Un algoritmo de código abierto automatiza un ensayo común de enterramiento de canicas


Laberinto de canicas: Los ratones con una mutación en SHANK2 (abajo) pasan menos tiempo enterrando canicas (columna izquierda) que los ratones de tipo salvaje.



POR NIKO MCCARTY

Fuente: Spectrum | 01/04/2022

Fotografía: Spectrum



Un nuevo algoritmo de código abierto permite mejorar la reproducibilidad y la profundidad de los datos recogidos en un ensayo de enterramiento de canicas


Un nuevo algoritmo de código abierto permite mejorar la reproducibilidad y la profundidad de los datos recogidos en un ensayo de enterramiento de canicas, que suele utilizarse para inferir comportamientos ansiosos o repetitivos en modelos de ratones autistas. La herramienta rastrea automáticamente el movimiento del ratón, cuenta cuántas canicas entierra y registra el tiempo que pasa haciéndolo.


Para llevar a cabo este ensayo, los investigadores suelen colocar a los ratones en una jaula con varias canicas y tomar una fotografía. Al cabo de cierto tiempo, toman otra y comparan las dos imágenes. Se dice que los ratones que entierran más canicas de lo habitual tienen comportamientos de ansiedad o repetitivos.


"El ensayo de enterrar canicas, tal y como se analiza actualmente, muestra resultados reproducibles", afirma el investigador del estudio Lucas Wahl, estudiante de posgrado del laboratorio de Aleksandra Badura en la Universidad Erasmus de Rotterdam (Países Bajos).


Pero los laboratorios varían en la forma de realizar el ensayo, dice Badura, profesora asociada de neurociencia e investigadora principal del estudio. "Los estudios conductuales son un terreno un poco complicado".


La nueva herramienta, descrita en eNeuro en marzo y disponible gratuitamente en línea, utiliza el aprendizaje automático para estandarizar el proceso.


"Requiere que tengas una cámara y un ordenador lo suficientemente bueno para ejecutar el código", dice Badura, "pero realmente no tiene que ser algo súper elegante".


Este trabajo "es realmente importante", dice Sam Golden, profesor asistente de neurociencia en la Universidad de Washington en Seattle, que no participó en el estudio. "Y realmente es el futuro de mucha neurociencia del comportamiento para eliminar la subjetividad y mejorar la reproducibilidad mediante el uso del aprendizaje automático".


Wahl recurrió a un sistema de aprendizaje automático de código abierto, Janelia Automatic Animal Behavior Annotator (JAABA), para desarrollar el rastreador de enterramiento de canicas. El sistema utiliza información de vídeos con comportamientos anotados manualmente para anotar automáticamente los mismos comportamientos en otros vídeos. JAABA ha rastreado una serie de comportamientos en ratones, moscas de la fruta y peces cebra.


Para el nuevo estudio, Wahl y sus colegas recopilaron vídeos de ratones con mutaciones en UBE3A, SHANK2 o SAPAP3, genes relacionados con el síndrome de Angelman, el autismo y el trastorno obsesivo-compulsivo, respectivamente.


Anotaron manualmente más de 13.000 fotogramas de vídeo como "enterrar" o "no enterrar", por ejemplo, para entrenar su algoritmo de aprendizaje automático, tras lo cual pudo identificar con precisión los comportamientos de enterramiento en un conjunto diferente de fotogramas de vídeo el 83 por ciento de las veces, incluso en dos tipos diferentes de lecho: astillas de madera y mazorca de maíz.


Siempre que los datos utilizados para entrenar el algoritmo sean precisos, dice Golden, el resultado debería ser fiable. "El viejo adagio de 'basura dentro, basura fuera' describe perfectamente el aprendizaje automático para la neurociencia del comportamiento", afirma. El equipo de Golden desarrolló en 2020 SimBA, otra herramienta de aprendizaje automático para analizar comportamientos animales.


La herramienta también reveló conocimientos únicos sobre el ensayo de enterrar canicas. Los animales con SHANK2, por ejemplo, pasaban mucho menos tiempo enterrando canicas que los ratones de tipo salvaje, pero eran hiperactivos; corrían el doble de rápido y viajaban el doble de lejos.


Los ratones con mutaciones en SHANK2 pasaron tanto tiempo enterrando canicas como los ratones de tipo salvaje, pero tendieron a enterrar las canicas en el centro de la jaula después de que se les inyectara midazolam, un fármaco utilizado para reducir los comportamientos de ansiedad. El resultado es contrario a los hallazgos anteriores de que el fármaco disminuye el enterramiento de canicas, lo que sugiere una desconexión entre el comportamiento y la ansiedad.


Este tipo de matices -donde un animal camina, donde entierra las canicas- no se suelen rastrear en los ensayos tradicionales de comportamiento, dice Wahl.


El rastreador automatizado podría ser útil para la industria farmacéutica, que a menudo utiliza ensayos de enterramiento de canicas para probar fármacos contra la ansiedad en ensayos preclínicos, dice Badura. Contar sólo el número de canicas enterradas podría sesgar esos resultados.


"Espero mostrar nuestra herramienta a la comunidad neurofarmacológica y decir: 'Miren, esto no es muy difícil'", dice. La industria farmacéutica "debería aplicarlo y utilizarlo para la investigación sobre la ansiedad, en particular cuando se trata de medicamentos para la ansiedad y trastornos de ansiedad."


Cite este artículo: https://doi.org/10.53053/NNDD4570


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