在C57BL/6J小鼠中使用DeepLabCut和简单行为分析对头部动反应的快速,开源和自动化量化
Alexander D Maitland1, Nicholas R Gonzalez1, Donna Walther1
1Designer Drug Research Unit, National Institute on Drug Abuse, Intramural Research Program, Baltimore, Maryland 21224, United States.
ACS pharmacology & translational science
|August 14, 2025
概括
使用DeepLabCut (DLC) 和简单行为分析 (SimBA) 的新自动化方法准确量化了小鼠的头部抽反应 (HTR). 这种开源方法为研究迷幻药物效应的传统方法提供了更快,更可靠的替代方案.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 药理学 药理学是指药理学的学科.
- 计算生物学 计算生物学
背景情况:
- 血清性迷幻药在小鼠中诱导头反应 (HTR),这是血清2A受体 (5-HT2A) 激动的关键指标,也是人类迷幻体验的代理.
- 目前的HTR检测方法,包括视觉评分和商业软件,往往是耗时和劳动密集的.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的,自动化的,开源的方法,用机器学习来量化小鼠的HTRs.
- 评估开发的方法在各种视频分辨率和率的性能.
- 评估bufotenine在HTR范式中的有效性,并将自动化方法与现有的检测技术进行比较.
主要方法:
- 使用DeepLabCut (DLC) 进行姿势估计,跟踪来自实验视频的13只老鼠身体部位.
- 训练有素的简单行为分析 (SimBA) 随机森林分类器,以根据DLC衍生的坐标检测HTR.
- 在不同视频参数 (分辨率和率) 上对视觉评分和半自动软件验证了DLC + SimBA方法.
主要成果:
- DLC + SimBA 方法在 50% 的视频分辨率和每秒 120 (fps) 时实现了高精度 (精度 = 95.45,回忆 = 95.56,F1 = 95.51),并在较低的设置 (50% 的分辨率,每秒 60 ) 中保持精度.
- 只有当血清素1A受体 (5-HT1A) 被阻断时,布福因会诱导HTR升高,这表明复杂的药理学.
- DLC + SimBA与HTR量化视觉评分 (r = 0.99) 和半自动化方法 (r = 0.98) 显示出强烈的相关性.
结论:
- DLC + SimBA 方法提供了一个模块化,非侵入性和开源工具,用于从视频中准确检测HTR.
- 这种自动化方法的准确性与基于磁力计的方法相提并论,并且比手动视觉评分显著提高了速度.
- 这种经过验证的工具有助于有效研究血清类迷幻药和新型化合物 (如布福因) 的行为影响.
