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Identificação Automática de Ramos Dendráticos e sua Orientação
Identificação Automática de Ramos Dendráticos e sua Orientação
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JoVE Journal Neuroscience
Automatic Identification of Dendritic Branches and their Orientation

Identificação Automática de Ramos Dendráticos e sua Orientação

Full Text
2,282 Views
06:08 min
September 17, 2021

DOI: 10.3791/62679-v

Inbar Dahari1, Danny Baranes1, Refael Minnes2

1Department of Molecular Biology,Ariel University, 2Department of Physics,Ariel University

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This article presents SOA, an automated computational tool for analyzing neuronal dendritic branches from 2D fluorescence images. The software offers a user-friendly interface for segmentation and extraction of morphological data, enabling rapid identification of parallel and non-parallel growth patterns in dendrites.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Computational Biology
  • Image Analysis

Background

  • Understanding the morphology of neuronal networks is crucial for studying brain function.
  • Existing methods for dendritic analysis can be time-consuming and complex.
  • Automated tools can facilitate more efficient data collection and analysis.
  • SOA can analyze not only neural networks but also other complex 2D structures.

Purpose of Study

  • To introduce an automated tool for the measurement of neuronal branch orientations.
  • To simplify the analysis process for various types of 2D networks.
  • To enable rapid and flexible adaptation for different applications.

Methods Used

  • The SOA application was employed for analyzing 2D fluorescence images.
  • Images of dendritic networks labeled with fluorescent anti-MAP2 antibody were used as the model.
  • Segmentation settings were optimized through interactive adjustments.
  • Data output included parameters such as lengths and growth angles of branches.

Main Results

  • SOA effectively extracted morphological data from dendritic networks, classifying growth patterns.
  • The analysis revealed growth angles and branch lengths, indicating potential preferential growth directions.
  • Comparative data from random simulations provided insights into growth behavior.
  • Output data can be utilized for more advanced analyses in future research.

Conclusions

  • SOA enables straightforward, rapid analysis of neuronal morphology.
  • The tool's flexible nature allows broader applications in various biological research areas.
  • Insights from this study enhance the understanding of dendritic growth dynamics.

Frequently Asked Questions

What advantages does SOA offer for analyzing neuronal morphology?
SOA provides a user-friendly interface and immediate data extraction, streamlining the measurement process.
How is the biological model implemented in this study?
The model involves 2D fluorescence images of dendritic networks labeled with anti-MAP2 antibodies, facilitating morphological analysis.
What types of data can SOA produce?
SOA outputs parameters such as branch lengths, growth angles, and data visualization for further analysis.
Can SOA be adapted for other applications?
Yes, SOA's adaptable framework makes it suitable for analyzing various 2D networks, including non-biological structures.
What limitations should be considered when using SOA?
Users must carefully adjust segmentation parameters to optimize the accuracy of the analysis based on the image quality.

Apresentado é uma ferramenta computacional que permite a medição automática simples e direta das orientações de ramos dendríticas neuronais a partir de imagens de fluorescência 2D.

O SOA é uma ferramenta automatizada que possui uma interface fácil de usar, para identificação, segmentação e extração de informações morfológicas importantes a partir de imagens de redes complexas de linhas 2D. O processo de trabalho é simples e intuitivo e os dados são obtidos de forma imediata e fácil. Além disso, como o SOA é adaptável e flexível, sua capacidade analítica pode ser expandida para outras aplicações.

O SOA pode ser usado para a análise de outros tipos de redes 2D, como redes de células não neurais, estruturas complexas geradas pelo citoesqueleto e redes não biológicas, como nanotubos. Abra a página web, encontre o SOA. zip zipped pasta, e baixar o arquivo zip clicando duas vezes.

Descompacte a pasta clicando com o botão direito do mouse e selecionando arquivos de extrato. Observe o caminho de extração na janela de opções que abre na caixa de texto de endereço de destino que exibe o caminho para os arquivos extraídos. Em seguida, abra o arquivo SOA extraído e clique duas vezes em SOA.exe.

Aguarde a abertura de uma janela preta, após a qual o aplicativo será exibido. Na barra de menu de upload do espectador SOA, selecione escolher arquivo e escolha uma imagem nos arquivos do computador e clique nela. Clique em abrir, observe o caminho do arquivo e clique em seguida.

Para otimização de segmentação nas bordas, ajuste o limiar para o display selecionando o limiar e digitando um número. Nas linhas de mesclagem, ajuste a distância mínima para mesclar para o display selecionando a distância mínima para mesclar e digitar um número, e o ângulo mínimo para mesclar para o display selecionando o ângulo min para mesclar e digitar um número. Em seguida, clique em criar imagem de segmentação de visualização e alterar os parâmetros para alcançar a identificação máxima dos segmentos.

Se as propriedades precisarem ser alteradas, clique no botão de janela de fechamento e reajuste o limiar na distância mínima e ângulo para mesclar. Para criar os arquivos de saída, pressione bem para visualizar as imagens de segmentação nos gráficos de análise. Na janela que aparece, selecione um local onde o arquivo xlsx será salvo.

Insira um nome de arquivo e escolha salvar e aguarde o arquivo xlsx com dados a serem criados e salvos. Para navegar para frente e para trás entre as visualizações previamente definidas, use os botões para frente e para trás. Ative o pano de garimpo e o zoom pressionando o botão de zoom e, em seguida, mova o mouse para o local desejado.

Em seguida, coloque a figura pressionando e segurando o botão esquerdo do mouse enquanto arrasta-a para uma nova posição. Solte o botão do mouse e o ponto selecionado na imagem aparecerá na nova posição. Segure as teclas X ou Y para restringir o movimento dos eixos.

Para ampliar, segure o botão direito do mouse e arraste-o para um novo local. Mova-se para a direita para ampliar o eixo x e mova-se para a esquerda para diminuir o zoom no eixo x. Faça o mesmo para o eixo y em movimentos para cima e para baixo.

Ao ampliar, observe que o ponto sob o mouse permanece parado, tornando possível ampliar ou sair ao redor desse ponto. Use as teclas modificador, X, Y ou Control, para limitar o zoom à reserva de proporções X, Y ou proporção, respectivamente. Para ativar o zoom no modo retângulo, clique no botão zoom para retângulo.

Coloque o cursor sobre a imagem e pressione o botão esquerdo do mouse. Arraste o mouse para um novo local enquanto segura o botão para definir uma região retangular. Use a ferramenta de configuração de subtrama para configurar a aparência da subtrama.

Para abrir um arquivo salvar o diálogo, clique no botão salvar e salve o arquivo nos formatos apropriados. Um fluxo de trabalho TÍPICO do SOA é aplicado a uma imagem 2D representativa de uma rede dendrítica rotulada com um anticorpo anti-MAP2 fluorescente. A GUI do SOA permite a comparação da imagem original com a imagem segmentada e fornece monitoramento em tempo real do efeito de quaisquer alterações nas configurações de segmentação.

Os ramos dendráticos são classificados como paralelos crescentes e não paralelos. Uma vez concluída a análise, o número de ramos paralelos dentro da faixa testada é extraído e plotado em um gráfico de frequência. Para entender se a extensão do crescimento paralelo entre os ramos dendráticos é aleatória ou direcionada, os resultados deste gráfico são comparados aos extraídos da simulação de crescimento aleatório de linhas do mesmo número que os dos ramos dendráticos nas culturas.

O SOA então mede as distâncias entre os ramos paralelos, bem como os comprimentos dos ramos dendráticos paralelos e não paralelos e seus comprimentos médios. Para determinar se existem direções preferenciais de crescimento, o SOA exibe um histograma de distribuição dos ângulos de crescimento dos ramos dendráticos, permitindo a identificação rápida das direções de crescimento preferenciais e ramos dendráticos específicos em cada grupo. A saída SOA pode ser usada como um banco de dados para ferramentas que realizam análises mais aprofundadas e complexas.

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