Автоматизированный анализ Шолл оцифрованных нейронов морфологии в различных масштабах

Мы разработали компьютерную программу для анализа нейронной морфологии. В сочетании с двумя существующими открытыми инструменты анализа источников, наша программа выполняет Шолл анализа и определяет количество невриты, точек ветвления и аксонов советы. Анализы выполняются так, что локальные изменения в морфологии аксонов можно наблюдать.

В этом видео демонстрируется процедура анализа морфологии дендритов и аксонов, известных как нейриты, с использованием полуавтоматической программы для наблюдения за локальными изменениями. Программное обеспечение First Neuron J используется для трассировки восьмибитных изображений нейронов в формате TIFF для определения положения сегментов нейритов. Затем программное обеспечение Neuron studio используется для определения структурной информации о связности между нейритами.

Наконец, запускается программа MATLAB для извлечения морфологических данных из клеток, включая анализ косяков, а также количества точек ветвления и кончиков нейритов. Результаты показывают локальные изменения в морфологии нейритов, основанные на выполнении анализа косяков в субобластях невротической беседки. Основное преимущество этой методики перед существующими методами, такими как анализ мели вручную, заключается в том, что программа является полуавтоматизированной, что значительно повышает эффективность анализа и позволяет проводить аудит данных с целью проверки точности анализа.

Демонстрировать процедуру будет студент бакалавриата Hirsch AWA, работающий в лаборатории Firestein в течение лета. Для того, чтобы использовать программу «Костер» для анализа морфологических характеристик восьмибитных невритов, необходимо получить изображения отдельных нейронов после загрузки программы «Костер». Настройки программы должны быть скорректированы в зависимости от разрешения изображений, которые вы хотите проанализировать в разделе параметров костра программы костра, замените текущее значение для преобразования переменных выбора значением разрешения изображений ваших изображений.

Для того чтобы bonfire мог анализировать данные, файлы должны быть организованы в определенную структуру, включая основную папку, папку bonfire, содержащую файлы MATLAB M, подпапки, содержащие каждое из различных условий, и файлы изображений ячеек внутри различных папок условий. В этом эксперименте будут отслеживаться только дендриты, чтобы проанализировать изменения в морфологии дендритов. Начните с подготовки изображения к трассировке.

Откройте изображение, нажав кнопку «Открыть» на панели инструментов neuron J, и выберите изображение, которое вы хотите обследовать. Теперь измените размер изображения, нажав кнопку «Развернуть», чтобы настроить яркость и контрастность изображения, чтобы вы могли визуализировать все изображения выбора нейритов на панели инструментов neuron J, а затем выберите «Настроить контраст яркости». Чтобы начать трассировку, нажмите кнопку «Добавить трассировки» на панели инструментов neuron J «Трассировка по периметру тела клетки».

Затем нажмите кнопку «Пометить трассировку» на панели инструментов neuron J и выберите N One в выпадающем меню идентификатора трассировки, выберите тип ноль шесть в окне атрибутов neuron J и нажмите «ОК». Чтобы начать трассировку нейритов, нажмите кнопку «Добавить следы» на панели инструментов нейрона J и добавьте трассировку вдоль каждой интересующей ветви нейритов. Лучше всего, если нарисованные сегменты останавливаются в каждой точке ветвления с каждой дочерней точкой ветвления, начиная с этой точки как новая трассировка.

Нажмите кнопку «Сохранить трассировки» на панели инструментов neuron J и сохраните только что созданную трассировку в той же папке, что и исходный файл изображения. Затем экспортируйте файлы трассировки и файлы идентификаторов трассировки из neuron J. Нажмите кнопку экспорта трассировки на панели инструментов neuron J. Теперь выберите вкладку разделившие текстовые файлы отдельным файлом для каждой опции трассировки в диалоговом окне экспорта neuron J и выберите OK, разрешить neuron J выбрать имена файлов и место сохранения.

Нажмите кнопку «Измерить трассировку» на панели инструментов neuron J, а затем выберите опцию «Отображать измерения трассировки» в окне измерений neuron J и выберите «Запустить Выбрать файл» в окне трассировки neuron J, а затем нажмите кнопку «Сохранить как» и сохраните файл. Имя файла должно точно совпадать с именем исходного файла изображения, за которым следует информация о подчеркивании, и не должно содержать расширения файла из трех букв. Убедитесь, что ваш компьютер автоматически не добавляет расширение XLS.

Если это так, расширение файла необходимо удалить вручную. Сначала реорганизуйте папки с помощью bonfire load, открыв matlab и нажав на кнопку с тройной точкой в правом верхнем углу командного окна. Выберите папку bonfire в вашей мастер-папке в окне поиска папки, введите bonfire load в командном окне и нажмите Enter.

Выберите папку состояния, которую вы хотите проанализировать, в окне поиска папки и выберите ее. Хорошо. Это приведет к реорганизации структуры папок путем создания подпапок ячеек, содержащих все данные для каждой отдельной ячейки. Теперь для создания имени файла подчеркивания премиум swc файлов введите bonfire underscore NDF two s WC в командном окне и нажмите Enter.

Выберите ту же папку состояния, которая только что была реорганизована с помощью bonfire load, в окне поиска папки и выберите. Хорошо. Это создаст WC-файл в каждой папке ячейки для выбранного условия. Каждая папка ячейки будет содержать пять файлов.

Исходное изображение TIF, файл NDF, информация о подчеркивании, файл идентификатора трассировки, файл TXT и файл swc. Перед использованием Neuron Studio мы рекомендуем вам ознакомиться с функциями программы и ярлыками. У них есть отличное онлайн-руководство пользователя, и знание сочетаний клавиш сэкономит вам много времени.

Для начала откройте программу neuron studio и выберите файл «Открыть» на панели инструментов neuron studio, найдите TIF изображение нейрона. Вы хотите отредактировать и открыть его. Выберите параметры запуска и введите по одному в каждое из трех полей.

В окне размера воксела выберите импорт файла с wc. Выберите соответствующий файл s WC, который соответствует файлу, с которым вы хотите работать. Теперь файл образа будет наложен на изображение трассировки.

На клетку сомы следует наложить красный кружок, чтобы связать нейриты. Используйте инструмент neurite для соединения узлов таким образом, чтобы каждая точка ветвления, представленная желтыми узлами, могла создать только две ветви. Все следы должны быть непрерывными с сомой.

Теперь, чтобы экспортировать данные из Neuron Studio, выберите файл, сохраните нейриты и сохраните их в качестве имени по умолчанию, чтобы проверить наличие ошибок в файлах swc типа bonfire trace. Зайдите в командное окно и нажмите Enter. Выберите папку состояния, содержащую данные, которые только что были обработаны, в окне поиска папки и нажмите кнопку ОК, если в каком-либо из изображений в папке есть ошибки.

Программа будет выводить изображения, показывающие, где находится ошибка, для извлечения морфологических данных из файлов dot S WC. Введите bonfire в командное окно и нажмите Enter. Выберите папку условий, которую вы хотите проанализировать, в окне поиска папки и нажмите кнопку ОК для каждого из интересующих нейронов.

Анализ костра сгенерирует график морфологии нейронов вместе с плечевыми кольцами, используемыми в анализе. Кроме того, команда bonfire сгенерирует файл MAT, содержащий всю морфологическую информацию, полученную в результате анализа. Чтобы просмотреть предварительные графики результатов типа данных bonfire в командном окне MATLAB, выберите папку условий для просмотра в окне поиска папки и выберите. Хорошо.

Окно поиска папки временно закроется и снова откроется, что позволит выбрать дополнительные условия. После выбора условий нажмите кнопку «Отмена», чтобы выйти из процесса выбора. Результат костра вернет сводные диаграммы, включая данные из папок условий, которые вы выбрали для экспорта морфологических данных в тип Excel Экспорт костра в командное окно MATLAB.

Выберите папку состояния, содержащую данные, которые вы хотите экспортировать, в окне поиска папки и выберите. Хорошо, экспорт костра создаст файлы Excel с морфологическими данными и поместит их в папку состояния, которая была выбрана. Теперь мы покажем вам пример данных, сгенерированных программой bonfire на наборе данных, содержащем два условия.

Это примеры перевернутых изображений обоих состояний. Из этих изображений видно, что первое условие содержит больше дендритов, чем второе условие. Это явление также можно наблюдать на различных графиках, которые генерируются программой разведения костра.

Поскольку программа костра выполняет свой анализ на подобластях дендритов, увеличение дендритов в первом условии может быть легко идентифицировано, построение мелкой кривой общего дендритного луча показывает, что существует больше дендритов дистальнее тела клетки для нейронов первого условия, построение среднего числа точек ветвления и конечных точек на клетку показывает, что первое условие содержит как больше точек ветвления, так и больше конечных точек, чем условие два. Показано среднее число процессов на ячейку для первичных, вторичных, третичных дендритов или дендритов высшего порядка. Для первого условия существует больше третичных дендритов и дендритов высшего порядка. Построение среднего числа процессов на ячейку для корневых, промежуточных и терминальных дендритов показывает, что в первом условии больше промежуточных или терминальных процессов, чем во втором условии.

Здесь показаны кривые анализа специфики сегментов, в которых сегменты сгруппированы как первичные, вторичные, третичные или более крупные. Увеличение третичных дендритов происходит дистальнее тела клетки для состояния нейронов первого состояния. Показаны кривые анализа специфики сегментов, в которых сегменты сгруппированы как корневые сегменты, промежуточные сегменты или терминальные сегменты.

Увеличение как промежуточных, так и терминальных дендритов при условии один происходит дистальнее тела клетки. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как проводить анализ косяков с помощью программы костер, чтобы наблюдать за локальными изменениями нейроморфологии.