Name: a system for tracking the dynamics of social preference behavior in small rodents
Uploaded: 2019-11-21T14:00:00
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Este trabalho contou com o apoio do Programa de Ciência da Fronteira Humana (HFSP conceder RGP0019/2015), à Israel Science Foundation (ISF concede #1350/12, 1361/17), pela Fundação Milgrom e pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Espaço de Israel (Grant #3-12068).

Todos os métodos descritos foram aprovados pelo Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) da Universidade de Haifa.
1. Configuração experimental
<ol><li>
Arena
	<ol>
<li>Construa a arena experimental para camundongos(Figura 1A,D)colocando uma caixa de plexiglass branca ou preta (dependendo da cor do animal) (37 cm x 22 cm x 35 cm) no meio de uma câmara acústica (60 cm x 65 cm x 80 cm, feita de madeira grossa de 2 ...

<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>

O sistema experimental descrito aqui, que foi projetado como uma alternativa ao aparelho de três câmaras2,5,permite o desempenho dos mesmos testes ao resolver algumas de suas limitações. O uso de câmaras triangulares, que estão localizadas em dois cantos opostos da arena retangular, limita a área de interação de estímulo ao sujeito a um plano bem definido, permitindo assim uma análise automatizada precisa do comportamento de investigação. Uma vantage...

Revelar os mecanismos biológicos subjacentes aos distúrbios do neurodesenvolvimento (NdDs) é um dos principais desafios no campo da neurociência1. Enfrentar esse desafio requer paradigmas comportamentais e sistemas experimentais que tipificam o comportamento dos roedores de forma padrão e imparcial. Um estudo influente publicado há mais de uma década por Moy e colegas2 apresentou o teste de três câmaras. Desde então, este teste tem sido amplamente utilizado para investigar o comportamento social em modelos de roedores de DND. Este teste avalia duas tendências inatas dos roedores: 1) para ficar na proximidade de um estímulo social sobre um objeto (sociabilidade, também denominado preferência social [SP]), e 2) a preferir a proximidade de um novo estímulo social sobre um familiar (preferência de novidade social [SNP])3,4. Vários estudos subsequentes sugeriram métodos de análise automatizada do teste de três câmaras usando métodos computadorizados5,6.
Este teste ainda sofre de várias ressalvas. Em primeiro lugar, examina principalmente a preferência de lugar social e não a motivação do sujeito para interagir diretamente com um estímulo social, embora alguns grupos também meçam o tempo de investigação olfativa (sniffing), seja manualmente7 ou usando sistemas informatizados comerciais8,9,10. Em segundo lugar, o teste de três câmaras é usado principalmente para medir o tempo total gasto pelo sujeito em cada câmara, e negligencia a dinâmica comportamental. Finalmente, ele se baseia em apenas um aspecto do comportamento social, que é o tempo gasto pelo sujeito em cada câmara (ou farejando tempo, se medido).
Aqui apresentamos um sistema experimental novo e acessível que é uma alternativa ao aparelho de três câmaras. Ele também permite o desempenho dos mesmos testes comportamentais ao resolver as ressalvas acima mencionadas. O sistema comportamental apresentado mede automaticamente e diretamente o comportamento investigativo de um roedor em direção a dois estímulos. Além disso, analisa a dinâmica comportamental de forma independente do observador. Além disso, esse sistema mede múltiplos parâmetros comportamentais e os analisa em nível individual e populacional; assim, ele suporta uma análise rigorosa do comportamento social e sua dinâmica durante cada teste. Além disso, o reposicionamento aleatório das câmaras em cantos opostos da arena durante os vários estágios de teste neutraliza quaisquer efeitos da memória espacial ou preferência. Este sistema também pode ser usado para outros testes de discriminação, como a discriminação sexual. O aparelho personalizado é fácil de produzir, e o sistema de análise é acessível ao público como um código de código aberto, permitindo assim seu uso em qualquer laboratório. Demonstramos a capacidade deste sistema de medir múltiplos parâmetros de comportamento social em cepas de roedores com cores distintas de pele durante os testes de preferência social e novidade social. Também validamos a capacidade do sistema de revelar dinâmicamodifica do comportamento social em roedores após manipulações, como corte de bigode.
Software TrackRodent: três algoritmos foram escritos em MATLAB (2014a-2019a) para rastrear o sujeito experimental e suas interações com os estímulos. Todos os algoritmos foram depositados no GitHub, encontrados em <https://github.com/shainetser/TrackRodent>. O principal objetivo de todos os quatro algoritmos é rastrear os contornos do corpo do sujeito para detectar qualquer contato direto com as áreas de estímulos.
Algoritmo baseado no corpo: este algoritmo tem três versões que rastreiam os contornos de um mouse escuro sem fio em um fundo branco (BlackMouseBodyBased), um mouse branco em um fundo escuro (WhiteMouseBodyBased), ou um rato branco em um fundo escuro (WhiteRatBodyBased ). A interface gráfica do usuário (GUI) do software requer que o experimentador escolha um experimento usando mouses ou ratos e, em seguida, selecione o código correto. Para cada versão do algoritmo, existem dois códigos opcionais: um que apresenta o processo de rastreamento na tela enquanto executa a análise, e um que não (portanto, ele é executado mais rápido e é denominado "rápido"). Por exemplo, os nomes dos códigos relevantes para o algoritmo BlackMouseBodyBased são: "BlackMouseBodyBased23_7_14" e "BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast". Todos os algoritmos que terminam com "rápido" não mostram o rastreamento on-line, e os usuários devem salvar diretamente os dados para o arquivo de resultados (arquivo.mat). Todos os algoritmos baseados no corpo exigem a definição de um único limite ("limite baixo" no GUI do software) para detectar o corpo do sujeito.
Algoritmo baseado na direcionalidade da cabeça: o segundo algoritmo, que está disponível apenas para camundongos pretos, é baseado no algoritmo baseado no corpo, além de determinar a direcionalidade da cabeça. Esse algoritmo detecta as interações da cabeça do sujeito com as áreas de "estímulos", evitando assim falsos positivos que podem surgir de contatos aleatórios do sujeito com essas áreas. Para este algoritmo, dois limiares de detecção de contornos do corpo do rato são definidos: limiar elevado, que inclui a cauda mais brilhante de ratos pretos, e baixo limiar, que inclui o corpo sem cauda. Depois disso, o algoritmo se encaixa em um elipsóide para os limites detectados usando o limiar inferior e define a localização da cabeça e cauda do mouse (sem distinção entre os dois). A discriminação final entre a cauda e a cabeça baseia-se nos limites definidos pelo limiar mais elevado.
Algoritmo animal com fio: o terceiro algoritmo visa minimizar artefatos resultantes de cabos (ou seja, fio elétrico ou fibra óptica) conectados ao animal, permitindo a análise do comportamento do animal enquanto conectado a um cabo. Este algoritmo tem códigos apenas para ratos pretos e ratos brancos. O código para ratos requer que o experimentador defina limites baixos e altos, enquanto o código do mouse requer apenas um limiar baixo.

<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

Explorar os mecanismos neurobiológicos do comportamento social requer testes comportamentais que podem ser aplicados a modelos animais de forma imparcial e independente do observador. Desde o início do milênio, o teste de três câmaras tem sido amplamente utilizado como paradigma padrão para avaliar a sociabilidade (preferência social) e a preferência de novidade social em pequenos roedores. No entanto, este teste sofre de múltiplas limitações, incluindo sua dependência da navegação espacial e negligência da dinâmica comportamental. Apresentado e validado aqui é um novo sistema experimental que oferece uma alternativa para o teste de três câmaras, ao mesmo tempo, resolver algumas de suas ressalvas. O sistema requer um aparato experimental simples e acessível e um sistema de análise de código aberto disponível publicamente, que mede e analisa automaticamente vários parâmetros comportamentais em níveis individuais e populacionais. Permite a análise detalhada da dinâmica comportável de roedores pequenos durante todo o teste social da discriminação. Demonstramos a eficiência do sistema na análise da dinâmica do comportamento social durante os testes de preferência de preferência social e novidade social realizados por camundongos e camundongos machos adultos. Além disso, validamos a capacidade do sistema de revelar dinâmicas modificadas de comportamento social em roedores após manipulações como corte de bigode. Assim, o sistema permite uma investigação rigorosa do comportamento social e da dinâmica em pequenos modelos de roedores e suporta comparações mais precisas entre cepas, condições e tratamentos.

Usando o sistema para o teste de preferência social em camundongos C57BL/6J A Figura 1 mostra três versões da configuração experimental. A primeira versão(Figura 1A-C)é projetada para ratos com cores de pele escura, como camundongos C57BL/6J. O segundo (Figura 1D-F)está prevista para camundongos com cores de peles brilhantes, como balb/c o...

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Descrito aqui é um novo sistema experimental automatizado que oferece uma alternativa ao teste de três câmaras e também resolve várias ressalvas. Este sistema fornece múltiplos parâmetros comportamentais que permitem uma análise rigorosa da dinâmica comportamental de pequenos roedores durante os testes de preferência de preferência social e novidade social.

Um sistema para acompanhar a dinâmica do comportamento de preferência social em pequenos roedores

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

Explorar os mecanismos neurobiológicos do comportamento social requer testes comportamentais que podem ser aplicados a modelos animais de forma imparcial e independente dos observadores. Nosso sistema permite uma investigação detalhada dos comportamentos sociais e sua dinâmica em pequenos modelos de roedores e suporta comparações precisas entre cepas, condições e tratamentos. Esse sistema pode ser utilizado para qualquer tipo de teste de discriminação social, como discriminação entre homens e mulheres.Além disso, não há limites para os tamanhos dos sujeitos. A análise requer alguma experiência para selecionar os parâmetros ideais para rastreamento. Para novos usuários recomendo monitorar o rastreamento na tela do computador para a avaliação inicial.Pelo menos uma hora antes da análise colocar as gaiolas domésticas de todos os ratos na sala experimental para aclimatação. No final do período de aclimatação, insira duas câmaras vazias na arena em dois cantos opostos da arena. Em seguida, localize a arena dentro da câmara acústica e coloque os ratos sujeitos no meio da arena por 15 minutos de habituação.Durante esse período, coloque os dois ratos de estímulo social em diferentes câmaras localizadas fora da arena para habituação. E um brinquedo plástico de 5x5x5 centímetros com uma forma e cor distintas em outra câmara. Para realizar o teste de SP, comece a gravar com uma câmera de vídeo.Remova imediatamente as duas câmaras vazias e coloque as câmaras de estímulo social e objeto nos cantos da arena que estavam vazias durante a habituação. Permita que os sujeitos interajam com os estímulos por cinco minutos antes de parar a gravação e remova os estímulos que contêm câmaras da arena. Então, deixe o assunto na arena vazia por 15 minutos.Para realizar um teste de preferência de novidade social inicie a gravação de vídeo, e insira a câmara contendo os mesmos animais de estímulo social utilizados para o teste de SP e a câmara contendo o novo rato de estímulo social nos dois cantos da arena que não foram utilizados para o teste de SP. Permita que os sujeitos interajam com os estímulos por cinco minutos antes de parar a gravação e remover os sujeitos e câmaras da arena. Depois, limpe a arena e as câmaras com água corrente e 10% de etanol.Para usar a interface gráfica do usuário para analisar o comportamento do mouse, abra o MATLAB e escolha o Diretório de Rodent, clique com o botão direito do mouse para selecionar Adicionar ao caminho, pastas selecionadas e subpastas para adicionar todas as subpastas ao caminho de trabalho. Digite TrackRodent na janela de comando e pressione Enter. Selecione Arquivo de sessão de carga para carregar arquivos de vídeo únicos ou múltiplos.Um inspetor de filme que permite uma inspeção quadro a quadro do clipe de vídeo será imediatamente aberto para o primeiro arquivo da lista. Para inspecionar arquivos de vídeo adicionais clique em Inspecionar filme para abrir o inspetor de vídeo e selecionar um arquivo de vídeo específico de interesse a qualquer momento. Selecione as espécies testadas se necessário e clique em Excluir Área para excluir todas as áreas que meu interromper o rastreamento de acordo com as cores do assunto e arena.Para definir cada câmara como uma área de estímulo para detecção automática de sua investigação pelo sujeito, verifique o polígono ou caixa elíptica e clique em Estímulo X para permitir que as áreas de estímulo sejam marcadas. Em seguida, selecione o algoritmo desejado da lista e digite os números de quadros de início e término para a análise nas caixas de edição correspondentes. Para avaliar a detecção automática das bordas do assunto para um determinado limiar, digite um valor no campo limiar relevante e pressione Enter.Para iniciar uma análise comportamental de todos os arquivos selecionados, mova-se para o primeiro arquivo e clique em Iniciar. Encontrar o limiar certo é fundamental e requer experiência. Recomenda-se que novos usuários usem os algoritmos não rápidos e monitorem a análise on-line para garantir que eles funcionem corretamente.No final da análise, um arquivo de resultados será salvo para cada filme no mesmo diretório dos arquivos do filme. Para inspecionar os resultados de cada arquivo de filme clique em Arquivo de Resultados de Carga e selecione os arquivos MAT gerados pela análise comportamental. Mova-se entre os botões de alternância para examinar o traço de localização do mouse, a exploração de estímulos ao longo da sessão e o tempo total de exploração de estímulos.Para análise populacional na pasta TrackRodent em MATLAB, digite TrackRodentPopulationSummary como uma palavra na janela de comando. Clique em Enter e escolha arquivos de resultados para carregar vários arquivos de resultados do TrackRodent. Preencha os números do último quadro para análise, nome do teste, estímulo de um nome e estímulo dois nome e selecione todas as caixas apropriadas para as análises desejadas da lista opcional.Verifique a caixa de exportação para extrair os resultados em uma planilha em um único arquivo. Em seguida, clique em Iniciar e aguarde até que os relatórios do programa na linha de status os parâmetros de análise e os dados tenham sido salvos. Neste experimento, o tempo médio de investigação total da população de sujeitos em relação a cada um dos dois estímulos retrata uma clara preferência dos sujeitos em relação ao estímulo social.A preferência social foi mantida pelo sujeito ao longo da sessão, embora a preferência tenha parecido um pouco mais forte no início da sessão. O tempo de investigação para cada estímulo pode ser categorizado de acordo com a duração do ataque em lutas curtas, médias e longas, além do tempo total de investigação. Como observado, não houve diferença entre os estímulos nas lutas curtas, enquanto as lutas médias e longas mostraram claras preferências sociais, sugerindo que em C57 os camundongos pretos 6J curtos refletem curiosidade, enquanto longas crises refletem uma interação entre o sujeito e os estímulos.Além disso, mapas de calor das investigações em direção ao estímulo social e objeto durante o curso do teste podem ser gerados para toda a população de sujeitos com as cores codificando a duração do ataque. É importante ressaltar que a taxa de transições feitas por sujeitos de um estímulo para outro foi maior durante os dois primeiros minutos do teste antes de diminuir gradualmente. A mesma tendência foi aparente na distribuição da taxa média de transição ao longo do tempo.Este método pode ser usado com qualquer rato conectado a gravações eletrofisiológicas ou sistemas estimulantes optogenéticos por um fio. Para isso, usamos um algoritmo especial. Nosso sistema está atualmente em uso por vários laboratórios em todo o mundo para vários paradigmas que exigem pequeno rastreamento de roedores.Pode ser usado para avaliar a dinâmica comportamental em qualquer teste de discriminação.

Research

JoVE Journal

Behavior

A System for Tracking the Dynamics of Social Preference Behavior in Small Rodents

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O Paradigma Residente-intruder: um teste padronizado para Agressão, Violência e Estresse social

This video publication explains in detail the experimental protocol of the resident-intruder paradigm in rats. This test is a standardized method to ...

Comportamento

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Usando Social Stress Crônico ao Modelo depressão pós-parto em lactação Roedores

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The Hole Board Modificado - Medir Comportamento, Cognição e Interação Social em camundongos e ratos

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

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Assessing Working Memory in Children: The Comprehensive Assessment Battery for Children &#8211; Working Memory (CABC-WM)

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Avaliando memória de trabalho em crianças: a bateria de avaliação abrangente para crianças - Memória de trabalho (CABC-WM)

The Comprehensive Assessment Battery for Children - Working Memory (CABC-WM) is a computer-based battery designed to assess different components of ...

Reinstatement of Drug-seeking in Mice Using the Conditioned Place Preference Paradigm

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Reintegração de busca de drogas em ratos utilizando o paradigma de preferência lugar condicionado

The present protocol describes the Conditioned Place Preference (CPP) as a model of relapse in drug addiction. In this model, animals are first trained to ...

Use of a Video Scoring Anchor for Rapid Serial Assessment of Social Communication in Toddlers

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Utilização de um vídeo marcador de âncora para rápida avaliação Serial de Comunicação Social nas crianças

Reciprocal social behavior (RSB), an early-emerging capacity to engage in social contingency&#8212;which is foundational for both social learning and ...

A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

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Um guia Visual para estudar as defesas comportamentais para patógeno ataca em formigas cortadeiras

The complex lifestyle, evolutionary history of advanced cooperation, and disease defenses of leaf-cutting ants are well studied. Although numerous studies ...