IntelliProfiler : Faire avancer l'analyse comportementale chez les souris

L’analyse comportementale avec des souris est super importante pour comprendre comment le cerveau fonctionne et identifier des maladies. Les souris sont souvent utilisées pour ces études parce qu’elles sont faciles à manipuler et peuvent être génétiquement modifiées. Les chercheurs examinent divers comportements chez les souris, comme marcher, explorer, interagir socialement et se souvenir de choses. Ils utilisent des tests comme le test de champ ouvert et le labyrinthe à plateforme surélevée pour mesurer ces comportements. Mais les méthodes traditionnelles ont leurs défis.

Un gros défi, c’est que ces méthodes collectent les données lentement, car elles impliquent généralement une souris à la fois. La plupart des tests ne录ent le comportement que pour de courtes périodes dans un cadre peu naturel. Par exemple, dans le test de champ ouvert, les chercheurs placent une souris dans un grand espace ouvert et suivent ses mouvements. Il y a aussi une possibilité de biais humain, car manipuler les souris peut les rendre anxieuses, ce qui peut influencer leur comportement. Des recherches ont montré que le genre de l’expérimentateur et les facteurs environnementaux peuvent influencer les résultats.

Pour régler ces problèmes, les chercheurs cherchent des moyens plus efficaces d’observer le comportement des souris dans des conditions plus naturelles. Récemment, il y a eu des avancées dans les systèmes de suivi vidéo qui utilisent la vision par ordinateur pour surveiller les mouvements des souris. Un de ces systèmes s’appelle DeepLabCut, qui permet un suivi précis sans avoir besoin de marqueurs sur les souris. Cependant, suivre plusieurs souris à la fois peut être compliqué avec ce système, surtout quand elles sont proches l’une de l’autre.

Une autre technique utilise des étiquettes RFID sans contact, qui sont des petites puces que l’on peut attacher aux souris. Un système qui utilise RFID s’appelle IntelliCage. Il peut suivre automatiquement les souris tandis qu’elles explorent leur environnement et interagissent entre elles. Un autre système RFID, nommé ECO-HAB, permet aux chercheurs d’observer les souris se déplacer entre des zones connectées. Les développements récents incluent des réseaux de sol RFID qui peuvent surveiller plusieurs souris en même temps. Bien que ces systèmes donnent des aperçus précieux sur le comportement de groupe, ils ne fournissent souvent pas assez de détails sur les mouvements individuels.

Dans cette étude, nous présentons un nouveau système basé sur RFID appelé IntelliProfiler. Ce système peut surveiller plusieurs souris dans un cadre domestique. Il peut suivre des groupes de quatre à 16 souris et fournit de meilleurs détails concernant le timing et les emplacements que les méthodes précédentes. Avec IntelliProfiler, nous avons réalisé un suivi comportemental continu de 72 heures chez des souris mâles et femelles jeunes et âgées pour voir comment le vieillissement affecte les Interactions sociales au sein des groupes.

#Mise en place d’IntelliProfiler

Pour mettre en place IntelliProfiler, nous avons utilisé une carte d’antenne composée de 96 tuiles d’antenne disposées en grille. Cette carte a été placée sous une grande cage avec de la nourriture et de l’eau pour les souris. Le logiciel que nous avons développé pour IntelliProfiler effectue plusieurs tâches, y compris la collecte de données, le calcul des distances entre les souris, l’analyse des interactions sociales et la création de représentations visuelles des données.

Après avoir collecté les données, nous les avons converties dans un format qui nous permet de suivre les mouvements de chaque souris au fil du temps. Les résultats ont été enregistrés pour des groupes de quatre, huit et 16 souris sur 72 heures.

#Analyse de l'activité des souris en groupe

Nous nous sommes concentrés sur comment la taille du groupe affecte les niveaux d'activité chez les souris mâles et femelles. Par exemple, à mesure que le nombre de souris dans un groupe augmentait, la distance totale parcourue par les souris mâles diminuait souvent. Dans le plus petit groupe de quatre, les souris mâles montraient le plus d'activité juste après leur introduction, et leur activité diminuait ensuite avant d'augmenter à nouveau quand les lumières s'éteignaient. Les souris femelles, en revanche, affichaient des niveaux d'activité stables, montrant moins de variation selon le temps et la taille du groupe.

Pour comparer davantage les différences, nous avons examiné les tendances globales d'activité sur des périodes plus longues. Encore une fois, les souris mâles montraient les niveaux les plus élevés de mouvement dans le plus petit groupe, tandis que les femelles maintenaient une activité plus constante à travers les différentes tailles de groupes.

#Interactions sociales entre les souris

Nous avons également regardé à quelle fréquence les souris interagissaient entre elles en mesurant la distance entre les paires de souris. Nous avons catégorisé ces distances en quatre types : « Même » quand deux souris étaient dans la même grille, « Proche » pour les grilles adjacentes, « Intermédiaire » pour les grilles à proximité et « Éloigné » quand elles étaient plus éloignées. Nous avons constaté que dans les plus petits groupes, les souris passaient plus de temps proches les unes des autres, tandis que dans les plus grands groupes, elles avaient tendance à être plus éloignées.

Par exemple, dans les groupes de quatre souris, la proportion de souris qui étaient à la même distance ou proche augmentait pendant la période de lumière et diminuait pendant la période sombre. Les plus grands groupes avaient une tendance plus constante à la distanciation sociale, suggérant que des tailles de groupe plus importantes pourraient réduire les interactions sociales.

Pour quantifier à quel point deux souris étaient proches l’une de l’autre au fil du temps, nous avons introduit une métrique appelée le Ratio de Contact Proche (CCR). Cette mesure nous aide à comprendre à quelle fréquence deux souris étaient en proximité rapprochée. Les souris mâles avaient le CCR le plus élevé quand elles étaient dans des groupes plus petits, tandis que les souris femelles montraient un CCR plus bas dans des groupes plus grands.

#Analyse des effets du vieillissement sur le comportement

Le vieillissement peut affecter le comportement des souris, donc nous avons comparé des souris mâles jeunes et âgées dans des groupes petits et plus grands. Nous avons constaté que les souris plus âgées étaient généralement moins actives dans l'ensemble, surtout dans le groupe de huit souris. Cependant, dans les plus petits groupes, les mâles jeunes et âgés montraient un mouvement significatif.

Les niveaux d'activité des souris mâles âgées étaient également moins distincts par rapport aux souris plus jeunes, qui montraient des motifs de comportement plus définis. Les différences dans la proximité sociale étaient notables, avec des mâles plus âgés passant plus de temps dans la catégorie « Intermédiaire », suggérant un changement dans leur dynamique sociale en vieillissant.

#Caractérisation du comportement de groupe

Nous avons aussi examiné le comportement de groupe à travers une méthode appelée analyse en composantes principales (PCA) pour comprendre comment différents facteurs comme le sexe, la taille du groupe et l'âge influençaient l'activité et les interactions sociales. Les comportements des souris mâles dans les plus grands groupes formaient un cluster distinct, tandis que les plus petits groupes voyaient plus de mélange entre mâles et femelles.

Quand nous avons examiné les effets du vieillissement au sein des groupes, nous avons trouvé que les souris plus jeunes se comportaient généralement différemment des souris plus âgées, avec des mâles jeunes montrant des interactions sociales plus actives et diversifiées. Cela montre que le vieillissement influence non seulement le niveau d'activité des souris, mais aussi la façon dont elles interagissent socialement.

#Analyse de réseau des interactions sociales

Nous avons utilisé l'analyse de réseau pour étudier comment la taille du groupe impacte les interactions sociales. Dans les plus grands groupes, les souris mâles développaient des réseaux d'interactions plus complexes, tandis que les souris femelles maintenaient une structure plus uniforme. Avec des mâles jeunes montrant plus de proximité sociale et des réseaux variés par rapport aux mâles âgés, nous avons pu voir comment le vieillissement impacte la structure sociale chez les souris.

#Interactions sociales individuelles

Enfin, nous avons évalué les interactions sociales des souris individuelles et remarqué une variabilité dans les comportements, particulièrement dans les plus grands groupes. Bien qu'il n'y ait pas eu de différences significatives basées sur le sexe dans les plus petits groupes, les plus grands groupes affichent souvent des motifs distincts selon le comportement de chaque souris.

#Résumé et orientations futures

Le système IntelliProfiler représente un grand pas en avant dans l'étude du comportement des souris. En permettant un suivi continu et sans biais dans un environnement de cage, il offre des aperçus sur la façon dont la taille du groupe, le sexe et le vieillissement affectent le comportement. Nos résultats soulignent à quel point il est important d'étudier les souris dans un cadre plus naturaliste pour mieux comprendre leur dynamique sociale.

Malgré les avancées qu’IntelliProfiler offre, il y a encore des limitations, comme la précision spatiale et la nécessité d'implanter chirurgicalement des étiquettes RFID. Les développements futurs pourraient se concentrer sur l'amélioration de la résolution spatiale et la réduction de l'invasivité du système. En gros, IntelliProfiler ouvre de nouvelles avenues pour la recherche comportementale qui peuvent mener à des aperçus plus profonds sur le comportement des souris et, par extension, sur le fonctionnement du cerveau.