Name: a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents
Uploaded: 2019-11-21T14:00:00
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Ce travail a été soutenu par le Human Frontier Science Program (subvention HFSP RGP0019/2015), la Fondation des sciences israéliennes (subventions de l'ISF #1350/12, 1361/17), par la Fondation Milgrom et par le Ministère des sciences, de la technologie et de l'espace d'Israel (Grant #3-12068).

Toutes les méthodes décrites ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux (IACUC) de l'Université de Haïfa.
1. Mise en place expérimentale
<ol><li>
Arène
	<ol>
<li>Construire l'arène expérimentale pour les souris (Figure 1A,D) en plaçant une boîte en plexiglas blanche ou noire (selon la couleur de l'animal) (37 cm x 22 cm x 35 cm) au milieu d'une chambre acoustique (60 cm x ...

<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>

Le système expérimental décrit ici, qui a été conçu comme une alternative à l'appareil à trois chambres2,5, permet l'exécution des mêmes tests tout en résolvant certaines de ses limites. L'utilisation de chambres triangulaires, qui sont situées dans deux coins opposés de l'arène rectangulaire limite la zone d'interaction sujet-stimulus à un plan bien défini, permettant ainsi une analyse automatisée précise du comportement d'enquête. Un avantage...

Révéler les mécanismes biologiques sous-jacents aux troubles neurodéveloppementaux (NDD) est l'un des principaux défis dans le domaine des neurosciences1. Pour relever ce défi, il faut des paradigmes comportementaux et des systèmes expérimentaux qui caractérisent le comportement des rongeurs d'une manière standard et impartiale. Une étude influente publiée il y a plus de dix ans par Moy et ses collègues2 a présenté le test à trois chambres. Depuis lors, ce test a été largement utilisé pour étudier le comportement social dans les modèles de rongeurs de NDDs. Ce test évalue deux tendances innées des rongeurs : 1) rester à proximité d'un stimulus social sur un objet (sociabilité, également appelé préférence sociale [SP]), et 2) préférer la proximité d'un nouveau stimulus social à un stimulus social familier (préférence de nouveauté sociale [SNP])3,4. Plusieurs études ultérieures ont suggéré des méthodes d'analyse automatisée du test à trois chambres à l'aide de méthodes informatisées5,6.
Ce test souffre encore de plusieurs mises en garde. Tout d'abord, il examine principalement la préférence de lieu social plutôt que la motivation du sujet à interagir directement avec un stimulus social, bien que certains groupes mesurent également le temps d'investigation olfactive (sniffing), manuellement7 ou utilisant des systèmes informatisés commerciaux8,9,10. Deuxièmement, le critère à trois chambres est principalement utilisé pour mesurer le temps total passé par le sujet dans chaque chambre, et il néglige la dynamique comportementale. Enfin, il ne repose que sur un seul aspect du comportement social, qui est le temps passé par le sujet dans chaque chambre (ou le temps de reniflement, si mesuré).
Nous présentons ici un système expérimental novateur et abordable qui est une alternative à l'appareil à trois chambres. Il permet également la performance des mêmes tests comportementaux tout en résolvant les mises en garde mentionnées ci-dessus. Le système comportemental présenté mesure automatiquement et directement le comportement d'enquête d'un rongeur vers deux stimuli. En outre, il analyse la dynamique comportementale d'une manière indépendante de l'observateur. En outre, ce système mesure plusieurs paramètres comportementaux et les analyse à la fois au niveau individuel et au niveau de la population; ainsi, il soutient une analyse rigoureuse du comportement social et de sa dynamique lors de chaque test. En outre, le repositionnement aléatoire des chambres dans les coins opposés de l'arène au cours des différentes étapes d'essai neutralise tous les effets de la mémoire ou de la préférence spatiale. Ce système peut également être utilisé pour d'autres tests de discrimination, tels que la discrimination sexuelle. L'appareil personnalisé est facile à produire, et le système d'analyse est accessible au public en tant que code open-source, permettant ainsi son utilisation dans n'importe quel laboratoire. Nous démontrons la capacité de ce système à mesurer de multiples paramètres de comportement social dans les souches de rongeurs avec des couleurs de fourrure distinctes au cours des tests de préférence sociale et de préférence de nouveauté sociale. Nous validons également la capacité du système à révéler la dynamique modifiée du comportement social chez les rongeurs suite à des manipulations, telles que la coupe des moustaches.
Logiciel TrackRodent : trois algorithmes ont été écrits en MATLAB (2014a-2019a) pour suivre le sujet expérimental et ses interactions avec les stimuli. Tous les algorithmes ont été déposés dans GitHub, trouvé à l'article https://github.com/shainetser/TrackRodent.gt;. L'objectif principal des quatre algorithmes est de suivre les contours du corps du sujet pour détecter tout contact direct avec les zones de stimuli.
Algorithme basé sur le corps : cet algorithme a trois versions qui suivent les contours d'une souris foncée non câblée sur un fond blanc (BlackMouseBodyBased), une souris blanche sur un fond sombre (WhiteMouseBodyBased), ou un rat blanc sur un fond sombre (WhiteRatBodyBased ). L'interface utilisateur graphique (GUI) du logiciel exige que l'expérimentateur choisisse une expérience en utilisant des souris ou des rats et sélectionne ensuite le code correct. Pour chaque version de l'algorithme, il existe deux codes optionnels : l'un qui présente le processus de suivi à l'écran pendant qu'il effectue l'analyse, et l'autre qui ne fonctionne pas (d'où, il s'exécute plus rapidement et est appelé «rapide»). Par exemple, les noms des codes pertinents pour l'algorithme BlackMouseBodyBased sont : « BlackMouseBodyBased23_7_14 » et « BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast ». Tous les algorithmes se terminant par "rapide" ne montrent pas le suivi en ligne, et les utilisateurs doivent enregistrer directement les données dans le fichier des résultats (fichier.mat). Tous les algorithmes basés sur le corps nécessitent la définition d'un seuil unique (« seuil bas » dans l'interface graphique du logiciel) pour détecter le corps du sujet.
Algorithme basé sur la direction de la tête : le deuxième algorithme, qui n'est disponible que pour les souris noires, est basé sur l'algorithme basé sur le corps, en plus de déterminer la directionnalité de la tête. Cet algorithme détecte les interactions de la tête du sujet avec les zones de "stimuli", évitant ainsi les faux positifs qui peuvent résulter de contacts aléatoires du sujet avec ces zones. Pour cet algorithme, deux seuils de détection des contours du corps de la souris sont définis : seuil élevé, qui comprend la queue plus brillante des souris noires, et seuil bas, qui inclut le corps sans queue. Par la suite, l'algorithme s'adapte à un ellipsoïde aux limites détectées en utilisant le seuil inférieur et définit l'emplacement de la tête et de la queue de la souris (sans distinction entre les deux). La discrimination finale entre la queue et la tête est basée sur les limites définies par le seuil plus élevé.
Algorithme animal filaire : le troisième algorithme vise à minimiser les artefacts résultant de câbles (c.-à-d. fils électriques ou fibres optiques) connectés à l'animal, permettant d'analyser le comportement de l'animal lorsqu'il est connecté à un câble. Cet algorithme a des codes uniquement pour les souris noires et les rats blancs. Le code pour les rats exige que l'expérimentateur définisse à la fois des seuils bas et élevés, tandis que le code de souris ne nécessite qu'un seuil bas.

<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

L'exploration des mécanismes neurobiologiques du comportement social nécessite des tests comportementaux qui peuvent être appliqués à des modèles animaux d'une manière impartiale et indépendante des observateurs. Depuis le début du millénaire, le test à trois chambres a été largement utilisé comme paradigme standard pour évaluer la sociabilité (préférence sociale) et la préférence de nouveauté sociale chez les petits rongeurs. Cependant, ce test souffre de multiples limitations, y compris sa dépendance à la navigation spatiale et la négligence de la dynamique comportementale. Présenté et validé ici est un nouveau système expérimental qui offre une alternative à l'essai à trois chambres, tout en résolvant certaines de ses mises en garde. Le système nécessite un appareil expérimental simple et abordable et un système d'analyse open source accessible au public, qui mesure et analyse automatiquement plusieurs paramètres comportementaux aux niveaux individuel et de la population. Il permet une analyse détaillée de la dynamique comportementale des petits rongeurs lors de tout test de discrimination sociale. Nous démontrons l'efficacité du système en analysant la dynamique du comportement social pendant les tests de préférence sociale et de préférence de nouveauté sociale tels qu'exécutés par les souris et les rats mâles adultes. En outre, nous validons la capacité du système à révéler la dynamique modifiée du comportement social chez les rongeurs suite à des manipulations telles que la coupe des moustaches. Ainsi, le système permet une étude rigoureuse du comportement social et de la dynamique dans les petits modèles de rongeurs et soutient des comparaisons plus précises entre les souches, les conditions et les traitements.

Utilisation du système pour le test de préférence sociale chez les souris C57BL/6J La figure 1 montre trois versions de la configuration expérimentale. La première version (Figure 1A-C) est conçue pour les souris aux couleurs de fourrure foncées, telles que les souris C57BL/6J. La seconde (Figure 1D-F) est prévue pour les souris aux couleu...

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Décrit ici est un nouveau système expérimental automatisé qui offre une alternative au test à trois chambres et résout également plusieurs mises en garde. Ce système fournit de multiples paramètres comportementaux qui permettent une analyse rigoureuse de la dynamique comportementale des petits rongeurs lors des tests de préférence sociale et de préférence de nouveauté sociale.

Un système de suivi de la dynamique du comportement de préférence sociale chez les petits rongeurs

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

L’exploration des mécanismes neurobiologiques du comportement social nécessite des tests comportementaux qui peuvent être appliqués aux modèles animaux d’une manière impartiale et indépendante observateur. Notre système permet une étude détaillée des comportements sociaux et de leur dynamique dans les modèles de petits rongeurs et prend en charge des comparaisons précises entre les souches, les conditions et les traitements. Ce système peut être utilisé pour tout type de tests de discrimination sociale, tels que la discrimination entre les hommes et les femmes.En outre, il n’y a pas de limites à la taille des sujets. L’analyse nécessite une certaine expérience pour sélectionner les paramètres optimaux pour le suivi. Pour les nouveaux utilisateurs, je recommande de surveiller le suivi sur l’écran de l’ordinateur pour l’évaluation initiale.Au moins une heure avant l’analyse placer les cages domestiques de toutes les souris dans la salle expérimentale pour l’aclimation. À la fin de la période d’acclimation insérer deux chambres vides dans l’arène à deux coins opposés de l’arène. Ensuite, localisez l’arène dans la chambre acoustique et placez les souris sujettes au milieu de l’arène pendant 15 minutes d’accoutumabilité.Pendant cette période, placez les deux souris stimuli sociaux dans différentes chambres situées à l’extérieur de l’arène pour l’accoutumabilité. Et un jouet en plastique de 5x5x5 centimètres avec une forme et une couleur distinctes dans une autre chambre. Pour effectuer le test SP, commencez à enregistrer avec une caméra vidéo.Retirez immédiatement les deux chambres vides et placez les chambres de stimuli sociaux et d’objets dans les coins de l’arène qui avaient été vides pendant l’accoutumabilité. Permettre aux sujets d’interagir avec les stimuli pendant cinq minutes avant d’arrêter l’enregistrement, et en supprimant les stimuli contenant des chambres de l’arène. Ensuite, laissez le sujet dans l’arène vide pendant 15 minutes.Pour effectuer un test de préférence de nouveauté sociale commencer l’enregistrement vidéo, et insérer la chambre contenant les mêmes animaux de stimulus social que utilisé pour le test SP et la chambre contenant la nouvelle souris stimulus social dans les deux coins de l’arène qui n’ont pas été utilisés pour le test SP. Permettre aux sujets d’interagir avec les stimuli pendant cinq minutes avant d’arrêter l’enregistrement et de retirer les sujets et les chambres de l’arène. Ensuite, nettoyez l’aréna et les chambres avec de l’eau courante et 10 % d’éthanol.Pour utiliser l’interface utilisateur graphique des rongeurs de piste pour analyser le comportement de la souris, ouvrez MATLAB et choisissez l’annuaire des rongeurs de piste, cliquez à droite pour sélectionner Ajouter au chemin, dossiers sélectionnés et sous-foldeurs pour ajouter tous les sous-folders au chemin de travail. Entrez TrackRodent dans la fenêtre de commande et appuyez sur Entrez. Sélectionnez le fichier de session de charge pour télécharger des fichiers vidéo simples ou multiples.Un inspecteur de film qui permet une inspection image par image du clip vidéo sera immédiatement ouvert pour le premier fichier de la liste. Pour inspecter d’autres fichiers vidéo, cliquez sur Inspect Movie pour ouvrir l’inspecteur vidéo et sélectionner un fichier vidéo d’intérêt spécifique à tout moment. Sélectionnez l’espèce testée si nécessaire et cliquez sur Exclure la zone pour exclure toutes les zones que j’interromps le suivi en fonction des couleurs du sujet et de l’arène.Pour définir chaque chambre comme une zone de stimulus pour la détection automatique de son enquête par le sujet, cochez le polygone ou la boîte elliptique et cliquez sur Stimulus X pour permettre aux zones de stimulus d’être marquées. Ensuite, sélectionnez l’algorithme désiré dans la liste et entrez les numéros d’image de départ et de fin pour l’analyse dans les boîtes de modification correspondantes. Pour évaluer la détection automatique des bordures du sujet pour un seuil donné, entrez une valeur dans le champ de seuil pertinent et appuyez sur Entrez.Pour commencer une analyse comportementale de tous les fichiers sélectionnés, passez au premier fichier et cliquez sur Démarrer. Trouver le bon seuil est essentiel et exige de l’expérience. Il est recommandé aux nouveaux utilisateurs d’utiliser les algorithmes non rapides et de surveiller l’analyse en ligne pour s’assurer qu’ils fonctionnent correctement.À la fin de l’analyse, un fichier de résultats sera enregistré pour chaque film dans le même répertoire des fichiers de films. Pour inspecter les résultats de chaque fichier de film cliquez sur Load Results File et sélectionnez les fichiers MAT générés par l’analyse comportementale. Déplacez-vous entre les boutons de bascule pour examiner la trace de localisation de la souris, l’exploration des stimuli le long de la session et le temps total d’exploration des stimuli.Pour l’analyse de la population dans le dossier TrackRodent dans MATLAB entrer TrackRodentPopulationSummary comme un mot dans la fenêtre de commande. Cliquez sur Entrez et choisissez les fichiers de résultats pour télécharger plusieurs fichiers de résultats TrackRodent. Remplissez les numéros du dernier cadre pour l’analyse, le nom du test, stimulus un nom, et stimulus deux noms et sélectionnez toutes les cases appropriées pour les analyses souhaitées à partir de la liste facultative.Cochez la case Export pour extraire les résultats sur une feuille de calcul dans un seul fichier. Ensuite, cliquez sur Démarrer et attendre que le programme signale dans la ligne d’état les paramètres d’analyse et les données ont été enregistrées. Dans cette expérience, le temps moyen d’investigation total de la population de sujets vers chacun des deux stimuli dépeint une nette préférence des sujets vers le stimulus social.La préférence sociale a été maintenue par le sujet tout au long de la session, bien que la préférence semblait légèrement plus forte au début de la session. Le temps d’enquête pour chaque stimulus peut être classé en fonction de la durée du combat en combats courts, moyens et longs en plus du temps total d’enquête. Comme observé, il n’y avait aucune différence entre les stimuli dans les combats courts tandis que les combats moyens et longs ont montré des préférences sociales claires, suggérant que dans C57 Noir 6J souris combats courts reflètent la curiosité, tandis que de longs combats reflètent une interaction entre le sujet et les stimuli.En outre, des cartes thermiques des épisodes d’enquête vers le stimulus social et l’objet au cours de l’essai peuvent être générées pour l’ensemble de la population de sujets avec les couleurs codant la durée du combat. Fait important, le taux de transitions effectuées par les sujets d’un stimulus à l’autre a été le plus élevé au cours des deux premières minutes du test avant de diminuer progressivement. La même tendance était évidente dans la répartition du taux de transition moyen au fil du temps.Cette méthode peut être utilisée avec n’importe quelle souris connectée à l’enregistrement électrophysiologique ou aux systèmes optogénétiques stimulants par un fil. Pour cela, nous utilisons un algorithme spécial. Notre système est actuellement utilisé par plusieurs laboratoires dans le monde entier pour divers paradigmes nécessitant un suivi des petits rongeurs.Il peut être utilisé pour évaluer la dynamique comportementale dans n’importe quel test de discrimination.

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