Name: a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents
Uploaded: 2019-11-21T14:00:00
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この研究は、ヒューマンフロンティア科学プログラム(HFSP助成金RGP0019/2015)、イスラエル科学財団(ISF助成金#1350/12、1361/17)、ミルグロム財団、イスラエル科学技術宇宙省(grant #3-12068)によって支援されました。

記載されているすべての方法は、ハイファ大学の制度動物管理利用委員会(IACUC)によって承認されています。
1. 実験的なセットアップ
<ol><li>
アリーナ
	<ol>
<li>マウス用の実験場(図1A,D)を、白または黒(動物の色に応じて)プレキシガラスボックス(37 cm x 22 cm x 35 cm)を音響室の中央に置いて構築します(60 cm x 65 cm x 80 cm、内側に?...

<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>

ここで説明する実験システムは、3チャンバ装置2、5の代替として設計されたが、その制限の一部を解決しながら、同じ試験の性能を可能にする。長方形アリーナの2つの反対側のコーナーに位置する三角形のチャンバーの使用は、被験者刺激相互作用領域を適切に定義された平面に制限し、調査行動の正確な自動分析を可能にします。1つの利点は、...

神経発達障害(NDD)の基礎となる生物学的メカニズムを明らかにすることは、神経科学1の分野における主要な課題の一つである。この課題に取り組むには、げっ歯類の行動を標準的かつ公平に表現する行動パラダイムと実験システムが必要です。Moyと同僚2によって10年以上前に発表された影響力のある研究は、3つのチャンバーテストを提示しました。それ以来、このテストはNDDのげっ歯類モデルにおける社会的行動を調査するために広く使用されている。このテストは、げっ歯類の2つの先天的傾向を評価する:1)物体に対する社会的刺激の近接にとどまる(社交性、社会的嗜好[SP]とも呼ばれる)、および2)身近な1つよりも新しい社会的刺激の近接性を好む(社会的新規性好み[SNP])3、4。いくつかの後続の研究は、コンピュータ化された方法5、6を使用して3チャンバー試験の自動分析の方法を示唆した。
このテストはまだいくつかの注意事項に苦しんでいます。第一に、主に社会的刺激と直接相互作用する被験者の動機ではなく、社会的な場所の好みを調べるが、一部のグループは、手動で7、または商用コンピュータ化されたシステム8、9、10を使用して嗅覚調査(スニッフィング)時間を測定する。第二に、3チャンバーテストは、主に各チャンバー内の被験者が費やした合計時間を測定するために使用され、それは行動ダイナミクスを無視します。最後に、それは社会的行動の1つの側面にのみ依存し、これは各チャンバ内の被験者が費やした時間(または測定された場合はスニッフィング時間)である。
ここでは、3室装置に代わる新しい手頃な価格の実験システムを紹介します。また、上記の注意事項を解決しながら、同じ動作テストのパフォーマンスを可能にします。提示された行動システムは、2つの刺激に向かってげっ歯類の調査行動を自動的かつ直接測定する。さらに、観察者に依存しない方法で行動ダイナミクスを分析します。さらに、このシステムは、複数の行動パラメータを測定し、個々のレベルと母集団レベルの両方でこれらを分析します。したがって、各テスト中の社会的行動とそのダイナミクスの厳密な分析をサポートします。さらに、様々なテスト段階の間にアリーナの反対側のコーナーのチャンバーのランダムな再配置は、空間メモリまたは好みの任意の効果を中和する。このシステムは、性差別などの他の差別テストにも使用できます。カスタム装置は簡単に製造でき、分析システムはオープンソースコードとして一般にアクセス可能であり、あらゆる実験室での使用を可能にします。我々は、社会的嗜好および社会的新規性嗜好試験の間に明確な毛皮の色を有するげっ歯類株における社会的行動の複数のパラメータを測定するこのシステムの能力を実証する。また、ウィスカートリミングなどの操作に続くげっ歯類の社会的行動の修正されたダイナミクスを明らかにするシステムの能力を検証します。
TrackRodentソフトウェア:3つのアルゴリズムは、実験対象とその刺激との相互作用を追跡するためにMATLAB(2014a-2019a)で書かれました。すべてのアルゴリズムは GitHub に寄託されました。すべての4つのアルゴリズムの主な目的は、刺激領域との直接接触を検出するために被験者の体の輪郭を追跡することです。
ボディベースのアルゴリズム:このアルゴリズムには、白い背景上のワイヤードされていない暗いマウスの輪郭を追跡する3つのバージョン(BlackMouseBodyBased)、暗い背景に白いマウス(WhiteMouseBodyBased)、または暗い背景の白いネズミ(WhiteRatBodyBased)があります。).ソフトウェアのグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) では、実験者がマウスまたはラットを使用して実験を選択し、正しいコードを選択する必要があります。アルゴリズムのバージョンごとに、分析の実行中に追跡プロセスを画面に表示するコードと、実行しないコード (高速実行され、「高速」と呼ばれます) の 2 つのオプション コードがあります。たとえば、BlackMouseBodyBased アルゴリズムに関連するコードの名前は、"BlackMouseBodyBased23_7_14" と "BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast" です。"fast" で終わるすべてのアルゴリズムはトラッキングをオンラインで表示せず、ユーザーはデータを結果ファイル (.mat ファイル) に直接保存する必要があります。すべての本文ベースのアルゴリズムでは、サブジェクトの本文を検出するために、単一のしきい値 (ソフトウェアの GUI の 「低しきい値」) を設定する必要があります。
頭方向ベースのアルゴリズム: 黒いマウスでのみ使用できる 2 番目のアルゴリズムは、頭部の方向性を決定することに加えて、ボディベースのアルゴリズムに基づいています。このアルゴリズムは、被験者の頭部と「刺激」領域との相互作用を検出し、被験者のランダムな接触から生じる誤検知を回避します。このアルゴリズムでは、マウス本体の輪郭の 2 つの検出しきい値が定義されます: 黒いマウスの明るい尾を含む高しきい値と、尾のない体を含む低しきい値。その後、アルゴリズムは、下限しきい値を使用して検出された境界に楕円体を適合させ、マウスの頭と尾の位置を定義します(2つの区別はありません)。尾と頭の間の最終的な判別は、より高いしきい値によって定義された境界に基づいています。
有線動物アルゴリズム:第3のアルゴリズムは、動物に接続されたケーブル(すなわち、電線または光ファイバ)から生じるアーティファクトを最小限に抑えることを目的とし、ケーブルに接続されている間の動物の行動の分析を可能にする。このアルゴリズムには、黒いマウスと白いラットのコードのみが含まれています。ラットのコードでは、実験者は低しきい値と高しきい値の両方を定義する必要がありますが、マウス コードでは低いしきい値のみを定義する必要があります。

<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

社会的行動の神経生物学的メカニズムを探索するには、公平で観察者に依存しない方法で動物モデルに適用できる行動テストが必要です。ミレニアムの初め以来、3室のテストは、小さなげっ歯類の社会性(社会的嗜好)と社会的新規性の好みを評価するための標準的なパラダイムとして広く使用されてきました。しかし、このテストは、空間ナビゲーションへの依存や行動ダイナミクスの過失など、複数の制限に苦しんでいます。ここで提示され、検証されたは、3つのチャンバーテストの代替を提供し、同時にその注意事項の一部を解決する新しい実験システムです。このシステムは、シンプルで手頃な価格の実験装置と、一般に公開されているオープンソース分析システムを必要とし、個々および人口レベルで複数の行動パラメータを自動的に測定および分析します。これは、任意の社会的差別テスト中に小さなげっ歯類の行動ダイナミクスの詳細な分析を可能にします。成人男性マウスやラットが行う社会的嗜好や社会的新規性嗜好試験における社会的行動のダイナミクスを分析するシステムの効率性を実証する。さらに、ウィスカートリミングなどの操作に続くげっ歯類の社会的行動の修正されたダイナミクスを明らかにするシステムの能力を検証します。したがって、システムは小さいげっ歯類モデルの社会的行動およびダイナミクスの厳密な調査を可能にし、株、条件および処置間のより正確な比較をサポートする。

C57BL/6Jマウスにおける社会的嗜好試験のためのシステムの使用 図 1は、実験セットアップの 3 つのバージョンを示しています。最初のバージョン(図1A-C)は、C57BL/6Jマウスのような暗い毛皮の色を持つマウス用に設計されています。2番目の(図1D-F)は、BALB/cまたはIC...

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ここで説明する新しい自動実験システムは、3チャンバーテストの代替を提供し、また、いくつかの注意事項を解決します。このシステムは、社会的嗜好および社会的新規性嗜好試験中に小さなげっ歯類の行動ダイナミクスの厳密な分析を可能にする複数の行動パラメータを提供する。

小げっ歯類における社会的嗜好行動のダイナミクスを追跡するシステム

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

社会的行動の神経生物学的メカニズムを探求するには、動物モデルに公平で観察者の独立した方法で適用できる行動検査が必要です。当社のシステムは、小さなげっ歯類モデルにおける社会的行動とそのダイナミクスの詳細な調査を可能にし、株、条件および治療間の正確な比較をサポートする。このシステムは、男女間の差別など、あらゆる種類の社会的差別試験に使用することができる。さらに、被験者のサイズに制限はありません。分析には、追跡に最適なパラメータを選択するための経験が必要です。新しいユーザーのために私は最初の評価のためにコンピュータ画面上の追跡を監視することをお勧めします。分析の少なくとも1時間前に、すべてのマウスのホームケージを順応のために実験室に入れる。順応期間の終わりに、アリーナの2つの反対側のコーナーでアリーナに2つの空の部屋を挿入します。次に、音響室内のアリーナを見つけ、被写体マウスをアリーナの中央に15分間居住させる。この期間中、2つの社会的刺激マウスを、慣れるためのアリーナの外にある異なる部屋に置きます。そして、別の部屋で明確な形状と色を持つ5x5x5センチメートルのプラスチック製のおもちゃ。SPテストを実行するには、ビデオカメラで録画を開始します。すぐに2つの空の部屋を取り外し、居住中に空だったアリーナの隅に社会的および物体の刺激室を置きます。被験者が記録を停止する前に5分間刺激と相互作用し、アリーナからチャンバーを含む刺激を取り除く。その後、15分間空のアリーナに被写体を残します。ソーシャルノベルティ嗜好テストを行うためにビデオ記録を開始し、SPテストに使用したのと同じ社会刺激動物を含むチャンバーと、SPテストに使用されなかったアリーナの2つのコーナーに新しい社会刺激マウスを含むチャンバーを挿入する。被験者が記録を停止し、アリーナから被験者とチャンバーを取り除く前に、被験者が5分間刺激と相互作用することを許可する。その後、流水と10%エタノールでアリーナとチャンバーをきれいにします。トラックげっ歯類グラフィックユーザーインターフェイスを使用してマウスの動作を解析するには、MATLABを開いて[げっ歯類の追跡ディレクトリ]を選択し、[パスに追加]、[選択したフォルダおよびサブフォルダ]を選択して、すべてのサブフォルダを作業パスに追加します。TrackRodent をコマンド ウィンドウに入力し、Enter キーを押します。ビデオクリップのフレームごとの検査を許可するムービーインスペクタは、リスト内の最初のファイルに対してすぐに開かれます。追加のビデオファイルを検査するには、[ムービーの検査] をクリックしてビデオインスペクタを開き、任意の時点で対象の特定のビデオファイルを選択します。必要に応じてテストした種を選択し、[除外領域]をクリックして、被写体とアリーナの色に応じてトラッキングを中断するすべての領域を除外します。各チャンバを被験者による調査の自動検出のための刺激領域として定義するには、多角形または楕円形のボックスをチェックし、刺激領域をマークできるように[刺激X]をクリックします。次に、リストから目的のアルゴリズムを選択し、対応する編集ボックスに解析の開始フレーム番号と終了フレーム番号を入力します。指定したしきい値のサブジェクト境界の自動検出を評価するには、関連するしきい値フィールドに値を入力し、Enter を押します。選択したすべてのファイルの動作分析を開始するには、最初のファイルに移動して[開始]をクリックします。適切なしきい値を見つけることは非常に重要であり、経験が必要です。新しいユーザーは、非高速アルゴリズムを使用し、オンラインで分析を監視して、適切に動作することを確認することをお勧めします。解析の最後に、ムービーファイルの同じディレクトリに各ムービーの結果ファイルが保存されます。各ムービー ファイルの結果を確認するには、[結果ファイルのロード] をクリックし、動作解析によって生成される MAT ファイルを選択します。トグルボタンの間を移動して、マウスの位置トレース、セッションに沿った刺激探査、総刺激探査時間を調べます。MATLAB のトラックロート フォルダーの人口分析の場合、コマンド ウィンドウに 1 つの単語として TrackRodentPopulationSummary を入力します。[Enter]をクリックし、[結果ファイル]を選択して、複数のTrackRodent結果ファイルをアップロードします。解析、テスト名、刺激1つの名前、刺激の2つの名前の最後のフレームの番号を入力し、オプションのリストから目的の分析に適切なボックスをすべて選択します。結果を単一のファイル内のスプレッドシートに抽出するには、[エクスポート]ボックスをオンにします。次に、[スタート] ボタンをクリックし、プログラムがステータスラインに分析パラメータとデータを保存するまで待ちます。本実験では、2つの刺激のそれぞれに対する被験者の集団の平均総調査時間は、社会的刺激に対する被験者の明確な好みを示している。社会的嗜好はセッションの早い段階でわずかに強く見えたが、セッションを通じて主題によって維持された。各刺激の調査時間は、総調査時間に加えて、短い、中型、長い試合に試合期間に従って分類することができます。観察されたように、短期発作の刺激は、ミディアムとロングの試合が明確な社会的嗜好を示している間に違いはなく、C57 Black 6Jマウスでは短い発作が好奇心を反映し、長い発作は被験者と刺激の相互作用を反映していることを示唆している。さらに、試験の過程での調査の熱地図は、試験の過程での社会的刺激と対象物に対して、バウト期間をコードする色を持つ被験者の全集団に対して生成することができる。重要なことに、被験者が1つの刺激から別の刺激に移行する速度は、徐々に減少する前に、テストの最初の2分間で最も高かった。同じ傾向は、時間の経過に対する平均遷移率の分布でも明らかでした。この方法は、電線による電気生理学的記録または光遺伝学的刺激系に接続された任意のマウスで使用することができる。このために、特別なアルゴリズムを使用します。当社のシステムは、小さなげっ歯類の追跡を必要とする様々なパラダイムのために、世界中のいくつかの研究所で現在使用されています。あらゆる差別テストにおいて行動力学を評価するために使用することができる。

Research

JoVE Journal

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