Name: a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents
Uploaded: 2019-11-21T14:00:00
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这项工作得到了人类前沿科学方案（HFSP赠款RGP0019/2015）、以色列科学基金会（ISF赠款#1350/12，1361/17）、米尔格罗姆基金会和以色列科学、技术和空间部（赠款#3-12068）的支持。

所有所述方法均已获得海法大学动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。
1. 实验设置
<ol><li>
竞技场
	<ol>
<li>通过在声学室（60 厘米 x 65 厘米 x 80 厘米，由 2 厘米厚的木头涂层内侧 2 厘米厚泡沫）中间放置一个白色或黑色（取决于动物的颜色）有机玻璃盒（37 厘米 x 22 厘米 x 35 厘米），为小鼠建造实验竞技场（图 1A，D）。对于?...

<ol>
	<li>Insel, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+challenge+of+translation+in+social+neuroscience:+a+review+of+oxytocin,+vasopressin,+and+affiliative+behavior.">The challenge of translation in social neuroscience: a review of oxytocin, vasopressin, and affiliative behavior.</a> Neuron. 65 (6), 768-779 (2010).</li><li>Moy, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sociability+and+preference+for+social+novelty+in+five+inbred+strains:+an+approach+to+assess+autistic-like+behavior+in+mice.">Sociability and preference for social novelty in five inbred strains: an approach to assess autistic-like behavior in mice.</a> Genes, Brain and Behavior. 3 (5), 287-302 (2004).</li><li>Carr, W. J., Yee, L., Gable, D., Marasco, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Olfactory+recognition+of+conspecifics+by+domestic+Norway+rats.">Olfactory recognition of conspecifics by domestic Norway rats.</a> Journal of Comparative and Physiological Psychoogyl. 90 (9), 821-828 (1976).</li><li>Ferguson, J. N., Aldag, J. M., Insel, T. R., Young, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxytocin+in+the+medial+amygdala+is+essential+for+social+recognition+in+the+mouse.">Oxytocin in the medial amygdala is essential for social recognition in the mouse.</a> Journal of Neuroscience. 21 (20), 8278-8285 (2001).</li><li>Nadler, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+apparatus+for+quantitation+of+social+approach+behaviors+in+mice.">Automated apparatus for quantitation of social approach behaviors in mice.</a> Genes, Brain and Behavior. 3 (5), 303-314 (2004).</li><li>Page, D. T., Kuti, O. J., Sur, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computerized+assessment+of+social+approach+behavior+in+mouse.">Computerized assessment of social approach behavior in mouse.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 3, 48 (2009).</li><li>Sankoorikal, G. M., Kaercher, K. A., Boon, C. J., Lee, J. K., Brodkin, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mouse+model+system+for+genetic+analysis+of+sociability:+C57BL/6J+versus+BALB/cJ+inbred+mouse+strains.">A mouse model system for genetic analysis of sociability: C57BL/6J versus BALB/cJ inbred mouse strains.</a> Biological Psychiatry. 59 (5), 415-423 (2006).</li><li>Martin, L., Sample, H., Gregg, M., Wood, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+operant+social+motivation+paradigms+using+BTBR+T+tf/J+and+C57BL/6J+inbred+mouse+strains.">Validation of operant social motivation paradigms using BTBR T+tf/J and C57BL/6J inbred mouse strains.</a> Brain and Behavior. 4 (5), 754-764 (2014).</li><li>Noldus, L. P. J. J., Spink, A. J., Tegelenbosch, R. A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EthoVision:+A+versatile+video+tracking+system+for+automation+of+behavioral+experiments.">EthoVision: A versatile video tracking system for automation of behavioral experiments.</a> Behavior Research Methods Instruments &amp; Computers. 33 (3), 398-414 (2001).</li><li>Sams-Dodd, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automation+of+the+social+interaction+test+by+a+video-tracking+system:+behavioural+effects+of+repeated+phencyclidine+treatment.">Automation of the social interaction test by a video-tracking system: behavioural effects of repeated phencyclidine treatment.</a> Journal of Neuroscience Methods. 59 (2), 157-167 (1995).</li><li>Netser, S., Haskal, S., Magalnik, H., Wagner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+system+for+tracking+social+preference+dynamics+in+mice+reveals+sex-+and+strain-specific+characteristics.">A novel system for tracking social preference dynamics in mice reveals sex- and strain-specific characteristics.</a> Molecular Autism. 8, 53 (2017).</li></ol>

这里描述的实验系统，它被设计为三室装置2，5的替代，允许性能相同的测试，同时解决它的一些局限性。三角形室位于矩形竞技场的两个相对角落，将主体-刺激相互作用区域限制在定义良好的平面上，从而能够对调查行为进行精确的自动分析。一个优点是使用分析软件 （TrackRodent） 为每个测试计算多个行为参数。它还允许在范式的各个阶段将腔室重?...

揭示神经发育障碍（NDDs）背后的生物机制是神经科学领域的主要挑战之一。解决这一挑战需要行为范式和实验系统，以标准和公正的方式代表啮齿动物的行为。十多年前，莫伊及其同事发表了一份有影响力的研究报告，提出了三室测试。从那时起，该测试被广泛用于研究NDD的啮齿动物模型中的社会行为。此测试评估了啮齿动物的两种与生俱来的倾向：1） 保持在社会刺激的接近性上而不是对象（社交性，也称为社会偏好 [SP]），2） 更喜欢新颖的社会刺激比熟悉的（社会新奇偏好 [SNP]）3、4。随后的几项研究提出了使用计算机化方法5，6自动分析三室测试的方法。
此测试仍然存在几个注意事项。首先，它主要研究社会地点偏好，而不是受试者直接与社会刺激互动的动机，尽管一些群体也测量嗅觉调查（嗅探）时间，要么手动7，要么使用商业计算机系统8，9，10。其次，三室测试主要用于测量受试者在每个腔室中花费的总时间，而忽略了行为动力学。最后，它仅依赖于社会行为的一个方面，即受试者在每个腔室中花费的时间（或嗅探时间，如果测量的话）。
在这里，我们提出了一个新颖和负担得起的实验系统，是三室装置的替代品。它还允许在解决上述警告时执行相同的行为测试。所呈现的行为系统自动直接测量啮齿动物对两种刺激的调查行为。此外，它还以独立于观察者的方式分析行为动力学。此外，该系统测量多个行为参数，并在个体和人口层面分析这些参数;因此，它支持在每次测试中对社会行为及其动态进行严格分析。此外，在各种测试阶段，在竞技场对面角落随机重新定位腔室可抵消空间记忆或偏好的任何影响。这一制度还可用于其他歧视测试，如性别歧视。定制设备易于生产，分析系统可作为开放源代码公开访问，因此允许在任何实验室中使用。在社会偏好和社会新奇偏好测试中，我们证明了该系统能够测量具有不同毛皮颜色的啮齿动物菌株的社会行为的多个参数。我们还验证了系统在操作（如胡须修剪）后揭示啮齿动物社会行为的修正动态的能力。
TrackRodent软件：在MATLAB（2014a-2019a）中编写了三种算法，以跟踪实验对象及其与刺激物的相互作用。所有算法都存入 GitHub，在 <https：//github.com/shainetser/TrackRodent>。所有四种算法的主要目的是跟踪受试者身体的轮廓，以检测与刺激区域的任何直接接触。
基于身体的算法：此算法有三个版本，用于跟踪白色背景上未连接的暗鼠标（基于 BlackMouseBody）的轮廓、黑暗背景上的白色鼠标（基于白鼠体）或深色背景上的白鼠（基于白鼠体）的轮廓).该软件的图形用户界面 （GUI） 要求实验者使用鼠标或大鼠选择实验，然后选择正确的代码。对于算法的每个版本，有两个可选代码：一个在执行分析时在屏幕上显示跟踪过程，另一个不执行（因此，它运行得更快，称为"快速"）。例如，基于 BlackMouseBody 的算法的相关代码的名称是："BlackMouseBodyBased23_7_14"和"BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast"。以"快速"结尾的所有算法不会联机显示跟踪，用户必须将数据直接保存到结果文件 （.mat 文件）。所有基于身体的算法都需要设置单个阈值（软件 GUI 中的"低阈值"）来检测主体的身体。
基于头部方向的算法：第二种算法，仅适用于黑小鼠，基于基于身体的算法，此外还确定头部的方向性。该算法检测受试者头部与"刺激"区域的相互作用，从而避免因受试者与这些区域的随机接触而出现的误报。该算法定义了小鼠体轮廓的两个检测阈值：高阈值（包括黑鼠的较亮尾部）和低阈值，包括无尾体。此后，该算法使用较低的阈值将椭圆体拟合到检测到的边界，并定义鼠标头和尾部的位置（两者之间没有区别）。尾部和头部之间的最终区分基于较高阈值定义的边界。
有线动物算法：第三种算法旨在最大限度地减少与动物相连的电缆（即电线或光纤）产生的伪影，从而允许在连接到电缆时分析动物的行为。此算法仅对黑鼠和白鼠具有代码。大鼠的代码要求实验者定义低阈值和高阈值，而鼠标代码只需要低阈值。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Flea3 1.3 MP Mono USB3 Vision</td>
			<td>FLIR (formerly PointGrey)</td>
			<td>FL3-U3-13Y3M-C</td>
			<td>Monochromatic Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FlyCap 2.0</td>
			<td>FLIR (formerly PointGrey)</td>
			<td>FlyCapture 2.13.3.61X64</td>
			<td>Video recording software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Home 5 minute Epoxy glue</td>
			<td>Devocon</td>
			<td>20845</td>
			<td>For gluing the metal mesh to the Plexiglas stimuli chambers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab 2014-2019</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2014a - R2019a</td>
			<td>Programming environment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plexiglas boards (6 mm thickBlack or white)</td>
			<td>Melina (1990) LTD, Israel</td>
			<td>NaN</td>
			<td>For arena and stimuli chambers construction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red led strips (60 leds per meter) connected to a 12V power supply</td>
			<td>2012topdeal eBay supplier</td>
			<td>NaN</td>
			<td>For illumination of the acoustic chamber</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents

探索社会行为的神经生物学机制需要行为测试，可以以不偏不倚和独立于观察者的方式应用于动物模型。自千年伊始，三室测试被广泛用作评估小啮齿动物的社交性（社会偏好）和社会新奇偏好的标准范例。然而，此测试受到多重限制，包括其对空间导航的依赖和行为动力学的疏忽。这里介绍和验证的是一个新的实验系统，它提供了一个替代三室测试，同时也解决了它的一些警告。该系统需要一个简单且经济实惠的实验设备和公开可用的开源分析系统，该系统可在个人和人口层面自动测量和分析多个行为参数。它允许在任何社会歧视测试中详细分析小啮齿动物的行为动态。在成年雄性小鼠和大鼠进行的社会偏好和社会新奇偏好测试中，证明了系统在分析社会行为动态方面的效率。此外，我们验证系统在诸如胡须修剪等操作后揭示啮齿动物社会行为修正动态的能力。因此，该系统允许对小型啮齿动物模型中的社会行为和动态进行严格调查，并支持对菌株、条件和治疗进行更准确的比较。

在C57BL/6J小鼠中使用系统进行社会偏好测试 图 1显示了实验设置的三个版本。第一个版本（图1A-C）是为深色毛皮颜色的小鼠设计的，如C57BL/6J小鼠。第二个（图1D-F）计划用于毛皮颜色鲜艳的小鼠，如BALB/c或ICR（CD-1）小鼠。第三个较大（?...

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这里描述的是一种新型的自动化实验系统，它提供了三室测试的替代方案，并解决了几个注意事项。该系统提供多种行为参数，能够在社会偏好和社会新奇偏好测试中对小啮齿动物行为动态进行严格分析。

跟踪小啮齿动物社会偏好行为动态的系统

Exploring the neurobiological mechanisms of social behavior requires behavioral tests that can be applied to animal models in an unbiased and ...

探索社会行为的神经生物学机制需要行为测试，可以以公正和独立观察的方式应用于动物模型。我们的系统允许在小型啮齿动物模型中详细调查社会行为及其动力学，并支持菌株、条件和治疗之间的准确比较。这一制度可用于任何类型的社会歧视测试，例如区分男性和女性。此外，对受试者的尺寸没有限制。分析需要一些经验来选择最佳跟踪参数。对于新用户，我建议监视计算机屏幕上的跟踪，以便进行初始评估。在分析前至少一小时，将所有小鼠的家笼放在实验室中进行适应。在适应期结束时，在竞技场的两个相对角落插入两个空室进入竞技场。然后，在声学室内定位竞技场，将受热小鼠放在竞技场中间，进行15分钟的习惯。在此期间，将两只社会刺激小鼠放在竞技场外的不同房间中进行习惯。和一个5x5x5厘米的塑料玩具，具有独特的形状和颜色在另一个房间。若要执行 SP 测试，请开始使用摄像机进行录制。立即移除两个空室，将社会和对象刺激室放在习惯期间空的竞技场的角落。在停止录制之前，让受试者与刺激物进行五分钟的互动，然后从竞技场上去除含有腔室的刺激。然后，将主题留在空旷的竞技场上 15 分钟。要执行社交新奇偏好测试，请开始视频录制，并将包含与 SP 测试相同的社会刺激动物的腔室和包含新颖的社会刺激鼠标的腔室插入竞技场的两个角落，这些角未用于 SP 测试。允许受试者与刺激物互动五分钟，然后停止录制，将受试者和室从竞技场上移走。然后，用自来水和10%乙醇清洁竞技场和房间。要使用跟踪啮齿动物图形用户界面分析鼠标行为，请打开 MATLAB 并选择"轨道啮齿动物目录"，右键单击以选择"添加到路径、选定文件夹"和"子文件夹"以将所有子文件夹添加到工作路径。在命令窗口中输入 TrackRodent，然后按 Enter.选择"加载会话文件"以上载单个或多个视频文件。允许帧对视频剪辑进行帧检查的影片检查器将立即打开列表中的第一个文件。要检查其他视频文件，请单击"检查影片"以打开视频检查器，并随时选择感兴趣的特定视频文件。如有必要，选择测试的物种，然后单击"排除区域"以排除我根据主题和竞技场的颜色中断跟踪的所有区域。要将每个室定义为一个刺激区域，以便由主体自动检测其调查，请选中多边形或椭圆框，然后单击"刺激 X"以允许标记刺激区域。然后，从列表中选择所需的算法，并在相应的编辑框中输入分析的起始帧和结束帧编号。要评估给定阈值的主题边框的自动检测，请输入相关阈值字段中的值，然后按 Enter。要开始所有选定文件的行为分析，请移动到第一个文件，然后单击"开始"。找到正确的阈值至关重要，需要经验。建议新用户使用非快速算法并在线监视分析，以确保它们正常工作。在分析结束时，将保存电影文件同一目录中每个影片的结果文件。要检查每个影片文件的结果，请单击"加载结果文件"并选择行为分析生成的 MAT 文件。在切换按钮之间移动以检查鼠标位置跟踪、沿会话的刺激探索和总刺激探索时间。对于 MATLAB 中的 TrackRodent 文件夹中的人口分析，请在命令窗口中输入"跟踪数据填充摘要"作为一个词。单击"输入"并选择"结果文件"以上载多个 TrackRodent 结果文件。填写最后一帧的数字进行分析、测试名称、刺激一个名称和刺激两个名称，然后从可选列表中为所需的分析选择所有适当的框。选中"导出"框可将结果提取到单个文件中的电子表格。然后，单击"开始"并等待程序在状态行中报告分析参数和数据已保存。在这个实验中，受试者对两种刺激中每个刺激人群的均总调查时间描述了受试者对社会刺激的明显偏好。在整个会议期间，这一主题维持了社会偏好，尽管该偏好在届会初期似乎略强。除了总调查时间外，每种刺激的调查时间还可以根据回合的持续时间分为短、中、长回合。正如所观察到的，短回合中的刺激之间没有区别，而中长回合表现出明显的社会偏好，这表明在C57黑色6J小鼠短回合中反映了好奇心，而长回合反映了主体与刺激之间的相互作用。此外，在测试过程中，可以针对所有受试者群体生成针对社会刺激和对象的热图，并绘制对回合持续时间进行编码的颜色。重要的是，受试者从一种刺激到另一个刺激的转换速率在测试前两分钟是最高的，然后逐渐下降。随着时间的推移，平均过渡率的分布也很明显。此方法可用于任何连接到电生理记录或光遗传学刺激系统的鼠标。为此，我们使用一种特殊的算法。我们的系统目前被全球多个实验室用于需要小型啮齿动物跟踪的各种范例。它可用于评估任何歧视测试中的行为动态。

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