Dendritik Dalların Otomatik Tanımlanması ve Oryantasyonları

Özet

Sunulan, 2D floresan görüntülerden nöronal dendritik dalların yönelimlerinin basit ve doğrudan otomatik olarak ölçülmasını sağlayan bir hesaplama aracıdır.

Özet

Nöronal dendritik ağaçların yapısı, sinaptik girdilerin nöronlara entegrasyonunda kilit rol oynar. Bu nedenle, nöronal fonksiyonun daha iyi anlaşılması için dendritlerin morfolojisinin karakterizasyonu esastır. Bununla birlikte, hem izole edildiğinde hem de özellikle nöronal ağlar içinde bulunduğunda, dendritik ağaçların karmaşıklığı tam olarak anlaşılamamıştır. 2B nöronal kültürlerin floresan görüntülerinden dendritik dalların yönünün otomatik olarak ölçülmesine izin veren yeni bir hesaplama aracı olan SOA 'yı (Segmentasyon ve Oryantasyon Analizi) geliştirdik. Python ile yazılan SOA, dendritik dalları görüntü arka planından ayırmak için segmentasyon kullanır ve her dalın uzamsal yönü üzerinde bir veritabanı biriktirir. Veritabanı daha sonra bir ağdaki dendritik dalların yönlü dağılımı ve paralel dendritik dal büyümesinin yaygınlığı gibi morfolojik parametreleri hesaplamak için kullanılır. Elde edilen veriler, nöronal aktiviteye yanıt olarak dendritlerdeki yapısal değişiklikleri tespit etmek ve biyolojik ve farmakolojik uyaranlara karşı kullanılabilir.

Giriş

Dendritik morfogenez, nöronlarda sinaptik entegrasyonun hesaplama özelliklerini etkilediği için, dendritik ağacın yapısı nörobilimde merkezi bir konudur1,2,3. Ayrıca dendritik branşlarda morfolojik anormallikler ve modifikasyonlar dejeneratif ve nöro-gelişimsel bozukluklara bulaşmıştır4,5,6. Dendritik sonuçların daha kolay görselleştirilebildiği nöronal kültürlerde, kardeş olmayan dendritik dallar arasındaki etkileşimler, kollar boyunca sinaptik kümelenmenin alanlarını ve kapsamını d....

Protokol

NOT: İsrail Sağlık Bakanlığı, deney hayvanlarının etik kullanımı için IL-218-01-21 protokolü kapsamında fare kullanımını onayladı. SOA yalnızca Windows 10 ve Python 3.9 ile uyumludur. Açık kaynak kod olarak mevcuttur: https://github.com/inbar2748/DendriteProject. Bu bağlantıda, bir README de vardır. Yazılımı indirmek için yol tarifi, yazılımın web sitesine bir bağlantı ve tüm paketlerin gerekli sürümleri hakkında bilgi içeren bir gereksinim dosyası içeren DM dosyası. Yazılım kullanılarak gerçekleştirilen ek analiz örnekleri de burada sağlanmıştır.

Sonuçlar

Kültürdeki dendritik ağların görüntüleri üzerinde temsili bir analiz yapıldı. Hücreler Baranes ve ark. ^16,17. Kısaca, hipokampal hücreler doğum sonrası sıçanların beyinlerinden çıkarıldı ve 1-2 hafta boyunca 2D cam kapaklar üzerinde yetiştirildi. Kültürler daha sonra dendritik protein belirteci, mikrotübül ilişkili protein 2'ye (MAP2) karşı bir antikor kullanılarak dolaylı immünofluoresans yoluyla sabitlendi ve lekelendi.......

Tartışmalar

Biyolojik görüntüleme verilerine ayak uydurmak için 2D görüntülerden morfolojik bilgi çıkarmak için etkili stratejiler gereklidir. Görüntüleme verileri saatler içinde oluşturulabilse de, görüntülerin derinlemesine analizi uzun zaman alır. Sonuç olarak, görüntü işleme açıkça birçok alanda büyük bir engel haline gelmiştir. Bu kısmen, özellikle biyolojik örneklerle uğraşırken verilerin yüksek karmaşıklığından kaynaklanmaktadır. Ayrıca, birçok kullanıcı özel programlama ve gö.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Matplotlib	2002 - 2012 John Hunter, Darren Dale, Eric Firing, Michael Droettboom and the Matplotlib development team; 2012 - 2021 The Matplotlib development team.	3.4.2	a Python 2D plotting library
matplotlib-scalebar	Philippe Pinard	0.7.2	artist for matplotlib to display a scale bar
NumPy	The NumPy community.	1.20.3	fundamental package for scientific computing library
OpenCV	OpenCV team	4.5.2.54	Open Source Computer Vision Library
PyCharm	JetBrains	2020.3.1 (Community Edition) version	Build #PC-203.6682.86, built on December 18, 2020. Runtime version: 11.0.9.1+11-b1145.37 amd64. VM: OpenJDK 64-Bit Server VM by JetBrains s.r.o. Windows 10 10.0. Memory: 978M, Cores: 4
PyQt5	Riverbank Computing	5.15.4	manage the GUI
python	Python Software Foundation License	3.9 version
Qt Designer	The QT Company Ltd.	5.11.1 version
scipy	Community library project	1.6.3	Python-based ecosystem of open-source software for mathematics, science, and engineering
Seaborn	Michael Waskom.	0.11.1	Python's Statistical Data Visualization Library.
Windows 10	Microsoft
Xlsxwriter	John McNamara	1.4.3	Python module for creating Excel XLSX files