Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Недорогая альтернатива для оценки социальных предпочтений у данио-рерио (Danio rerio) с помощью трёхкамерного открытого аквариума задачи свободного плавания

194 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70610

⸱

7 августа 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Christopher Newport University, 2Virginia Governor's School for Science and Technology, 3Bay Path University

В этой статье

Краткое содержание

Многокамерные задачи социальных предпочтений были адаптированы от грызунов к данио-рерио, что облегчает изучение социального поведения у модельных организмов. Этот протокол проверяет недорогую трёхкамерную задачу в открытом аквариуме с помощью веб-камер и программного обеспечения с открытым исходным кодом для измерения социальных предпочтений данио-рерио, делая его доступным для студентов-исследователей и преподавателей.

Аннотация

Понимание социального поведения — это основной направлений нейроповеденческих исследований, часто изучаемого с помощью заданий на социальные предпочтения. Эти задания, изначально разработанные для грызунов, а позже адаптированные для данио-рерио, широко используются для изучения социальной динамики и реакций. Задача свободного плавания в открытом резервуаре с тремя камерами (OTFST) состоит из центрального резервуара, окружённого двумя стимулирующими резервуарами, с камерой, расположенной для фиксации поведения объекта в центральном аквариуме, а также поляризационной плёнкой и подсветкой для повышения качества и достоверности видео. Этот протокол использует недорогую систему с USB-камерами и доступными материалами. Мы используем DeepLabCut — открытый инструмент оценки поз без маркеров, который позволяет точно отслеживать движения животных на видео и предоставляет данные по временным рядам позиций для анализа различных метрик. Пилотные сессии подтверждают способность системы фиксировать устойчивое социальное поведение. Такой бюджетный подход предоставляет доступную и масштабируемую платформу для лабораторий, изучающих социальное взаимодействие у данио-рерио, а универсальность и относительная простота трёхкамерного OTFST делают его подходящим для преподавания лабораторий и исследовательских проектов для студентов.

Введение

Социальное предпочтение — это склонность человека вовлекаться, искать или избегать социальных стимулов, и является фундаментальным аспектом социального поведения, играющим ключевую роль в установлении связей и иерархий внутри групп животных, включая людей 1,2,3,4. Понимание социальных предпочтений крайне важно для характеристики нейронных и поведенческих механизмов, лежащих в основе социального взаимодействия. Предыдущие исследования показывают, что дефициты социальных предпочтений могут быть связаны с нейроразвивающими и психиатрическимирасстройствами 5,6,7,8. Модели на животных могут дать представление о биологической основе социального поведения и помочь в разработке трансляционных инструментов для диагностики и лечения социальных нарушений. Эти животные модели, варьирующиеся отгрызунов 9,10 доводных видов 11,12, предоставляют полезные основы для открытия.

Грызуны впервые были использованы для поведенческих исследований в начале XIX века13 года из-за их физиологического сходства с людьми14,15. Хотя такие поведения, как агрессия, изначально изучались, систематические показатели социальных предпочтений оставались минимальными. Исследователи заполнили этот пробел, разработав задачу трёхкамерного социального предпочтения, введённую Надлером и др. 16. Аппарат состоит из трёх взаимосвязанных камер. Обычно в одной боковой комнате находится новый вид, а другая камера остаётся пустой. Испытуемому разрешается свободно исследовать все камеры, где время в каждой камере фиксируется и оценивается как индикатор предпочтений. Этот аппарат и процедура, наряду с несколькими вариациями, приобрели широкую популярность и использовались для изучения различных аспектов социальной эффективности 17,18,19 и социальных дефицитов в моделях грызунов для расстройства аутистического спектра 5,20,21. Однако исследования с грызунами дороже и требуют значительного пространства. Поэтому многие исследователи вместо этого обратились к использованию водных видов для нейроповеденческих исследований.

Водные виды, наиболее заметные данио-рерыбы (Danio rerio), обладают обширным поведенческим репертуаром, включая сложные социальныевзаимодействия 22. Благодаря своей полезности в качестве биомедицинской исследовательской модели и важности социального взаимодействия в их поведенческой экологии, данио-рерио предоставляет значимую основу для социальных реакций, которую можно сравнивать с людьми23. Данио-рерио становится всё более популярным для исследований в области поведенческой нейронауки, так как их недорого содержать и они требуют относительно небольшого пространства для содержания, что делает этот вид экономически эффективной и практичной моделью для масштабных исследований социального поведения ипредпочтений 24. В некоторых исследованиях для изучения социальных взаимодействий у водных видов использовалась соседняя конфигурацияаквариума 25,26; однако такая схема обеспечивала несколько ограниченную пропускную способность для оценки социальных предпочтений, так как был представлен только один стимул. Это ограничение было решено адаптацией трёхкамерной задачи мыши для данио-рерио в2018 году 27 года. Модифицированный аппарат для трёхкамерного открытого резервуара (OTFST) состоял из одного акриламидного резервуара, разделённого с фиксированными акриламидными барьерами для создания нейтральной стартовой зоны, и двух боковых камер, каждая из которых содержала знакомый или новый аналог. Для измерения социальных предпочтений было зафиксировано накопленное время, проведённое возле каждой боковой камеры, что показало, что воздействие этанола и нокаут SAM2 снижают предпочтение новизны уданио-рерио. В то время как трёхкамерный тест социального взаимодействия грызунов позволяет проводить сложные мультимодальные взаимодействия между испытуемым и конвидом теста через визуальную, химическую, тактильную и акустическую методы, использование отдельных камер для водного трёхкамерного OTFST сводит взаимодействие между испытуемым и стимулирующими животными только до визуальной модальности. Хотя это взаимодействие с одной модальностью может быть менее экологичным, оно обеспечивает более эффективный экспериментальный контроль и упростляет проекты, проводимые студентами-исследователями. В литературе различные исследователи с тех пор изучали адаптации трёхкамерного OTFST для изучения генетических и экологических факторов, влияющих на социальное поведениеданио-рерио. 28,29,30,31,32.

Современная версия трёхкамерного OTFST предназначена для использования в качестве универсального и удобного для студентов модельного аппарата. FishLab, полностью бакалаврская лаборатория, создала и применила эту систему и продемонстрировала свою эффективность как высокопроизводительный инструмент для изучения социальных предпочтений у данио-рерио. Исследования, использующие эту схему, изучали различные аспекты социальных предпочтений данио-рерио, отвечая на манипуляции различными независимыми переменными. Первое исследование показало, что данио-рерио может обнаруживать живые и симулированные социальныестимулы 33, а второе изучало предпочтение устоявшихся косят по сравнению с недавно образованнымистаями 34. Последнее исследование изучало способность данио-рерио различать химически тревожные и нетревожныестаи 35. Вместе эти исследования охватывают различные аспекты социального поведения, включая реализм, знакомство и обнаружение угроз, одновременно демонстрируя общие черты в предпочтениях в стайках и оценке реакций на риск хищников. Однако в предыдущих исследованиях использовалась цифровая IP-камера, установленная на профессиональной установке камер, специальная система водных стоек и собственное программное обеспечение для видеозаписи и анализа, при этом общая стоимость могла быть слишком высокой для исследователей и инструкторов с небольшими операционными бюджетами. С появлением программного обеспечения с открытым исходным кодом и качественных USB-камер теперь доступна недорогая версия для исследователей, желающих применять эту технику с учёными студентами, с общей ценой (примерно 2000 долларов США; без учета компьютера), которая значительно ниже стоимости дорогой системы (примерно 20 000+ долларов США, не считая самого компьютера).

Следующий протокол описывает разработку и применение недорогой версии трёхкамерного OTFST для данио-рерио. Его доступность, простота и универсальность делают его полезным инструментом для небольших лабораторий или образовательных учреждений с ограниченным финансированием. В сочетании с недорогим жильём, таким как широко доступные аквариумы на 10 галлонов, нынешняя система стоит значительно дешевле в развертывании и обслуживании. Кроме того, использование программного обеспечения с открытым доступом, такого как система открытого вещания (OBS), для записи экспериментальных сессий и различных приложений для отслеживания (например, DeepLabCut, SLEAP и др.), обеспечивает недорогую и доступную платформу для съёмки видео и генерации временных рядов социальных взаимодействий данио-рерио.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Все экспериментальные процедуры были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Университета Кристофера Ньюпорта (Протокол #2025-23).

1. Животные

  1. Добудьте взрослую крупноплавистую дикуюданио-рерыбу 23,36,37, хотя могут использоваться и другие сорта. В качестве альтернативы — добыть эмбрионы и выращивать их внутри компании.
  2. Размещайте рыбу в отдельно стоящих аквариумах на 10 галлонов (38 л) с плотностью примерно две рыбы на галлон (3,8 л) воды. Оснащайте резервуары активными биофильтрами, воздушными камнями и погружными нагревателями. В качестве альтернативы — домашняя рыба на водной системе.
  3. Поддерживать параметры качества воды в следующих диапазонах: pH 7,0–8,0, проводимость 400–700 мкС, температура 25–27 °C, нитраты <40 ppm, нитриты <0,2 ppm и 0,01–0,1 ppm аммиак.
  4. Держите животных в фотопериоде 12 часов света и 12 часов темноты и кормите один раз в день коммерческими хлопьями.
  5. Выбирайте животных случайным образом из этих аквариумов для экспериментального задания.
  6. По завершении эксперимента используйте животных для других исследовательских или учебных целей или усыпите их путём погружения в буферный трикаин с концентрацией 250-500 мг/мл в течение 30 минут, после чего применяйте физический метод (например, обезглавливание) для обеспечения смерти. Используйте эвтаназированных животных для последующих биоанализов и/или нейрохимических анализов.

2. Трёхкамерный открытый аквариумный аппарат и программное обеспечение для свободного плавания

  1. Строительство испытательных камер
    1. Аккуратно снимите пластиковую отделку с дна каждого аквариума на 5,5 галлона. Используйте ротационный инструмент с отрезным колесом, чтобы разрезать пластик по углам и облегчить снятие. После того как пластиковая отделка будет разрезана, отделите пластик от силиконового клея обычным шпательным ножом.
    2. Чтобы рассеять подсветку, накройте заднюю часть всех трёх резервуаров, левый конец одного и правый конец другого белым клейким подкладкой. Оставьте концы открытыми на резервуаре, который будет использоваться как центральная камера.
    3. Разместите чёрную горизонтальную линию, обозначающую уровень заполнения на 4,5 см ниже верхнего обода на передней части каждой камеры эмалевым маркером или чёрной графической лентой.
    4. Вырежьте один лист поляризационного фильтра, чтобы он подогнал открытую торцевую сторону каждого бокового аквариума. Ориентируйте фильтрующие листы на 90° друг к другу. Используйте прозрачную ленту по всем четырём краям, чтобы вода не попадала в пространство между стеклом аквариума и фильтром.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Смещение ориентации поляризационных фильтров не позволит стимулирующим животным в одной флангирующей камере видеть животных (или другие стимулы) в другой фланговой камере, при этом позволяя им видеть объект. Испытуемый в центральном резервуаре может видеть визуальные стимулы в обеих фланговых камерах.
    5. Постройте основание из поливинилхлорида (ПВХ), чтобы точно выровнять баллоны на столе для установки. Вырежьте нижнюю часть основания из белого ПВХ-листа толщиной 1/4 дюйма (0,635 см) размером 21 см x 122,5 см и вырежьте конечные детали из ПВХ-доски длиной 1 x 2 длиной 21 см.
    6. Тестируйте концы на основании с установленными всеми тремя баками на месте. Убедитесь, что легко устанавливать и снимать разделительные панели (ниже) и убедитесь, что боковые баки не плотно прижаты к бокам центрального резервуара. После завершения пробной посадки соедините конечные детали с основанием из ПВХ с помощью ПВХ-цемента.
    7. Чтобы сделать прозрачные крышки для каждой камеры, разрежьте поликарбонатный лист на три части, соответствующие наружным размерам верхнего обода резервуара на 5,5 галлона (40 см × 21 см). Вырежьте канал (6 мм × 4 мм) по краям каждой крышки, чтобы обеспечить надёжное расположение крышки сверху камеры.
    8. Закрывают камеры крышками, когда в камерах содержат животных. Разместите погружной обогреватель и воздушный камень, подключённые к воздушному насосу аквариума, пока животных держат в соответствующих камерах, чтобы обеспечить контроль температуры и аэрацию. Используйте трёхсторонний воздушный клапан, чтобы сбалансировать поток воздуха через все три воздушных камня.
    9. Сделайте простые непрозрачные разделители для размещения между центральной камерой и каждой фланговой камерой, чтобы контролировать, когда испытуемым предоставляется визуальное воздействие социальных стимулов, ламинируя два листа светлаго картона формата A4.
    10. Подготовьте разделители для подвешивания и дистанционного снятия, пробив два отверстия на 85 мм и 125 мм вдоль одного края 210 мм каждого ламинированного листа.
    11. Отрежьте два отрезка высокопрочной верёвки длиной 75 см, протяните шпагат через каждое отверстие и соедините оставшиеся концы вместе, соединяя два листа в центральную кокетку.
    12. Перережьте шпагат длиной 6 м. Один конец шпагата длиной 6 м привяжите к штурвалу, чтобы создать центральную верёвку, а свободный конец швагата пропустите через шкив с поворотным глазом.
    13. Установите поворотный блок на потолке над самым центральным резервуаром и убедитесь, что конец верёвки висит снаружи экспериментальной установки (рисунок 1A).
  2. Конструкция системы освещения
    1. Сделайте раму из белого ПВХ-листа толщиной 1/4 дюйма (0,635 см) для панельного света. Вырежьте два конца (10 см × 31,5 см), а также верх и низ (10 см × 122 см). Тестируйте детали рамы так, чтобы панель помещалась внутри каркаса. После проверки посадки свяжите детали каркаса с помощью ПВХ-цемента.
    2. Попросите квалифицированного электрика подключить трёхжильный кабель к панельной лампе.
    3. Пусть квалифицированный электрик подключит диммер для управления выходной розеткой в водонепроницаемом корпусе. Подключите индикатор панели в эту розетку.
    4. Отрегулируйте диммер ползунка, чтобы подсветка подсветки была 350 люкс. Наполните камеры водой и переместите диммер ползунок, чтобы отрегулировать яркость передней части камер до 15 люкс.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Исследователям следует проверять освещение до, во время и после исследования, чтобы убедиться, что настройки яркости были сохранены.
  3. Конструкция занавески и рамы камеры
    1. Подготовьте испытательный стенд с панельной лампой, панелью основания бака и тремя камерами. Расположите и отрегулируйте два тентовых столба вертикально так, чтобы они плотно прилегали от пола до потолка, не менее чем в 75 см от передней части баков.
    2. Сделайте верхний карман для каждой занавески, сложив один конец простыни более чем на 60 см и пришив прямой шов на 6 см от верхнего складки, чтобы создать карман для продвижения рамы.
    3. Измерьте размеры перекрёстных и стабилизирующих секций для установки каркаса в соответствии с шириной и глубиной площади, используемой для установки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для текущей установки в The FishLab вертикальные тентовые столбы были размещены в углу лаборатории в 146,5 см от задней стенки. Внутренний тентовый столб расположен в 6,5 см от боковой стены, а внешний — в 142,5 см от боковой стены.
    4. Вырезать три секции электрической металлической трубы (EMT) длиной 143 см для использования в качестве стабилизирующих секций для боковых стен рамы. Пропустите один участок через верхний карман подвижной занавески и расположите горизонтально на 190 см над полом.
    5. Прикрепите секцию к внешнему тенту, с помощью Т-образного зажима на одном конце и индивидуального 3D-напечатанного гнезда на другом. Прикрепите 3D-печатное гнездо к задней стенке с помощью шурупов. Прикрепите остальные две секции к внутреннему брезенту.
    6. Пропустите верхнюю часть через верхний карман одной из фиксированных занавесок и расположите на высоте 190 см над полом. Прикрепите к внутреннему брезенту с помощью Т-образного зажима на одном конце и другого 3D-напечатанного гнезда на другом.
    7. Прикрепите 3D-печатное гнездо к боковой стенке с помощью шурупов. Последнюю стабилизирующую секцию разместите на 120 см выше пола и прикрепите её аналогично двум другим стабилизирующим секциям.
    8. Вырезать ещё один участок EMT-трубопровода на 127 см, чтобы использовать его как стабилизирующий участок для передней части рамы. Пропустите этот участок через верхний карман второй фиксированной занавески и закрепите её на высоте 193 см над полом, прикрепив каждый конец к тентам с помощью Т-образного зажима на каждом конце.
    9. Отрежьте оставшийся кусок трубы EMT на 145 см для крепления камеры. Разместите эту секцию горизонтально на 88 см над полом, чтобы камеры были выровнены с центром баков. Вставьте один конец в 3D-напечатанное гнездо, которое прикручивается к стене, и используйте специальные 3D-печатные крестовые зажимы, чтобы плотно прижать штангу камеры к тентам (рисунок 1B).
  4. Конструкция камеры
    1. Зажмите один крепление камеры на планке камеры так, чтобы горизонтальные и вертикальные центры камеры совпадали с соответствующими горизонтальными и вертикальными центрами центральной камеры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительные камеры могут быть установлены перед каждой фланговой камерой, если исследователи хотят получить цифровое видео реакций живых животных, используемых в качестве визуальных стимулов. Самая простая схема заключается в установке одной камеры для съёмки видео центральной экспериментальной камеры. Для живых социальных стимулов в камерах стимула исследователи также могут захотеть собрать видео камер.
    2. Устанавливайте каждую камеру на резьбовую стойку каждого крепления. Настройте каждую камеру так, чтобы изображение было центрировано в зоне наблюдения соответствующей камеры.
    3. Закрепите USB-кабели для каждой камеры на панели камеры с помощью ремешков или завязок, чтобы не свисать кабели и не вывести камеры.
    4. Вырежьте участок стеллажной стойки длиной 140 см и прикрепите его вертикально к внешней стороне передней части кадра, чтобы камеры не сбивались с выравнивания. Крепите «камерную клетку» с помощью Т-образных зажимов, прикреплённых к тентовым столбам.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вторая клетка камеры может быть установлена внутренней стороной кадра, чтобы дополнительно предотвратить смещение камер; Если передняя часть камеры «заперта» в клетку, может потребоваться удаление небольшой участок проволочной сетки, чтобы предотвратить закрытие изображений танка.
  5. Загрузка и настройка программного обеспечения для получения — Open Broadcaster Studio (OBS)
    1. Скачайте OBS и установите его на локальный компьютер с Windows. Запустите OBS Studio и запустите Мастер автонастройки для оптимизации настроек под конкретные потребности записи, аппаратные ресурсы и условия сети.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот инструмент доступен в разделе Инструменты > Мастере автонастройки.
    2. Проверьте базовые настройки перед настройкой камеры. Установите базовое (Canvas) разрешение так, чтобы оно совпадало с разрешением дисплея, а Output (Scaled) — на разрешение записи (например, 720 пикселей).
    3. Создайте сцену, кликнув правой кнопкой мыши в поле Scenes (или используйте крестик внизу). Дайте место происшествия имя. Используйте сцену для определения расположения потока.
    4. Добавьте новый источник, кликнув правой кнопкой мыши по окну Sources (или используйте символ плюс внизу). Выберите Video Capture Device , чтобы добавить веб-камеру. Присвоите каждой камере отдельное имя (например, «камера-слева», «камера-центр», «камера-право»). Повторяйте этот процесс для дополнительных камер или источников по мере необходимости.
    5. Разместите и изменяйте размер источников в окне предварительного просмотра. Убедитесь, что камера видна, убедившись, что она указана выше других источников в списке источников . Чтобы центрировать вид камеры на холсте, выберите источник в списке источников (появится красный ограничивающий блок) и нажмите CTRL+D (от центра к экрану).
    6. Заполните весь экран источником, нажав CTRL+F (подогнать к экрану) или CTRL+S (растянуться до экрана), если хотите. Обрезайте источник, удерживая клавишу Alt и перетаскивая ограничивающий блок. Проверьте обрезку, проверив, что края становятся зелёными.
    7. Настройте характеристики видео, такие как яркость и контраст, дважды кликнув по выбранной камере в списке источников и выбрав Настройку видео. Измените настройки с помощью меню свойств .

3. Поведенческое тестирование

  1. Адаптация
    1. Наполните все три камеры водой из резервуаров корпуса. Разместите непрозрачные барьеры между каждой камерой и оставляйте их на месте на протяжении всего периода адаптации. Переместите одного объекта в центральную экспериментальную камеру и дайте ему акклиматизироваться минимум 1 час перед тестированием.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Период адаптации для репрезентативных результатов был установлен на 3 часа. Период адаптации необходим животным, чтобы они могли восстановиться после временного стресса при переносе и адаптироваться к камере перед проведением поведенческих тестов.
    2. В начале периода акклиматизации размещайте социальные стимулы в фланговых стимулирующих камерах. Центрируйте искусственные социальные стимулы в левую камеру стимула и переместите небольшую стаю из 4 рыб (2 самцов и 2 самки примерно такого же размера, возраста и знакомых видов) в правую камеру стимула.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Положения искусственных социальных стимулов и живых социальных стимулов были фиксированы и не уравновешены в настоящем протоколе, поскольку предыдущиеисследования 33,34 не обнаружили эффекта положения стимула при использовании OTFST. Противовес в данном случае потребовал бы ненужного удвоения количества животных, используемых для исследований, что противоречит принципам «3R» исследований на животных. Этот протокол обеспечивает гибкость в характере тестируемых стимулов, например, статических моделей, симпатрических или новых видов и т.д.
    3. Во время акклиматизации обеспечьте все камеры с живыми животными погружным обогревателем (при температуре 26 °C), камнем с пузырьками, подключённым к воздушному насосу аквариума, и крышкой для поддержания стабильных условий содержания. Перед началом экспериментальной сессии удалите обогреватели и камни-пузырьки.
  2. Экспериментальные испытания
    1. Проверьте состояние активности тестируемых социальных стимулов в каждом из боковых резервуаров и испытуемых в центральном аквариуме. Используйте одну камеру на центральном баке для записи видео для каждого испытуемого.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Репрезентативными результатами в этом протоколе является повторение одного условия из Велки и др.33 для проверки предпочтений данио-рериота между низкоточными (мобильные модели) и высокоточными (живой стай) социальными стимулами.
    2. Откройте студию OBS для начала записи сессии. Уменьшите размер центрального обзора камеры, чтобы заполнить экран, кликнув и перетаскивая углы видео. Выберите «Начать запись » в разделе Controls в правом нижнем углу экрана.
    3. Сразу после начала записи удалите непрозрачные барьеры с помощью системы шкив-струн. Продолжайте запись в течение 10 минут и дайте испытуемому одновременно воздействовать обоим социальным стимулам, свободно двигаясь в центральной экспериментальной камере.
    4. Завершите сессию, выбрав Stop Recording в разделе Controls. Получите доступ к записанным сессиям, выбрав «Файл » в левом верхнем меню и «Показать записи » в выпадающем меню.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Полученные видео предоставляют неструктурированные данные, подходящие для различных анализов.
    5. Переместите живую рыбу в резервуары для удержания, удалите воду из всех трёх камер, тщательно промыйте водой (не допускайте попадания воды между поляризованными пленками), распылите каждую камеру 5% лимонной кислотой для дезинфекции, дайте камерам высохнуть на воздухе на ночь и прополосните в начале следующего экспериментального дня, прежде чем вернуть на испытательную стенду.

4. Получение структурированных данных для анализа

  1. Выберите программное обеспечение для анализа движения (например, DeepLabCut; см. https://www.mackenziemathislab.org/deeplabcut). Установите DeepLabCut на компьютер, следуя руководству пользователя на https://deeplabcut.github.io/DeepLabCut/docs/installation.html. Обратитесь к информации и руководству пользователя выбранного программного обеспечения, если вы не используете DeepLabCut.
  2. Загрузите четыре-пять видео в DeepLabCut для обучения модели и извлекайте по 20–30 кадров на видео. Определите как минимум три основных точки отслеживания (например, голову, магистраль, хвост) и обучите сеть отслеживать эти точки через рамки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения дополнительной информации обратитесь к руководству пользователя DeepLabCut на https://deeplabcut.github.io/DeepLabCut/docs/standardDeepLabCut_UserGuide.html. Репрезентативные результаты используют 22 кадра, помеченных из пяти видео с тремя точками отслеживания.
  3. Используйте нейронную сеть на базе ResNet-101 для обучения модели. Определите количество итераций, необходимых для завершения обучения (рекомендуется от 100 000 до 200 000). Определите p-сроговое значение между 0,5 и 1.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для репрезентативных результатов было использовано 150 000 итераций для обучения модели с p-порог 0,7. Если обучаемая сеть опускается ниже порога p-0.7, увеличение контраста видео или изменение конвенции маркировки решает эту проблему.
  4. Развернуть полностью обученную модель DeepLabCut на оставшихся экспериментальных видео. Извлекать позиционные данные для каждого испытания. Следуйте руководству пользователя на сайте https://deeplabcut.github.io/DeepLabCut/docs/beginner-guides/Training-Evaluation.html.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для репрезентативных результатов мы проверили с помощью двух перемешиваний и определили, что ошибка теста составила 2 пикселя: train 4 пикселя (при размере изображения 1600 x 820 пикселей). Затем сеть использовалась для анализа экспериментальных видео, полученных из текущей экспериментальной установки.
  5. Используйте программное обеспечение, например Python, чтобы определить и проанализировать движение по трём вертикальным аренам одинаковой ширины и количественно оценить предпочтения. Измеряйте время в зоне как минимум на две точки тела внутри определённой зоны, чтобы уменьшить шум отслеживания. Используйте формулу: Общее время в зоне = (Общее количество кадров в зоне)/(Общее количество кадров).
  6. Если требуется измерение тигмотаксиса, измерите зоны по всей длине тела данио-рерио, исходя из стенок аквариума, что позволит оценить пассивную тенденцию испытуемых оставаться близко к вертикальной границе. Эта мера наиболее подходит для относительно больших экспериментальных резервуаров.
  7. Используйте то же программное обеспечение для определения и измерения времени, проведённого в неподвижности (например, заморозки). Определите порог движения на уровне 2–5 пикселей на кадр с минимальным числом последовательных кадров в 15 кадров.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для репрезентативных результатов зависание было определено с порогом 3 пикселя на кадр на протяжении 15 кадров.
  8. Собирать и экспортировать показатели для статистического анализа и визуализаций.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для анализа данных см. https://github.com/farhanaugustine/DeepLabCut-Analysis-Jupyter-Scripts. Мы

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Для подтверждения низкозатратных методов, описанных выше, одним из условий экспериментов, проведённых в Велки и Вельки. AL.33 был воспроизведен с использованием нынешней недорогой системы. Участникам (N = 23, 11 мужчин и 12 женщин) были представлены искусственные мобильные (низкокачественные) социальные стимулы слева и живые социальные стимулы (высокоточные) справа (рисунок 2); поскольку предыдущиеисследования 33,34<...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Текущий протокол демонстрирует, что нынешняя недорогая адаптация трёхкамерного OTFST может быть использована для надёжной характеристики социальных предпочтений у взрослых данио-рерио, измеряемых временем, проведённым в зоне. Используя недорогие строительные материалы, веб-камеру с подключением USB и открытые программы для получения и анализа, настоящая система успешно воспроизвела вывод о том, что данио-рерио предпочитает стаю живых видов вместо более низкокачественных движущихся моделе...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не заявляют о конфликтах интересов. Спонсоры не участвовали в разработке исследования; в сборе, анализе или интерпретации данных; при написании рукописи; или в решении опубликовать результаты.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Роммелю Пагкалинавану, Робби Баку, Элизабет Хилтц, Хейли Дьюитт, Майе Танкерсли, Алексис Тай-Нгуен, Грейди Флемингу, Джейкобу Янгу и Джеку Медлину из команды TheFishLab при Университете Кристофера Ньюпорта за их вклад в животноводство и сбор данных для эксперимента по валидации. Авторы также выражают благодарность Саманте Коммонс за помощь во время её летней программы Community Captains 2025, включая проведение инвентаризации всех компонентов существующей дорогой системы, а также за недорогую установку. Авторы также выражают благодарность Офису студенческих исследований и творческой деятельности Университета Кристофера Ньюпорта за финансирование, предоставленное К.К. в рамках программы летних стипендиатов для студентов. Рисунок 2 был создан в BioRender Кинслоу, К. (2025). https://BioRender.com/wbf0wph.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
10-Gallon AquariumAqueon, Inc. Franklin, WI, USA#100110010purchased at local pet supply (1 to 4)
12 Pieces 1-inch T-Pipe ClampsJoyHua Trade, ChinaASIN #B0DF19DJF1purchased from Amazon.com (1)
2-gang electrical boxSigma Engineered Solutions, Raleigh, NC, USA# 14350purchased at local hardware store (1)
3/4" Silver-Metallic electrical metallic(EMT) Conduit - 10-footWheatland Tube, Inc., Wheatland, PA, USA #0550110000purchased at local hardware store (3)
3-conductor cordUtilitech, Inc., Charlotte, NC, USAUT010710purchased at local hardware store (1)
3-prong receptacleEaton, Inc., Beachwood, OH, USA#270W-SP-LWpurchased at local hardware store (1)
3-way Air ValvePenn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, USAModel VN3purchased at local pet supply (1)
A4 Cardstock (white), laminatedvariesvariespurchased from campus bookstore (2)
Active bio-filter Penguin 100Spectrum Brands Pet, LLC, Blacksburg, VA, USA#PF00100Bpurchased at local pet supply (1 to 4)
Air stonesPenn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, USAModel AS6Qpurchased at local pet supply (3)
Aquarium Air TubingPenn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, USAModel STD8purchased at local pet supply (1)
Black Fabric Twin Sheets (167.6 cm X 243.8 cm)Royale Linens, Inc., Melville, NY, USA#00011342258875purchased from Amazon.com (3)
Brio 4k WebcamLogitech International S.A., Lausanne, Switzerland960-001419purchased from Amazon.com (1 to 3)
Computer (sufficient for running Open Broadcaster Studio & 1-3 Webcams)Dell, Inc., Round Rock, TX, USAOptiPlex Micro 7010purchased from dell.com (1)
Dimmable light-emitting diode (LED) flat-panel lightLithonia Lighting-Acuity Brands, Inc. Conyers, GA, USACTCL-153P-WHpurchased from Amazon.com (1)
E-Z Up Dust Containment Pole (2 Pack)Trimaco, Inc., Cary, NC, USA# 00047034547330purchased from Amazon.com (1)
Feet Hardware TwinevariesVariespurchased at local hardware store (1)
Linear polarizing filtersB&H Foto & Electronics, Inc., New York, NY USARosco #7300purchased online (7)
Open Broadcaster SoftwareOBS Projectv32.0.0download from https://obsproject.com (1)
Polycarbonate Sheet (0.38"/9.6mm thick)Spectraglass, ltd., Perth, ScotlandUPC # 608037376817purchased from Amazon.com (1)
polyvinyl chloride (PVC) Cement, 4 oz canisterThe AZEK Co, Chicago, IL, USA#ARAD0004OZpurchased at local hardware store (1)
Rimless 5.5-Gallon AquariumAqueon, Inc. Franklin, WI, USA#100541424purchased at local pet supply (3)
Self-adhesive white plastic film CON-TACT Brand, La Miranda, CA, USA#16F-C9A952-06purchased at local hardware store (1)
Slider Dimmer switchLutron, Inc., Cooperburg, PA, USA#LECL-150H-WHpurchased at local hardware store (1)
small pulleyvariesVariespurchased at local hardware store (1)
Submersible 50W heaters (preset to 26C)Aqueon, Inc. Franklin, WI, USA#100106251purchased at local pet supply (3 to 7)
Super Clamp Camera MountJINSUI, ChinaX0040GEYLRpurchased from Amazon.com (1 to 3)
Tetra Whisper 10 Aquarium Air PumpSpectrum Pet, Home & Garden, Inc., Middleton, WI, USAUPC #046798778516purchased at local pet supply (1)
Weatherproof 2-gang electrical enclosureHubbell, Inc., Shelton, CT, USA#MM2420Cpurchased at local hardware store (1)
White PVC Sheet 1/4" x 24" 48"Royal Building Products, Bristol, TN, USA#3101purchased at local hardware store (2)
White PVC Trim Board, nominal 1 x 2 (0.75" x 1/5" x 96")Royal Building Products, Bristol, TN, USA#7832-8purchased at local hardware store (1)

Ссылки

  1. Seo, H., Lee, D. Neural basis of learning and preference during social decision-making. Curr Opin Neurobiol. 22 (6), 990-995 (2012).
  2. Bray, J., et al. Social bonds predict dominance trajectories in adult male chimpanzees. Anim Behav. 179, 339-354 (2021).
  3. Tibbetts, E. A., Pardo-Sanchez, J., Weise, C. The establishment and maintenance of dominance hierarchies. Philos Trans R Soc B. 377 (1845), 20200450(2022).
  4. Chase, I. D., Tovey, C., Spangler-Martin, D., Manfredonia, M. Individual differences versus social dynamics in the formation of animal dominance hierarchies. Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (8), 5744-5749 (2002).
  5. DeLorey, T. M., et al. Gabrb3 gene deficient mice exhibit impaired social and exploratory behaviors, deficits in non-selective attention and hypoplasia of cerebellar vermal lobules: a potential model of autism spectrum disorder. Behav Brain Res. 187 (2), 207-220 (2008).
  6. Lee, J., Green, M. F. Social preference and glutamatergic dysfunction: underappreciated prerequisites for social dysfunction in schizophrenia. Trends Neurosci. 39 (9), 587-596 (2016).
  7. Fortier, A. V., et al. Prefrontal circuits guiding social preference: implications in autism spectrum disorder. Neurosci Biobehav Rev. 141, 104803(2022).
  8. Weiner, J. Social Relationships of Individuals with ADHD Across the Lifespan. Clinical Handbook of ADHD Assessment and Treatment Across the Lifespan. Matson, J. , Springer. Cham. (2023).
  9. Toth, I., Neumann, I. D. Animal models of social avoidance and social fear. Cell Tissue Res. 354, 107-118 (2013).
  10. Guo, M., Sun, L. From rodents to humans: rodent behavioral paradigms for social behavioral disorders. Brain Circ. 9 (3), 154-161 (2023).
  11. Geng, Y., Peterson, R. T. The zebrafish subcortical social brain as a model for studying social behavior disorders. Dis Model Mech. 12 (8), dmm039446(2019).
  12. Ogawa, S., Pfaff, D. W., Parhar, I. S. Fish as a model in social neuroscience: conservation and diversity in the social brain network. Biol Rev. 96 (3), 999-1020 (2021).
  13. Moss, S. M. Notes on the habits of a domesticated white rat, and a terrier dog (Flora), that lived in harmony together. Mag Nat Hist. 9, 182-185 (1836).
  14. Kietzman, H. W., Gourley, S. L. How social information impacts action in rodents and humans: the role of the prefrontal cortex and its connections. Neurosci Biobehav Rev. 147, 105075(2023).
  15. Bryda, E. C. The mighty mouse: the impact of rodents on advances in biomedical research. Mo Med. 110 (3), 201-211 (2013).
  16. Nadler, J. J., et al. Automated apparatus for quantitation of social approach behaviors in mice. Genes Brain Behav. 3 (5), (2004).
  17. Yang, M., Silverman, J. L., Crawley, J. N. Automated three-chambered social approach task for mice. Curr Protoc Neurosci. 56, 8.26.1-8.26.16 (2011).
  18. Zhao, C., Gammie, S. C. The circadian gene Nr1d1 in the mouse nucleus accumbens modulates sociability and anxiety-related behaviour. Eur J Neurosci. 48 (3), 1924-1943 (2018).
  19. Arakawa, H. Revisiting sociability: factors facilitating approach and avoidance during the three-chamber test. Physiol Behav. 272, 114373(2023).
  20. Crawley, J. N. Designing mouse behavioral tasks relevant to autistic-like behaviors. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 10 (4), 248-258 (2004).
  21. Ehninger, D., et al. Gestational immune activation and Tsc2 haploinsufficiency cooperate to disrupt fetal survival and may perturb social behavior in adult mice. Mol Psychiatry. 17 (1), 62-70 (2012).
  22. Ward, A. J. W., Kent, M. I. A., Webster, M. M. Social recognition and social attraction in group-living fishes. Front Ecol Evol. 8, 15(2020).
  23. Gerlai, R. Misbehaving fish: the role of these simple vertebrates in the analysis of human brain function and dysfunction. Brain Res. 1863, 149795(2025).
  24. Norton, W., Bally-Cuif, L. Adult zebrafish as a model organism for behavioural genetics. BMC Neurosci. 11 (1), 90(2010).
  25. Faustino, A. I., Tacão-Monteiro, A., Oliveira, R. F. Mechanisms of social buffering of fear in zebrafish. Sci Rep. 7, 44329(2017).
  26. Akinrinade, I. D., Varela, S. A. M., Oliveira, R. F. Sex differences in social buffering and social contagion of alarm responses in zebrafish. Anim Cogn. 26 (4), 1307-1318 (2023).
  27. Ariyasiri, K., et al. Pharmacological (ethanol) and mutation (sam2 KO) induced impairment of novelty preference in zebrafish quantified using a new three-chamber social choice task. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 88, 53-64 (2018).
  28. Angiulli, E., et al. Increase in environmental temperature affects exploratory behaviour, anxiety and social preference in Danio rerio. Sci Rep. 10 (1), 5385(2020).
  29. Lindeyer, C. M., et al. Nonapeptide influences on social behaviour: effects of vasotocin and isotocin on shoaling and interaction in zebrafish. Behaviour. 152 (7-8), 897-915 (2015).
  30. Landin, J., et al. Oxytocin receptors regulate social preference in zebrafish. Sci Rep. 10 (1), 5435(2020).
  31. Aslanzadeh, M., et al. The body size of stimulus conspecifics affects social preference in a binary choice task in wild-type, but not in dyrk1aa mutant, zebrafish. Zebrafish. 16 (3), 262-267 (2019).
  32. Ribeiro, D. Oxytocin receptor signalling modulates novelty recognition but not social preference in zebrafish. J Neuroendocrinol. 32 (4), e12834(2020).
  33. Velkey, A. J., et al. High fidelity: assessing zebrafish (Danio rerio) responses to social stimuli across several levels of realism. Behav Processes. 164, 100-108 (2019).
  34. Velkey, A. J., Koon, C. H., Danstrom, I. A., Wiens, K. M. Female zebrafish (Danio rerio) demonstrate stronger preference for established shoals over newly-formed shoals in the three-tank open-swim preference test. PLoS One. 17 (9), e0265703(2022).
  35. Velkey, A. J., et al. Zebrafish (Danio rerio) prefer undisturbed shoals over shoals exposed to the synthetic alarm substance hypoxanthine-3N-oxide (C5H4N4O2). Biology. 14 (3), 233(2025).
  36. Canzian, J., Fontana, B. D., Quadros, V. A., Rosemberg, D. B. Conspecific alarm substance differently alters group behavior of zebrafish populations: putative involvement of cholinergic and purinergic signaling in anxiety- and fear-like responses. Behav Brain Res. 320, 255-263 (2017).
  37. Do Nascimento, B. G., Maximino, C. Social investigation and social novelty in zebrafish: roles of salience and novelty. Behav Processes. 210, 104903(2023).
  38. Bolgan, M., O’Brien, J., Gammell, M. The behavioural repertoire of Arctic charr (Salvelinus alpinus (L.)) in captivity: a case study for testing ethogram completeness and reducing observer effects. Ecol Freshw Fish. 25 (2), 318-328 (2016).
  39. Thomsen, H., Jensen, T. H., Ydesen, K., Madsen, N. Use of ethograms to analyse shoaling behaviour of mackerel (Scomber scombrus) in an aquarium. Genet Biodivers J. , (2020).
  40. Rodriguez, A., et al. ToxTrac: a fast and robust software for tracking organisms. Methods Ecol Evol. 9 (3), 460-464 (2018).
  41. Pereira, T. D., et al. SLEAP: a deep learning system for multi-animal pose tracking. Nat Methods. 19 (4), 486-495 (2022).
  42. Mathis, A., et al. DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning. Nat Neurosci. 21 (9), 1281-1289 (2018).
  43. Gerlai, R. Social behavior of zebrafish: from synthetic images to biological mechanisms of shoaling. J Neurosci Methods. 234, 59-65 (2014).
  44. Collar, D. C., Thompson, J. S., Ralston, T. C., Hobbs, T. J. Fast-start escape performance across temperature and salinity gradients in mummichog Fundulus heteroclitus. J Fish Biol. 96 (3), 755-767 (2020).
  45. Collar, D. C., Hobbs, T. J., Thompson, J. S. Scaling of fast-start performance and its thermal dependence in mummichog Fundulus heteroclitus. J Fish Biol. 104 (3), 611-623 (2024).
  46. Collar, D. C., Stanley, K. L., Thompson, J. S. Fast-start performance and its dependence on temperature and salinity in sheepshead minnow (Cyprinodon variegatus). Environ Biol Fishes. 108 (10), 1515-1530 (2025).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Социальное поведение данио-рериотест с тремя камерамитрекинг с помощью DeepLabCutбезмаркерная оценка позвидеоанализ поведениябюджетная установкасоциальное взаимодействиенейроповеденческие исследования
Недорогая альтернатива для оценки социальных предпочтений у данио-рерио (Danio rerio) с помощью трёхкамерного открытого аквариума задачи свободного плавания
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.