Um sistema para acompanhar a dinâmica do comportamento de preferência social em pequenos roedores
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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 . 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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| Flea3 1.3 MP Mono USB3 Vision | FLIR (formerly PointGrey) | FL3-U3-13Y3M-C | Monochromatic Camera |
| FlyCap 2.0 | FLIR (formerly PointGrey) | FlyCapture 2.13.3.61X64 | Video recording software |
| Home 5 minute Epoxy glue | Devocon | 20845 | For gluing the metal mesh to the Plexiglas stimuli chambers |
| Matlab 2014-2019 | MathWorks | R2014a – R2019a | Programming environment |
| Plexiglas boards (6 mm thickBlack or white) | Melina (1990) LTD, Israel | NaN | For arena and stimuli chambers construction |
| Red led strips (60 leds per meter) connected to a 12V power supply | 2012topdeal eBay supplier | NaN | For illumination of the acoustic chamber |
References
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