Valutazione sperimentale del mouse Socialità con un approccio Image Processing automatizzata

L'obiettivo generale di questi esperimenti comportamentali abbinati all'analisi automatica è quantificare la socievolezza dei topi in modo efficiente in termini di tempo. Questo metodo può aiutare con lo screening rapido dei farmaci per aumentare la socialità in modelli murini convalidati di disturbi dello spettro autistico. Il vantaggio principale dell'introduzione dell'analisi automatizzata è che accelera il processo e rende lo screening più efficiente.

La necessità di un metodo automatizzato per valutare il comportamento sociale dei topi è nata perché lo screening visivo in tempo reale di una singola dose di un composto candidato richiede un eccesso di 50 ore. Più avanti nel video la mia studentessa laureata Frency Varghese dimostrerà l'analisi automatizzata. Inizia con l'allestimento della gabbia a tre scomparti con pareti nere.

Per la prima sessione, posizionare una coppa di filo rovesciato vuota in ciascun scomparto terminale della gabbia. Ora prepara la videocamera per vedere la gabbia dall'alto. Tutti e tre gli scomparti devono essere visti con una risoluzione di almeno 720 x 480 pixel.

Quindi illuminare la gabbia con illuminazione incandescente indiretta in modo che l'interno della gabbia, se misurato dal pavimento, non abbia più di 3,5 Lux. Fornire anche luce a infrarossi per illuminare la gabbia a un livello che la telecamera può rilevare. Prendi un'immagine a fotogramma singolo della gabbia vuota come riferimento.

Per la prima sessione, posizionare il mouse di prova nella gabbia. Quindi, per mettere in coda l'analisi automatizzata del video, agitare una mano sopra la gabbia una sola volta. Lascia che il topo esplori la gabbia di prova per 10 minuti.

Quindi rimettilo nella sua gabbia di casa. Per la seconda seduta, mettere il mouse stimolante sotto una delle due coppe rovesciate. Seleziona quale tazza in modo da controbilanciare.

Nel software indicare sotto quale tazza è stato posizionato il mouse stimolo. Per le convenzioni di nomenclatura, la tazza contenente il topo racchiuso è la tazza sociale, mentre l'altra tazza è la tazza non sociale. I compartimenti sono denominati in modo simile.

Metti in coda l'inizio della seconda sessione con un gesto della mano come la prima sessione. Al termine della seconda sessione rimuovere le coppe invertite per rilasciare il secondo mouse. Usa un altro gesto della mano per indicare l'inizio della terza sessione e lascia che i due topi interagiscano nella gabbia di prova per 10 minuti.

Dopo 10 minuti, rimetti entrambi i topi nelle loro gabbie di casa. Questa sezione spiega come elaborare i filmati utilizzando l'interfaccia utente. Tuttavia, è possibile anche un'analisi rapida in modalità batch senza l'input dell'utente.

Inizia caricando il filmato utilizzando il pulsante Carica. Quindi selezionare la configurazione della gabbia. Il programma di analisi individua i confini della gabbia, i compartimenti e le tazze.

Seleziona una delle quattro configurazioni preimpostate o regola manualmente le coordinate. Ora per ogni fotogramma del filmato eseguire i seguenti passaggi di elaborazione. Per prima cosa converti i fotogrammi in scala di grigi.

In secondo luogo, sottrarre il fotogramma di riferimento in scala di grigi realizzato durante i preparativi, azzerando così i valori dei pixel ovunque tranne che nella posizione del mouse. In terzo luogo, binaria i fotogrammi impostando tutti i pixel al di sopra di una soglia di luminosità su bianco e rendendo tutti gli altri neri. Regolare questa impostazione in base alle condizioni di illuminazione.

Ora rimuovi la coda dalle immagini utilizzando la funzione Erode/Dilate. Per prima cosa erodere l'immagine binaria tre volte. Quindi dilatare il telaio sei volte.

Quindi erodere i fotogrammi altre tre volte. Se si utilizza una risoluzione in pixel diversa, potrebbe essere necessario effettuare una regolazione. Le onde della mano sono facilmente identificabili come enormi salti nel volume dei pixel bianchi.

Ciò consente il rilevamento automatico dell'avvio e dell'ordine delle sessioni. All'interno di ogni sessione, rilevare la componente più grande dei pixel bianchi utilizzando il comando L/Comp. In questo modo vengono eliminati i pixel che non appartengono al mouse.

Quindi utilizzare la funzione Trova estremità per determinare i due pixel più distanti all'interno della componente più grande di pixel bianchi. Questi sono il naso e la coda. Il software determina il baricentro o COG per l'oggetto pixel bianco e calcola la sua direzione di movimento da un fotogramma all'altro.

Per le sessioni con due mouse, è necessario tracciare due oggetti. Selezionate e orientate i due oggetti pixel bianchi più grandi utilizzando lo stesso set di comandi. Il software controlla automaticamente i COG da un fotogramma all'altro.

Se le dimensioni di un oggetto cambiano di oltre il 20% o se un COG si sposta più lontano di quanto sia possibile per un mouse, la soglia di binarizzazione viene automaticamente aumentata fino a quando questi criteri non vengono soddisfatti. Il software controlla automaticamente i baricentri da un fotogramma all'altro. Se uno dei due oggetti cambia di dimensioni di oltre il 20% o un baricentro si sposta più del possibile per un mouse, la soglia di binarizzazione viene regolata automaticamente fino a quando questi criteri non vengono soddisfatti.

Le interazioni vengono rilevate automaticamente quando gli oggetti si trovano entro due centimetri. Questi segmenti vengono riprodotti per l'input dell'utente. Per ogni segmento, etichettare la prospettiva del mouse di test come Evitamento sociale, Approccio sociale o Nessuno dei due.

Per verificare l'analisi automatica, caricare il filmato utilizzando il pulsante Carica. Quindi fare clic su Avvia sessione 1 per visualizzare il primo fotogramma di quella sessione. Utilizzare il comando Riproduci/Interrompi per controllare la riproduzione.

I filmati elaborati mostrano ogni topo con un cerchio di colori diversi sulla testa e sulla coda. Anche le misure di socialità vengono visualizzate sullo schermo e aggiornate durante la riproduzione. Correggi eventuali errori riscontrati nell'analisi automatizzata.

L'errore più comune è un capovolgimento testa-coda che può essere risolto con uno strumento sull'interfaccia. Questo si verifica in circa il 20% dei video. Nel raro caso di un errore più complicato, di solito possono essere risolti indicando manualmente la posizione del naso del mouse su una certa serie di fotogrammi video.

Una volta verificati, esporta i dati sulla socialità in un foglio di calcolo utilizzando la funzione Esporta. Per esportare i dati da più filmati come un unico foglio di calcolo, i filmati devono essere raggruppati in un'unica cartella e la funzione Compila dati esegue l'operazione. Nella prima sessione, un topo di prova BALB/c di quattro settimane è stato monitorato mentre si muoveva tra i compartimenti 59 volte in 10 minuti.

Il tempo trascorso in ciascun compartimento è considerato una linea di base per la preferenza del compartimento senza stimolo sociale. Nella seconda sessione è stata presentata una tazza sociale e non sociale con un topo ICR nascosto di quattro settimane. C'era un chiaro pregiudizio verso il trascorrere del tempo nel compartimento sociale.

In particolare, il topo trascorreva più tempo con la tazza sociale che con la tazza non sociale. Nella terza sessione le tazze sono state sollevate e ai topi è stato permesso di interagire. In totale sono stati fatti 35 approcci sociali in 10 minuti.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica facilita uno screening più rapido di farmaci promettenti per migliorare il dominio dei sintomi principali della socialità compromessa in modelli murini convalidati di disturbi dello spettro autistico. L'elaborazione automatizzata può essere adattata a diversi design e specie di gabbie. Qualsiasi comportamento di interesse può essere valutato purché sia possibile sviluppare un algoritmo per rilevarlo in modo affidabile.