System do śledzenia dynamiki zachowań preferencji społecznych u małych gryzoni
November 21st, 2019
Opisany tutaj jest nowatorski zautomatyzowany system eksperymentalny, który stanowi alternatywę dla testu trzykomorowego, a także rozwiązuje kilka zastrzeżeń. System ten dostarcza wielu parametrów behawioralnych, które umożliwiają rygorystyczną analizę dynamiki zachowania małych gryzoni podczas testów preferencji społecznych i preferencji nowości społecznych.
Badanie neurobiologicznych mechanizmów zachowań społecznych wymaga testów behawioralnych, które można zastosować do modeli zwierzęcych w sposób bezstronny i niezależny od obserwatora. Nasz system pozwala na szczegółowe badanie zachowań społecznych i ich dynamiki w modelach małych gryzoni oraz wspiera dokładne porównania między szczepami, warunkami i leczeniem. System ten może być stosowany do wszelkiego rodzaju testów dyskryminacji społecznej, takich jak dyskryminacja mężczyzn i kobiet.
Co więcej, nie ma ograniczeń co do rozmiarów obiektów. Analiza wymaga pewnego doświadczenia w doborze optymalnych parametrów do śledzenia. Dla nowych użytkowników polecam monitorowanie śledzenia na ekranie komputera w celu wstępnej oceny.
Co najmniej godzinę przed analizą umieść klatki domowe wszystkich myszy w pomieszczeniu doświadczalnym w celu aklimatyzacji. Pod koniec okresu aklimatyzacji wstaw dwie puste komory do areny w dwóch przeciwległych rogach areny. Następnie zlokalizuj arenę w komorze akustycznej i umieść badane myszy na środku areny na 15 minut przyzwyczajenia.
W tym okresie umieść dwie myszy z bodźcami społecznymi w różnych komorach znajdujących się poza areną w celu przyzwyczajenia. A w innej komorze plastikowa zabawka o wymiarach 5x5x5 centymetrów o wyrazistym kształcie i kolorze. Aby wykonać test SP, rozpocznij nagrywanie za pomocą kamery wideo.
Natychmiast usuń dwie puste komnaty i umieść komory bodźców społecznych i obiektowych w rogach areny, które były puste podczas habituacji. Pozwól badanym na interakcję z bodźcami przez pięć minut, zanim zatrzymasz nagrywanie i usuniesz z areny komory zawierające bodźce. Następnie pozostaw obiekt na pustej arenie na 15 minut.
Aby przeprowadzić test preferencji nowinek społecznych, rozpocznij nagrywanie wideo i włóż komorę zawierającą te same zwierzęta z bodźcami społecznymi, które zostały użyte w teście SP oraz komorę zawierającą mysz z nowym bodźcem społecznym, w dwa rogi areny, które nie były używane do testu SP. Pozwól badanym na interakcję z bodźcami przez pięć minut, zanim zatrzymasz nagrywanie i usuniesz obiekty i komory z areny. Następnie wyczyść arenę i komory pod bieżącą wodą i 10% etanolem.
Aby użyć graficznego interfejsu użytkownika gryzonia do analizy zachowania myszy, otwórz program MATLAB i wybierz katalog śledzenia gryzoni, kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać Dodaj do ścieżki, Wybrane foldery i Podfoldery, aby dodać wszystkie podfoldery do ścieżki roboczej. Wpisz TrackRodent w oknie poleceń i naciśnij Enter. Wybierz Załaduj plik sesji, aby przesłać jeden lub wiele plików wideo.
Inspektor filmu, który umożliwia sprawdzanie klipu wideo klatka po klatce, zostanie natychmiast otwarty dla pierwszego pliku na liście. Aby sprawdzić dodatkowe pliki wideo, kliknij przycisk Sprawdź film, aby otworzyć inspektora wideo i w dowolnym momencie wybrać konkretny plik wideo, który Cię interesuje. W razie potrzeby wybierz badany gatunek i kliknij Wyklucz obszar, aby wykluczyć wszystkie obszary, które mogą przerwać śledzenie zgodnie z kolorami obiektu i areny.
Aby zdefiniować każdą komorę jako obszar bodźca w celu automatycznego wykrywania jego badania przez obiekt, zaznacz pole wielokąta lub eliptyki i kliknij Bodźce X, aby umożliwić oznaczenie obszarów bodźca. Następnie wybierz żądany algorytm z listy i wprowadź początkowy i końcowy numer klatki do analizy w odpowiednich polach edycji. Aby ocenić automatyczne wykrywanie obramowań tematu dla danego progu, wprowadź wartość w odpowiednim polu progowym i naciśnij Enter.
Aby rozpocząć analizę behawioralną wszystkich wybranych plików, przejdź do pierwszego pliku i kliknij przycisk Uruchom. Znalezienie odpowiedniego progu ma kluczowe znaczenie i wymaga doświadczenia. Zaleca się, aby nowi użytkownicy korzystali z nieszybkich algorytmów i monitorowali analizę online, aby upewnić się, że działają poprawnie.
Na końcu analizy zostanie zapisany plik wyników dla każdego filmu w tym samym katalogu, w którym znajdują się pliki filmowe. Aby sprawdzić wyniki każdego pliku filmowego, kliknij przycisk Załaduj plik wyników i wybierz pliki MAT wygenerowane przez analizę behawioralną. Poruszaj się między przyciskami przełączania, aby sprawdzić ślad lokalizacji myszy, eksplorację bodźców podczas sesji i całkowity czas eksploracji bodźców.
W przypadku analizy populacji w folderze TrackRodent w programie MATLAB wprowadź TrackRodentPopulationSummary jako jedno słowo w oknie poleceń. Kliknij Enter i wybierz Pliki wyników, aby przesłać wiele plików wyników TrackRodent. Wypełnij numery ostatniej klatki do analizy, nazwę testu, nazwę bodźca pierwszego i nazwę bodźca drugiego, a następnie zaznacz wszystkie odpowiednie pola dla żądanych analiz z opcjonalnej listy.
Zaznacz pole Eksportuj, aby wyodrębnić wyniki do arkusza kalkulacyjnego w jednym pliku. Następnie kliknij przycisk Start i poczekaj, aż program zgłosi w wierszu stanu parametry analizy i dane zostały zapisane. W tym eksperymencie średni całkowity czas badania populacji badanych w stosunku do każdego z dwóch bodźców przedstawia wyraźną preferencję badanych w stosunku do bodźca społecznego.
Preferencje społeczne były utrzymywane przez badanego przez całą sesję, chociaż preferencja wydawała się nieco silniejsza na początku sesji. Czas badania każdego bodźca można podzielić w zależności od czasu trwania ataku na krótkie, średnie i długie napady, oprócz całkowitego czasu badania. Jak zaobserwowano, nie było różnicy między bodźcami w krótkich atakach, podczas gdy średnie i długie ataki wykazywały wyraźne preferencje społeczne, co sugeruje, że u myszy C57 Black 6J krótkie ataki odzwierciedlają ciekawość, podczas gdy długie ataki odzwierciedlają interakcję między badanym a bodźcami.
Dodatkowo, mapy cieplne napadów badania w kierunku bodźca społecznego i obiektu w trakcie testu mogą być generowane dla całej populacji badanych z kolorami kodującymi czas trwania walki. Co ważne, tempo przechodzenia przez badanych z jednego bodźca na drugi było najwyższe w ciągu pierwszych dwóch minut testu, po czym stopniowo spadało. Ta sama tendencja była widoczna w rozkładzie średniego tempa przemian w czasie.
Metoda ta może być stosowana z dowolną myszą podłączoną przewodowo do systemów zapisu elektrofizjologicznego lub stymulacji optogenetycznej. W tym celu używamy specjalnego algorytmu. Nasz system jest obecnie używany przez kilka laboratoriów na całym świecie do różnych paradygmatów wymagających śledzenia małych gryzoni.
Może być używany do oceny dynamiki zachowania w dowolnym teście dyskryminacji.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł przedstawia nowy zautomatyzowany system eksperymentalny zaprojektowany do oceny zachowania społecznego u małych modeli gryzoni. System zapewnia wiele parametrów behawioralnych do kompleksowej analizy testów preferencji społecznych i preferencji nowości.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Analiza behawioralna
- Modele zwierzęce
Tło
- Rozumienie zachowania społecznego u gryzoni jest kluczowe dla badań neurobiologicznych.
- Tradycyjne metody, takie jak trzykomorowy test, mają ograniczenia.
- Zautomatyzowane systemy mogą zmniejszyć uprzedzenia obserwatorów i poprawić dokładność danych.
- Ten system pozwala na niezaangażowane testowanie różnych odmian i warunków.
Cel badania
- Opracowanie zautomatyzowanego systemu do oceny zachowania społecznego u gryzoni.
- Możliwość szczegółowego badania dynamiki społecznych relacji.
- Ułatwienie porównań między różnymi warunkami eksperymentalnymi.
Stosowane metody
- Zautomatyzowane śledzenie zachowania gryzoni podczas testów społecznych.
- Analiza preferencji społecznych i preferencji nowości.
- Zbieranie danych niezależne od obserwatora.
- Elastyczne parametry do śledzenia różnych testów dyskryminacji społecznej.
Główne wyniki
- System z powodzeniem śledzi wiele parametrów behawioralnych.
- Umożliwia dokładne porównania między różnymi odmianami gryzoni.
- Wstępne oceny można monitorować w czasie rzeczywistym na ekranie komputera.
- Może być stosowany do różnych testów dyskryminacji społecznej bez ograniczeń dotyczących wielkości podmiotów.
Wnioski
- Ten zautomatyzowany system poprawia badania nad zachowaniem społecznym u gryzoni.
- Rozwiązuje ograniczenia tradycyjnych testów behawioralnych.
- System jest wszechstronny i może być dostosowany do różnych potrzeb badawczych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Automated behavioral tracking systems enable objective, high-throughput assessment of social phenotypes in rodent models, supporting target validation in neuropsychiatric drug discovery. By quantifying dynamic social interactions, the system enhances predictive confidence in early-stage mechanistic de-risking. This facilitates data-driven go/no-go decisions and improves translational continuity from discovery to preclinical evaluation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of social preference phenotypes to validate targets implicated in social behavior disorders.
- Operational Value: Provides observer-independent, quantitative readouts for consistent target engagement assessment across strains and conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates multi-parametric behavioral data (investigation time, bout duration, transition rates) for comprehensive phenotypic screening.
- Operational Value: Supports assay standardization through automated detection algorithms and configurable tracking parameters.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Reveals modified social dynamics following genetic, pharmacological, or environmental manipulations, supporting disease-relevant modeling.
- Operational Value: Enables longitudinal tracking of behavioral changes, facilitating risk-adjusted advancement decisions in preclinical pipelines.
Pipeline & Workflow Integration
The system integrates into discovery biology workflows by providing quantitative social behavior metrics that inform hypothesis testing and pathway clarification.
- Discovery Biology: Supports mechanistic de-risking by quantifying dynamic social interactions in genetic and pharmacological models.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for compound effect assessment in social discrimination paradigms.
- Analytics: Enables statistical comparison of behavioral parameters (e.g., bout duration, transition rates) across experimental groups.
- Translational Research: Connects discovery-phase social phenotypes to preclinical validation through consistent behavioral readouts.
- Enterprise Reuse: Functions as a scalable platform for multiple social behavior tests, reducing redundant assay development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in social behavior target validation.
- Operational Value: Enhances reproducibility and scalability through automated, standardized behavioral analysis.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early identification of ineffective targets via robust phenotypic screening.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing quantitative social behavior data for go/no-go decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and video tracking parameter optimization.
- Dependent on MATLAB environment and compatible video acquisition systems.
- Necessitates standardization of arena setup, stimulus presentation, and habituation protocols across sites.
- Adaptation considerations include species-specific tracking parameters and arena size adjustments for different rodent models.
- Practical limitations include the need for controlled environmental conditions to minimize confounding variables in social behavior assays.
