisce la capacità dei neuroni di ricevere input da altre cellule 2 e contribuisce alla propagazione dei potenziali d'azione 4,5. La morfologia dei neuriti influisce anche come l'informazione viene elaborata. La diversità di morfologie dendrite facilitare segnalazione locale e lungo raggio e consentire neuroni singoli o gruppi di neuroni per svolgere funzioni specializzate all'interno della rete neuronale 6,7. Alterazioni nella morfologia dendrite, anche la frammentazione dei dendriti e cambiamenti ramificazione modelli, sono stati osservati in un certo numero di stati patologici, tra cui il morbo di Alzheimer 8, 9,10 schizofrenia e ritardo mentale 11. La capacità di comprendere sia i fattori che determinano morfologie dendrite e per identificare i cambiamenti nella morfologia dendrite è essenziale per la comprensione della funzione del sistema nervoso e disfunzioni.
Morfologia dei neuriti è spesso analizzata mediante l'analisi Sholl e contando il numero di neuriti e il numero di punte ramo. Questa analisi è generalmente applicata a dendriti, ma può anche essere applicato a assoni. L'esecuzione di questa analisi a mano sia in termini di tempo e introduce inevitabilmente variabilità a causa di pregiudizi sperimentatore e incoerenza. Il programma Falò è un approccio semi-automatico per l'analisi dei dendriti e degli assoni morfologia che si basa su disposizione strumenti open-source l'analisi morfologica. Il nostro programma permette il rilevamento di cambiamenti locali in dendriti e degli assoni ramificazione comportamenti effettuando analisi Sholl in subregioni del pergolato neuritiche. Per esempio, l'analisi Sholl viene eseguita su entrambi i neuroni nel suo complesso così come su ogni sottoinsieme di processi (primari, secondari, terminale, radice, ecc) Dendrite e patterning assone è influenzato da una serie di fattori intracellulari ed extracellulari, molti agire localmente. Così, la morfologia pergolato risultante è il risultato di processi specifici che agiscono per neuriti specifici, rendendo necessario effettuare analisi morfologica su scala minore, allo scopo di osservare queste variazioni locali 12.
Il programma Falò richiede l'utilizzo di due strumenti open-source di analisi, il plugin di ImageJ NeuronJ e NeuronStudio. I neuroni sono tracciati in ImageJ, e NeuronStudio viene utilizzato per definire la connettività tra neuriti. Falò contiene una serie di script personalizzati scritti in Matlab (MathWorks) che vengono utilizzati per convertire i dati nel formato appropriato per ulteriori analisi, controllare gli errori degli utenti e, infine, effettuare analisi Sholl. Infine, i dati vengono esportati in Excel per l'analisi statistica. Un diagramma di flusso del programma Falò è mostrata in Figura 1.
Protocollo
1. Prima di iniziare:
1) E18 dissezione ratto:
Metodi dissezione standard di E18 neuroni dell'ippocampo sono state precedentemente descritte 13. Per poter utilizzare il programma Falò di analizzare le caratteristiche morfologiche dei neuriti, 8 bit. Immagini tif dei singoli neuroni deve essere ottenuto. Questo può essere ottenuto in vari modi a seconda del protocollo sperimentale che si stanno seguendo. I neuroni possono essere placcati con una densità abbastanza basso in modo che singoli neuroni appaiono nel campo ottico. In alternativa, per i neuroni singola immagine che sono cresciuti in una cultura d....
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Discussione
Il programma Falò è un programma semi-automatico per l'analisi dei dendriti e degli assoni morfologia. Aumenta notevolmente l'efficienza e l'accuratezza delle analisi Sholl oltre eseguendo l'analisi manualmente. Inoltre, il programma Falò salva i dati in ogni fase del processo, permettendo di controllare i dati e di verificare l'accuratezza dell'analisi. Pertanto, il compito di analisi dei dati possono essere distribuiti a numerosi individui senza compromettere la precisione. Infine, effettuando .......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano senza interessi in competizione. Le agenzie di finanziamento non ha avuto ruolo scientifico per lo sviluppo di Falò.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto in parte da una Biomedica Busch Grant, NSF concedere IBN-0548543, NSF concedere IBN-0919747, March of Dimes Foundation Grant 1-FY04-107, March of Dimes Foundation Grant 1-FY08-464 (a BLF). MKK e CGL sono stati sostenuti dal NIH Biotecnologie formazione di Grant GM008339 T32-20, e CGL è stato supportato anche da una Commissione NJ sulla Fellowship Spinal Cord Research Predoctoral 08-2941-SCR-E-0.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Plugin NeuronJ | http://www.imagescience.org/meijering/software/neuronj/ | ||
| Software ImageJ | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | ||
| Programma Bonfire | http://lifesci.rutgers.edu/~firestein | ||
| NeuronStudio | http://research.mssm.edu/cnic/tools-ns.html | ||
| Programma MatLab | Mathworks |
Riferimenti
- Elston, G. N. Pyramidal cells of the frontal lobe: all the more spinous to think with. J Neurosci. 20, (2000).
- Koch, C., Segev, I. The role of single neurons in information processing. Nat Neurosci. , Suppl 3. 1171-1177 (2000).
- Poirazi, P., Mel, B. W.
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Ristampe e permessi
