Name: a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents
Uploaded: 2019-11-21T14:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto da The Human Frontier Science Program (HFSP grant RGP0019/2015), Israel Science Foundation (ISF grants #1350/12, 1361/17), dalla Fondazione Milgrom e dal Ministero della Scienza, Tecnologia e Spazio di Israele (Grant #3-12068).

Tutti i metodi descritti sono stati approvati dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (IACUC) dell'Università di Haifa.
1. Configurazione sperimentale
<ol><li>
Arena
	<ol>
<li>Costruire l'arena sperimentale per i topi (Figura 1A,D) posizionando una scatola di plexiglass bianca o nera (a seconda del colore dell'animale) in plexiglass (37 cm x 22 cm x 35 cm) al centro di una camera acustica (60 cm x 65 cm x 8...

<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>

Il sistema sperimentale qui descritto, che è stato progettato come alternativa all'apparato a tre camere2,5, consente di eseguire gli stessi test risolvendo alcuni dei suoi limiti. L'uso di camere triangolari, che si trovano in due angoli opposti dell'arena rettangolare, limita l'area di interazione soggetto-stimolo a un piano ben definito, consentendo così un'analisi automatizzata precisa del comportamento dell'indagine. Un vantaggio è l'uso del software di a...

Rivelare i meccanismi biologici alla base dei disturbi del neurosviluppo (NDD) è una delle principali sfide nel campo delle neuroscienze1. Affrontare questa sfida richiede paradigmi comportamentali e sistemi sperimentali che caratterizzano il comportamento dei roditori in modo standard e imparziale. Uno studio influente pubblicato più di dieci anni fa da Moy e colleghi2 ha presentato il test a tre camere. Da allora, questo test è stato ampiamente utilizzato per studiare il comportamento sociale nei modelli di roditori di NDD. Questo test valuta due tendenze innate dei roditori: 1) a rimanere in prossimità di uno stimolo sociale rispetto a un oggetto (società, anche definito preferenza sociale [SP]), e 2) a preferire la vicinanza di un nuovo stimolo sociale a uno familiare (preferenza di novità sociale [SNP])3,4. Diversi studi successivi hanno suggerito metodi di analisi automatizzata del test a tre camere utilizzando metodi computerizzati5,6.
Questo test soffre ancora di diversi avvertimenti. In primo luogo, esamina principalmente la preferenza sociale del luogo piuttosto che la motivazione del soggetto a interagire direttamente con uno stimolo sociale, anche se alcuni gruppi misurano anche il tempo di indagine olfattiva (sniffing), sia manualmente7 o utilizzando sistemi commerciali computerizzati8,9,10. In secondo luogo, il test a tre camere viene utilizzato principalmente per misurare il tempo totale impiegato dal soggetto in ogni camera e trascura le dinamiche comportamentali. Infine, si basa su un solo aspetto del comportamento sociale, che è il tempo trascorso dal soggetto in ogni camera (o il tempo di sniffing, se misurato).
Qui presentiamo un nuovo e conveniente sistema sperimentale che è un'alternativa all'apparato a tre camere. Permette anche le prestazioni degli stessi test comportamentali mentre risolve gli avvertimenti di cui sopra. Il sistema comportamentale presentato misura automaticamente e direttamente il comportamento investigativo di un roditore verso due stimoli. Inoltre, analizza le dinamiche comportamentali in modo indipendente dall'osservatore. Inoltre, questo sistema misura più parametri comportamentali e li analizza sia a livello individuale che di popolazione; supporta quindi un'analisi rigorosa del comportamento sociale e delle sue dinamiche durante ogni test. Inoltre, il riposizionamento casuale delle camere negli angoli opposti dell'arena durante le varie fasi di prova neutralizza eventuali effetti della memoria spaziale o della preferenza. Questo sistema può essere utilizzato anche per altri test di discriminazione, come la discriminazione sessuale. L'apparato personalizzato è facile da produrre e il sistema di analisi è accessibile al pubblico come codice open source, consentendone così l'uso in qualsiasi laboratorio. Dimostriamo la capacità di questo sistema di misurare più parametri del comportamento sociale in ceppi di roditori con colori di pelliccia distinti durante i test di preferenza sociale e di preferenza di novità sociale. Convalidiamo anche la capacità del sistema di rivelare dinamiche modificate del comportamento sociale nei roditori che seguono manipolazioni, come il taglio dei baffi.
Software TrackRodent: sono stati scritti tre algoritmi in MATLAB (2014a-2019a) per tracciare il soggetto sperimentale e le sue interazioni con gli stimoli. Tutti gli algoritmi sono stati depositati in GitHub, trovato all'indirizzo <https://github.com/shainetser/TrackRodent>. L'obiettivo principale di tutti e quattro gli algoritmi è quello di monitorare i contorni del corpo del soggetto per rilevare qualsiasi contatto diretto con le aree di stimoli.
Algoritmo basato sul corpo: questo algoritmo ha tre versioni che tengono traccia dei contorni di un mouse scuro non cablato su uno sfondo bianco (BlackMouseBodyBased), un mouse bianco su uno sfondo scuro (WhiteMouseBodyBased) o un ratto bianco su uno sfondo scuro (WhiteRatBodyBased ). L'interfaccia utente grafica (GUI) del software richiede che lo sperimentatore scelga un esperimento utilizzando mouse o ratti e quindi seleziona il codice corretto. Per ogni versione dell'algoritmo, ci sono due codici opzionali: uno che presenta il processo di tracciamento sullo schermo mentre esegue l'analisi e uno che non lo fa (quindi, viene eseguito più velocemente e viene definito "veloce"). Ad esempio, i nomi dei codici rilevanti per l'algoritmo BlackMouseBodyBased sono: "BlackMouseBodyBased23_7_14" e "BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast". Tutti gli algoritmi che terminano con "veloce" non mostrano il rilevamento online e gli utenti devono salvare direttamente i dati nel file dei risultati (file .mat). Tutti gli algoritmi basati sul corpo richiedono l'impostazione di una singola soglia ("soglia bassa" nella GUI del software) per rilevare il corpo del soggetto.
Algoritmo basato sulla direzionalità della testa: il secondo algoritmo, disponibile solo per i topi neri, si basa sull'algoritmo basato sul corpo, oltre a determinare la direzionalità della testa. Questo algoritmo rileva le interazioni della testa del soggetto con le aree "stimoli", evitando così falsi positivi che possono derivare da contatti casuali del soggetto' con queste aree. Per questo algoritmo, vengono definite due soglie di rilevamento dei contorni del corpo del mouse: soglia alta, che include la coda più luminosa dei topi neri, e soglia bassa, che include il corpo senza coda. Successivamente, l'algoritmo adatta un ellissoide ai limiti rilevati utilizzando la soglia inferiore e definisce la posizione della testa e della coda del mouse (senza distinzione tra i due). La discriminazione finale tra la coda e la testa si basa sui confini definiti dalla soglia più alta.
Algoritmo animale cablato: il terzo algoritmo mira a ridurre al minimo gli artefatti derivanti da cavi (ad esempio, cavi elettrici o fibre ottiche) collegati all'animale, consentendo l'analisi del comportamento dell'animale mentre è collegato a un cavo. Questo algoritmo ha codici solo per topi neri e ratti bianchi. Il codice per i ratti richiede che lo sperimentatore definisca le soglie basse e alte, mentre il codice del mouse richiede solo una soglia bassa.

<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

Esplorare i meccanismi neurobiologici del comportamento sociale richiede test comportamentali che possono essere applicati ai modelli animali in modo imparziale e indipendente dall'osservatore. Dall'inizio del millennio, il test a tre camere è stato ampiamente utilizzato come paradigma standard per valutare la socialità (preferenza sociale) e la preferenza di novità sociale nei piccoli roditori. Tuttavia, questo test soffre di molteplici limitazioni, tra cui la sua dipendenza dalla navigazione spaziale e la negligenza delle dinamiche comportamentali. Presentato e convalidato qui è un nuovo sistema sperimentale che offre un'alternativa al test a tre camere, risolvendo anche alcuni dei suoi avvertimenti. Il sistema richiede un apparato sperimentale semplice e conveniente e un sistema di analisi open source disponibile al pubblico, che misura e analizza automaticamente più parametri comportamentali a livello individuale e di popolazione. Permette un'analisi dettagliata delle dinamiche comportamentali dei piccoli roditori durante qualsiasi test di discriminazione sociale. Dimostriamo l'efficienza del sistema nell'analisi delle dinamiche del comportamento sociale durante i test di preferenza sociale e di preferenza di social novella eseguiti da topi maschi adulti e ratti. Inoltre, convalidiamo la capacità del sistema di rivelare dinamiche modificate del comportamento sociale nei roditori a seguito di manipolazioni come il taglio baffo. Così, il sistema consente un'indagine rigorosa del comportamento sociale e delle dinamiche in piccoli modelli di roditori e supporta confronti più accurati tra ceppi, condizioni e trattamenti.

Utilizzo del sistema per il test di preferenza sociale nei topi C57BL/6J La figura 1 mostra tre versioni dell'impostazione sperimentale. La prima versione (Figura 1A-C) è progettata per topi con colori di pelliccia scura, come i topi C57BL/6J. Il secondo (Figura 1D-F) è previsto per i topi con colori brillanti della pelliccia, come i topi BALB/c...

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Descritto qui è un nuovo sistema sperimentale automatizzato che offre un'alternativa al test a tre camere e risolve anche diversi avvertimenti. Questo sistema fornisce più parametri comportamentali che consentono un'analisi rigorosa delle piccole dinamiche comportamentali dei roditori durante i test di preferenza sociale e di preferenza di social novella.

Un sistema per tenere traccia delle dinamiche del comportamento delle preferenze sociali nei piccoli roditori

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

Esplorare i meccanismi neurobiologici del comportamento sociale richiede test comportamentali che possono essere applicati a modelli animali in modo imparziale e indipendente dall'osservatore. Il nostro sistema consente un'indagine dettagliata dei comportamenti sociali e delle loro dinamiche in piccoli modelli di roditori e supporta confronti accurati tra ceppi, condizioni e trattamenti. Questo sistema può essere utilizzato per qualsiasi tipo di test di discriminazione sociale, come la discriminazione tra maschi e femmine.Inoltre, non ci sono limiti alle dimensioni dei soggetti. L'analisi richiede una certa esperienza per la selezione dei parametri ottimali per il tracciamento. Per i nuovi utenti consiglio di monitorare il tracciamento sullo schermo del computer per la valutazione iniziale.Almeno un'ora prima dell'analisi posizionare le gabbie di casa di tutti i topi nella stanza sperimentale per l'acclimatazione. Alla fine del periodo di acclimatazione inserire due camere vuote nell'arena in due angoli opposti dell'arena. Quindi, individuare l'arena all'interno della camera acustica e posizionare i topi soggetti al centro dell'arena per 15 minuti di assuazione.Durante questo periodo, posizionare i due topi stimoli sociali in diverse camere situate al di fuori dell'arena per l'assunzione. E un giocattolo di plastica di 5x5x5 centimetri con una forma e un colore distinti in un'altra camera. Per eseguire il test SP, iniziare a registrare con una videocamera.Rimuovere immediatamente le due camere vuote e posizionare le camere di stimolo sociale e oggetto negli angoli dell'arena che erano state vuote durante l'assuazione. Consentire ai soggetti di interagire con gli stimoli per cinque minuti prima di interrompere la registrazione e rimuovere gli stimoli contenenti camere dall'arena. Quindi, lascia il soggetto nell'arena vuota per 15 minuti.Per eseguire un test di preferenza di novità sociale avviare la registrazione video e inserire la camera contenente gli stessi animali di stimolo sociale utilizzati per il test SP e la camera contenente il nuovo topo di stimolo sociale nei due angoli dell'arena che non sono stati utilizzati per il test SP. Consentire ai soggetti di interagire con gli stimoli per cinque minuti prima di interrompere la registrazione e rimuovere i soggetti e le camere dall'arena. Quindi, pulire l'arena e le camere con acqua corrente e 10% di etanolo.Per utilizzare l'interfaccia utente grafica del roditore traccia per analizzare il comportamento del mouse, aprire MATLAB e scegliere traccia directory roditori, fare clic con il pulsante destro del mouse per selezionare Aggiungi a percorso, Cartelle selezionate e sottocartelle per aggiungere tutte le sottocartelle al percorso di lavoro. Immettere TrackRodent nella finestra di comando e premere INVIO. Selezionare Carica file di sessione per caricare file video singoli o multipli.Un ispettore filmato che consente un'ispezione fotogramma per fotogramma del video clip verrà immediatamente aperto per il primo file nell'elenco. Per ispezionare altri file video, fare clic su Ispeziona filmato per aprire la finestra di ispezione video e selezionare un file video specifico di interesse in qualsiasi momento. Selezionare le specie testate se necessario e fare clic su Escludi area per escludere tutte le aree che interrompo il tracciamento in base ai colori del soggetto e dell'arena.Per definire ogni camera come area di stimolo per il rilevamento automatico della sua indagine da parte del soggetto, controllare il poligono o la casella ellittica e fare clic su Stimolo X per consentire di marcare le aree di stimolo. Quindi, selezionare l'algoritmo desiderato dall'elenco e immettere i numeri di fotogramma iniziale e finale per l'analisi nelle caselle di modifica corrispondenti. Per valutare il rilevamento automatico dei bordi dell'oggetto per una determinata soglia, immettere un valore nel campo soglia pertinente e premere INVIO.Per avviare un'analisi comportamentale di tutti i file selezionati, passare al primo file e fare clic sul pulsante Start. Trovare la soglia giusta è fondamentale e richiede esperienza. Si consiglia ai nuovi utenti di utilizzare gli algoritmi non veloci e monitorare l'analisi online per assicurarsi che funzionino correttamente.Al termine dell'analisi verrà salvato un file dei risultati per ogni filmato nella stessa directory dei file filmato. Per esaminare i risultati di ogni file filmato, fate clic su Carica file risultati (Load Results File) e selezionate i file MAT generati dall'analisi comportamentale. Spostarsi tra i pulsanti di attivazione/disattivazione per esaminare la traccia della posizione del mouse, l'esplorazione degli stimoli lungo la sessione e il tempo totale di esplorazione degli stimoli.Per l'analisi della popolazione nella cartella TrackRodent in MATLAB, immettete TrackRodentPopulationSummary come una parola nella finestra di comando. Fare clic su Invio e scegliere File risultati per caricare più file di risultati TrackRodent. Compilare i numeri dell'ultimo fotogramma per l'analisi, il nome del test, lo stimolo di un nome e lo stimolo di due nomi e selezionare tutte le caselle appropriate per le analisi desiderate dall'elenco facoltativo.Selezionare la casella Esporta per estrarre i risultati in un foglio di calcolo in un singolo file. Quindi, fare clic sul pulsante Start e attendere che i report del programma nella riga di stato, i parametri di analisi e i dati siano stati salvati. In questo esperimento, il tempo medio totale di indagine della popolazione di soggetti verso ciascuno dei due stimoli rappresenta una chiara preferenza dei soggetti verso lo stimolo sociale.La preferenza sociale è stata mantenuta dall'argomento per tutta la sessione, anche se la preferenza è sembrata leggermente più forte all'inizio della sessione. Il tempo di indagine per ogni stimolo può essere classificato in base alla durata dell'incontro in incontri brevi, medi e lunghi oltre al tempo totale di indagine. Come osservato, non c'era differenza tra gli stimoli nei brevi incontri mentre gli incontri medi e lunghi mostravano chiare preferenze sociali, suggerendo che nei topi C57 Black 6J gli attacchi brevi riflettono la curiosità, mentre i lunghi incontri riflettono un'interazione tra il soggetto e gli stimoli.Inoltre, le mappe di calore degli attacchi di indagine verso lo stimolo sociale e l'oggetto durante il corso del test possono essere generate per l'intera popolazione di soggetti con i colori che codificano la durata dell'incontro. È importante sottolineare che il tasso di transizioni effettuate dai soggetti da uno stimolo all'altro è stato più alto durante i primi due minuti del test prima di diminuire gradualmente. La stessa tendenza si è manifestata nella distribuzione del tasso medio di transizione nel tempo.Questo metodo può essere utilizzato con qualsiasi mouse collegato alla registrazione elettrofisiologia o ai sistemi stimolanti optogenetici da un filo. Per questo, usiamo un algoritmo speciale. Il nostro sistema è attualmente in uso da diversi laboratori in tutto il mondo per vari paradigmi che richiedono il tracciamento di piccoli roditori.Può essere utilizzato per valutare le dinamiche comportamentali in qualsiasi test di discriminazione.

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