Система отслеживания динамики поведения социальных предпочтений у малых грызунов
21 ноября 2019 г.
Описана здесь новая автоматизированная экспериментальная система, которая предлагает альтернативу трехкамерному тесту, а также решает несколько оговорок. Эта система поставляет несколько поведенческих параметров, которые позволяют тщательный анализ малых грызунов поведенческой динамики во время социальных предпочтений и социальной новизны предпочтения испытаний.
Изучение нейробиологических механизмов социального поведения требует поведенческих тестов, которые могут быть применены к моделям животных в беспристрастной и независимой от наблюдателя манере. Наша система позволяет детально изукомить социальное поведение и их динамику в моделях мелких грызунов и поддерживает точные сравнения между штаммами, условиями и лечением. Эта система может использоваться для любых видов испытаний социальной дискриминации, таких, как дискриминация между мужчинами и женщинами.
Кроме того, нет никаких ограничений по размерам субъектов. Анализ требует некоторого опыта для выбора оптимальных параметров для отслеживания. Для новых пользователей я рекомендую мониторинг отслеживания на экране компьютера для первоначальной оценки.
По крайней мере за час до анализа поместите домашние клетки всех мышей в экспериментальную комнату для акклиматизации. В конце акклиматизационные периоды вставьте две пустые камеры на арену в двух противоположных углах арены. Затем, найти арену в акустической камере и поместить тему мышей в середине арены в течение 15 минут привыкания.
В этот период поместите двух социальных стимулов мышей в разных камерах, расположенных за пределами арены для привыкания. И пластиковая игрушка размером 5х5х5 см с отличной формой и цветом в другой камере. Для выполнения теста SP начните запись с помощью видеокамеры.
Немедленно удалите две пустые камеры и поместите социальные и объектные стимулы камер в углах арены, которые были пусты во время привыкания. Разрешить субъектам взаимодействовать с раздражителями в течение пяти минут, прежде чем остановить запись, и удаление стимулов, содержащих камеры с арены. Затем оставьте объект на пустой арене на 15 минут.
Для выполнения социальной новизны предпочтения тест начать видеозапись, и вставить камеру, содержащую те же социальные стимул животных, как используется для теста SP и камеры, содержащей новый социальный стимул мыши в двух углах арены, которые не были использованы для теста SP. Позвольте испытуемым взаимодействовать с стимулами в течение пяти минут, прежде чем остановить запись и удалить предметы и камеры с арены. Затем очистите арену и камеры проточной водой и 10% этанола.
Чтобы использовать графический пользовательский интерфейс грызунов для анализа поведения мыши, откройте MATLAB и выберите Track Rodent Directory, нажмите правой кнопкой мыши, чтобы выбрать Add to Path, Выбранные папки и субфолдеры, чтобы добавить все субфолдеры на рабочий путь. Введите TrackRodent в командное окно и нажмите Enter. Выберите файл сессии нагрузки для загрузки одного или нескольких видеофайлов.
Киноинспектор, который позволяет кадр кадр проверки видеоклипа будет немедленно открыт для первого файла в списке. Для проверки дополнительных видеофайлов нажмите Inspect Movie, чтобы открыть видеоинспектор и выбрать конкретный видео файл, представляющий интерес в любое время. Выберите проверенный вид при необходимости и нажмите Исключите зону, чтобы исключить все области, которые я прерываю отслеживание в соответствии с цветами предмета и арены.
Чтобы определить каждую камеру в качестве стимула области для автоматического обнаружения его расследования по предмету, проверить полигон или эллиптической коробке и нажмите Стимул X, чтобы стимул областях, которые будут отмечены. Затем выберите нужный алгоритм из списка и введите стартовые и заканчиваемые номера кадров для анализа в соответствующих ящиках редактирования. Для оценки автоматического обнаружения границ субъекта для данного порога введите значение в соответствующее пороговое поле и нажмите Enter.
Для начала поведенческого анализа всех выбранных файлов переместим в первый файл и нажмите Кнопку «Начать». Поиск правильного порога имеет решающее значение и требует опыта. Рекомендуется, чтобы новые пользователи использовали не быстрые алгоритмы и отслеживали анализ онлайн, чтобы убедиться, что они работают должным образом.
В конце анализа файл результатов будет сохранен для каждого фильма в одном каталоге файлов фильма. Для проверки результатов каждого файла фильма нажмите Файл результатов загрузки и выберите файлы MAT, генерируемые поведенческим анализом. Перемещение между кнопками переключения для изучения следа местоположения мыши, исследования стимулов вдоль сессии и общего времени исследования стимулов.
Для анализа населения в папке TrackRodent в MATLAB введите TrackRodentPopulationSummary как одно слово в командном окне. Нажмите Введите и выберите файлы результатов для загрузки нескольких файлов результатов TrackRodent. Заполните номера последнего кадра для анализа, имя теста, стимул одно имя, и стимул два имени и выбрать все соответствующие коробки для желаемого анализа из факультативного списка.
Проверьте поле Экспорта, чтобы извлечь результаты в электронную таблицу в одном файле. Затем нажмите Кнопку «Начать» и подождите, пока программа не подсвенит в строке состояния параметры анализа и данные будут сохранены. В этом эксперименте среднее общее время исследования популяции испытуемых по отношению к каждому из двух стимулов изображает явное предпочтение испытуемых социальному стимулу.
Социальные предпочтения сохранялись субъектом на протяжении всей сессии, хотя в начале сессии предпочтение казалось несколько более сильным. Время расследования для каждого стимула можно классифицировать в зависимости от продолжительности боя в короткие, средние и длинные поединки в дополнение к общей времени расследования. Как отмечается, не было никакой разницы между стимулами в коротких боях в то время как средние и длинные поединки показали четкие социальные предпочтения, предполагая, что в C57 Черный 6J мышей короткие поединки отражают любопытство, в то время как длинные поединки отражают взаимодействие между предметом и стимулов.
Кроме того, тепловые карты расследования приступы к социальной стимул и объект в ходе теста могут быть созданы для всего населения субъектов с цветами кодирования продолжительности боя. Важно отметить, что скорость переходов субъектов от одного стимула к другому была самой высокой в течение первых двух минут теста, прежде чем постепенно снижаться. Такая же тенденция наблюдается и в распределении среднего переходного курса с течением времени.
Этот метод может быть использован с любой мышью, подключенной к электрофизиологической записи или оптогенетических стимулирующих систем проволокой. Для этого мы используем специальный алгоритм. Наша система в настоящее время используется несколькими лабораториями по всему миру для различных парадигм, требующих отслеживания мелких грызунов.
Он может быть использован для оценки поведенческой динамики в любом тесте дискриминации.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлена новая автоматизированная экспериментальная система, разработанная для оценки социального поведения на моделях мелких грызунов. Система позволяет получать множество поведенческих параметров для комплексного анализа тестов на социальное предпочтение и предпочтение новизны.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Поведенческий анализ
- Животные модели
Теоретические сведения
- Понимание социального поведения грызунов имеет решающее значение для нейробиологических исследований.
- Традиционные методы, такие как тест трех камер, имеют определенные ограничения.
- Автоматизированные системы позволяют снизить субъективность наблюдателя и повысить точность данных.
- Данная система обеспечивает объективное тестирование различных линий животных и условий эксперимента.
Цель исследования
- Разработать автоматизированную систему для оценки социального поведения грызунов.
- Обеспечить возможность детального изучения социальной динамики.
- Облегчить проведение сравнений между различными экспериментальными условиями.
Используемые методы
- Автоматизированный трекинг поведения грызунов во время социальных тестов.
- Анализ социального предпочтения и предпочтения новизны.
- Сбор данных, не зависящий от наблюдателя.
- Гибкие параметры для отслеживания различных тестов на социальную дискриминацию.
Основные результаты
- Система успешно отслеживает несколько поведенческих параметров.
- Она позволяет проводить точные сравнения между различными линиями грызунов.
- Первичную оценку можно отслеживать в режиме реального времени на экране компьютера.
- Применима для различных тестов на социальную дискриминацию без ограничений по размеру субъекта.
Заключение
- Эта автоматизированная система расширяет возможности изучения социального поведения грызунов.
- Она позволяет преодолеть ограничения традиционных поведенческих тестов.
- Система универсальна и может быть адаптирована под различные исследовательские задачи.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Системы автоматизированного поведенческого трекинга позволяют проводить объективную высокопроизводительную оценку социальных фенотипов на моделях грызунов, что способствует валидации мишеней при поиске нейропсихиатрических препаратов. Путем количественного анализа динамических социальных взаимодействий система повышает прогностическую точность при снижении рисков на ранних этапах изучения механизмов действия. Это облегчает принятие обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и улучшает трансляционную преемственность от этапа поиска до доклинической оценки.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать фенотипы социального предпочтения для валидации мишеней, участвующих в расстройствах социального поведения.
- Практическая ценность: обеспечивает количественные показатели, не зависящие от наблюдателя, для последовательной оценки воздействия на мишени в различных штаммах и условиях.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать многопараметрические поведенческие данные (время исследования, продолжительность эпизодов, скорость переходов) для комплексного фенотипического скрининга.
- Практическая ценность: обеспечивает стандартизацию анализа за счет алгоритмов автоматического детектирования и настраиваемых параметров трекинга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Выявляет изменения в социальной динамике после генетических, фармакологических или средовых манипуляций, что способствует моделированию релевантных заболеваний.
- Практическая ценность: Позволяет осуществлять лонгитюдное отслеживание поведенческих изменений, облегчая принятие решений о переходе на следующие этапы доклинических исследований с учетом рисков.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Система интегрируется в рабочие процессы открытий в области биологии, предоставляя количественные показатели социального поведения, которые позволяют уточнять гипотезы и механизмы сигнальных путей.
- Фундаментальная биология: способствует снижению рисков при изучении механизмов за счет количественной оценки динамических социальных взаимодействий в генетических и фармакологических моделях.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для оценки эффекта соединений в парадигмах социальной дискриминации.
- Аналитика: позволяет проводить статистическое сравнение поведенческих параметров (например, продолжительности эпизодов, частоты переходов) между экспериментальными группами.
- Трансляционные исследования: связывает социальные фенотипы, выявленные на этапе поиска, с доклинической валидацией посредством согласованных показателей поведения.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как масштабируемая платформа для проведения множества тестов социального поведения, сокращая необходимость в избыточной разработке методов анализа.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования за счет снижения механистической неопределенности при валидации мишеней социального поведения.
- Операционная ценность: Повышает воспроизводимость и масштабируемость благодаря автоматизированному стандартизированному анализу поведения.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя на ранних этапах выявлять неэффективные мишени с помощью надежного фенотипического скрининга.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков, предоставляя количественные данные о социальном поведении для принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go).
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области поведенческой нейробиологии и оптимизации параметров видеотрекинга.
- Зависимость от среды MATLAB и совместимых систем видеозахвата.
- Необходима стандартизация конфигурации арены, предъявления стимулов и протоколов привыкания во всех центрах.
- При адаптации следует учитывать параметры трекинга для конкретных видов и корректировать размер арены для различных моделей грызунов.
- Практические ограничения включают необходимость контроля условий окружающей среды для минимизации вмешивающихся переменных в анализах социального поведения.
