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自动使用NeuroMorpho的神经元数据工具集的开发和应用
软件影响6(2020)100032原始软件出版物用于自动使用NeuroMorpho罗伯特·弗里德曼美国南卡罗来纳州哥伦比亚市南卡罗来纳大学生物科学系A R T I C L E I N F O保留字:神经元形态学神经元解剖学Web数据库工具Informatic工具A B标准开发了一个计算工具集来自动使用NeuroMorpho.org的网络数据库。它是平台独立的,包括以JSON文件格式检索策划的神经元数据的代码。的来源数据来自过去的研究,可通过客户端-服务器HTTP协议访问。工具包括将数据库格式转换为纯文本、合并表和验证文件的方法。当前代码版本代码元数据当前代码版本1.0此代码版本使用的代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2020-32可再生胶囊的永久链接https://codeocean.com/capsule/6506196/tree/v1法律代码许可证Creative Commons Zero(CC0)代码版本控制系统使用git软件代码语言Perl编译要求,操作环境依赖性无如果可用,链接到开发人员文档/手册问题支持电子邮件bobf@biol.sc.edu1. 语境理据本 报 告 介 绍 了 一 套 独 立 于 平 台 的 工 具 , 用 于 自 动 使 用NeuroMorpho.webweb数据库。此数据库是一组按物种分类的神经元形态测量值,以及支持信息。访问由Web用户界面正式支持,并直接由基于Web的HTTP协议支持。本报告是关于使用后一种方法的计算工具集,并支持神经元形态和支持数据的自动检索(图1)。这些工具被用作信息管道,一系列软件操作,以便验证数据检索和处理在管道的每一步。这对于避免流水线中的错误是必要的,例如出现冗余的数据记录。本报告提供了一个例子神经元细胞的形态包括胞体细胞体大小、树突数量、轴突分支和轴突长度[1NeuroMorpho.com的网络数据库包含精选记录数字重建的神经元结构,它们的形态学指标和支持数据[6补充文件中描述了其中18项指标的清单。此代码是一个广泛更新的版本在描述线虫秀丽隐杆线虫和哺乳动物家鼠的神经元形态的文章中使用[10,11]。其他人可能会将此代码插入他们的信息管道中,以检索和处理特定动物物种的神经元形态。数据库中每个物种的单个神经元记录的数量可能数以千计,因此需要通过该方法进行自动检索的方法。人类的大脑被认为有数十个因为它包含数十亿个神经元,所以Web数据库的大小预计会随着时间的推移而显着增加。2. 软件工具目前有数百篇出版物引用了NeuroMorpho.org上网络数据库的使用[2,3]。数据库的大小本文中的代码(和数据)已由Code Ocean认证为可复制:(https://codeocean.com/)。更多关于生殖器的信息徽章倡议可在https://www.elsevier.com/physical-sciences-and-engineering/computer-science/journals上查阅。*通讯地址:Department of Biological Sciences,University of South Carolina,715 Sumter Street,Columbia,SC 29208,United States。电子邮件地址:bobf@biol.sc.edu。https://doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100032接收日期:2020年8月7日;接收日期:2020年8月11日;接受日期:2020年8月27日2665-9638/©2020作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章,使用CC BY许可证(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志 首页:www.journals.elsevier.com/software-impactsR. 弗里德曼软件影响6(2020)1000322Fig. 1. 从NeuroMorpho.Org检索神经元形态数据的流水线流程图。并且随着时间的推移,由于自动化方法能够识别形态,的神经元。目前,每个物种的神经元记录的样本量虽然神经元的数量不超过数万个,但哺乳动物的大脑有数十亿个神经元,因此有必要建立一个可靠的数据库,以便将来提交和检索记录。这类数据已被用于神经元解剖学、神经发育和动物神经系统进化本报告的软件工具通过其应用程序编程接口(API)提供对NeuroMorpho. webweb数据库的这种自动化访问导致了关于动物神经元形态模式的出版物,例如哺乳动物Rattus[10,11]。特别是,对Rattus的研究包括对数十个研究小组存储在网络数据库中的数千个神经元这类调查适合于自动化程序和信息学管道,以便快速检索数据,并最大限度地减少人工重复任务造成的人为错误此外,软件工具属于公有领域。任何人都可以扩展工具或调整代码以适应Web数据库中的更改。 这些努力应该有助于其他人进行大规模的研究,神经元形态学和表征来自异质源的数据。3. 软件使用网络数据库NeuroMorpho.(版本7.9; 2019年12月13日)[2,3]包含动物神经元细胞的形态学和相关元数据。以下是如何使用本报告软件的示例。软件、文档和形态特征列表在补充文件中第一步是检索蛙种非洲爪蟾(Xenopus laevis)的神经元数据(636条记录)。每个物种的记录数由以下命令行报告命令行是输入到命令shell中的行在这种情况下,这一行指的是由Perl语言解释器运行的软件代码������������������������������������_������������������_������������������_������_���������������������.������NeuroMorpho.xml 中 的 数 据 以 JSON 文 件 格 式 ( JavaScript ObjectNotation)存储,并由该信息管道中的第二个工具检索。JSON是一种处理键/值对和值数组的复杂数据结构的格式。Perl的Data::Dumper模块提供了一种方法来将此数据结构转换为一种纯文本格式,以及一种记录初始数据如何存储在Web数据库中的方法。按物种请求数据记录的命令行为:������������������������������������_������������������_������������������������_������_���������������������.������从 上 面 的 步 骤 创 建 一 个 文 本 文 件 。在 本 例 中 , 新 文 件 名 为neuron_data_Xenopus_laevis_#,其中文件名中的#被替换为唯一值。第三步是通过一个描述为“neuron_id”的字段,每个记录的唯一名称将神经元形态数据记录链接到神经元数据记录。新创建的文本文件包含神经元元数据信息:���������������������������_���������_������������������������_������_���������������.������������������������_������������_���������������������_������������������_#������������������- 你好-你好���������������第四步是检索对应于唯一������������������������������������_������������ℎ���������������_������_������������������.������������������������_������������_���������������������_������������������_#������������������_������������ℎ���������������_���������������.���������第五步是在神经元元数据文件中搜索任何已知的错误源:������������������������������_������������������������_���������������������_������.������������������������_������������_���������������.���������最后,将元数据和神经元形态数据连接到单个表中。下面是包含重定向操作符的单个命令行,用于创建并写入名为neuron_combined_table.txt的文本文件������������������������_������������������������_������������ℎ���������������_������������������.������������������������_������������_���������������.���������������������������___������������������������������������������������������������������������������������������������从上述步骤新创建的文本文件具有神经元形态数据的简明版本和来自Meta数据记录的关联信息。补充文件中有关于如何验证此文件的更多信息。文件与导入功能兼容常用的电子表格和统计软件包[12]。在补充文件中也有示例代码,用于对上述数据文件自动执行一种类型的多变量分析4. 远程访问Web数据库的条件访问和使用Neu-roMorpho.org的网络数据库有条件。目前,条件是http://neuromorpho。org/useterm.jsp。他们讨论了引用的使用,以信贷的发展-R. 弗里德曼软件影响6(2020)1000323的网络数据库,也为作者最初提供的神经元重建数据的每个数据库记录。此外,还规定了以程序方式使用网络数据库的条件, 例如,使用API远程访问元数据记录。还有一个关于使用有效标识符的建议,即用户代理,每当通过API访问Web数据库时。最后,应提前规划网络数据库的程序使用,以便网络服务器不会因数据记录请求而负担过重。竞合利益作者声明,他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,可能会影响本文报告的工作附录A. 补充数据与 本 文 相 关 的 补 充 材 料 可 以 在 网 上 找 到在https://doi.org/10.1016/j.simpa.2020.100032。引用[1]R.H. Masland,神经元细胞类型,Curr. 14(2004)R497-R500。[2]G.A.阿斯科利,动员神经科学数据的基础:神经元形态学的情况下,自然。7(2006)318-324。[3] G.A. Ascoli,D.E. Donohue,M. Halavi,Neuromorpho.org:a central resourceforneuronal morphologies,J. Neurosci. 27(2007)9247[4]H.曾俊仁Sanes,神经元细胞类型分类:挑战,机遇和前 进 的道路,Nat。Rev.Neurosci. 18(2017)530[5]R. Scorcioni,S. Polavaram,G.A. Ascoli,L-测量:用于分析、比较和搜索神经元形态数字重建的网络访问工具,Nat. Protoc. 3(2008)866-876。[6]M. Halavi,K.A.汉密尔顿河,巴西-地Parekh,G.A.阿斯科利,神经元形态的数字重建:三十年的研究趋势,前线。Neurosci. 6(49)(2012)。[7]E. Meijering,Neuron Tracing in Perspective,Cytom.A部分77(2010)693[8]D.E. Donohue,G.A. Ascoli,神经元形态的自动重建:概述,Brain Res.Rev.67(2011)94-102。[9] L. Feng,T. Zhao,J. Kim,Neutube 1.0,基于SWC格式的高效神经元重建软件的新设计,eNeuro 2(2015)1-10。[10] R. Friedman,Neuronal morphology and synapse count in the nematode worm,Front. Comput. Neurosci. 13(74)(2019).[11] R. Friedman,大鼠新皮层神经元形态变化的测量,Neurosci。Lett.(2020)135077.[12] D.J. Wild ,MINITAB release 14,J. Chem. INF. 模型45(212)(2005)。
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