El análisis de Sholl es un método de análisis cuantitativo comúnmente utilizado en estudios neuronales para caracterizar las características morfológicas de una neurona fotografiada , utilizado por primera vez para describir las diferencias en las cortezas visual y motora de los gatos a principios de la década de 1950. [1] Sholl estaba interesado en comparar la morfología de diferentes tipos de neuronas, como las células estrelladas en forma de estrella y las células piramidales en forma de cono , y de diferentes ubicaciones en el campo dendrítico de un mismo tipo de neuronas, como las basales. y procesos apicales de la neurona piramidal. Observó la longitud y el diámetro de las dendríticas (Sholl, p. 389, Fig. 1) [1] y también el número de células por volumen (Sholl, p. 401, The packaging densidad de perikarya ). [1]
Si bien los métodos para estimar el número de células han mejorado enormemente desde 1953 con la llegada de la estereología imparcial, el método que Sholl utilizó para registrar el número de intersecciones a varias distancias del cuerpo celular todavía está en uso y en realidad lleva el nombre de Sholl. "Para estudiar la forma en que el número de ramas varía con la distancia al pericarión, es conveniente utilizar una serie de capas esféricas concéntricas como coordenadas de referencia... estas capas tienen sus puntos comunes centro en el pericarión" (Sholl, p. 392, La forma de ramificación dendrítica ). [1] Lo que Sholl llamó 'Método de capa concéntrica' ahora se conoce como 'Análisis de Sholl'. Además del número de intersecciones por capa concéntrica, Sholl también calculó el diámetro medio de las dendritas o axones dentro de cada capa concéntrica (Sholl, p. 396, tablas 2 y 3). [1] Sholl apreció que su método es bueno para comparar neuronas; por ejemplo, en la figura 8 [1] se comparan las diferencias en el número de intersecciones dendríticas correlacionadas con la distancia desde el cuerpo celular entre neuronas de la corteza motora y visual. Sholl también se dio cuenta de que su método es útil para determinar dónde y qué tamaño es la región donde son posibles las sinapsis, algo que llamó la "zona conectiva" de la neurona. [1]
En 1953, Sholl estaba trabajando con proyecciones de neuronas tridimensionales en dos dimensiones, pero ahora el análisis de Sholl se puede realizar en imágenes tridimensionales (por ejemplo, pilas de imágenes o montajes tridimensionales) de neuronas, haciendo que los círculos concéntricos sean verdaderamente tridimensionales. conchas dimensionales. Además de las intersecciones y el diámetro: longitud total dendrítica, área de superficie y volumen de procesos por capa; número de nudos, terminaciones, varicosidades y espinas por concha; y el orden de ramificación de las dendritas en cada capa, pueden incluirse en el análisis. Para ver ejemplos modernos del uso del análisis de Sholl para analizar neuronas. [2] [3] Las curvas producidas a partir del 'número de intersecciones vs. distancia desde los datos del cuerpo celular' suelen tener una forma algo irregular, y se ha trabajado mucho para determinar los medios apropiados para analizar los resultados. Los métodos comunes incluyen análisis lineal, análisis semilogarítmico y análisis log-log.
El Método Lineal es el análisis de la función N(r), donde N es el número de cruces de un círculo de radio r. [1] Este análisis directo del recuento de neuronas permite calcular fácilmente el valor crítico, el máximo de dendritas y el índice de ramificación de Schoenen. [4]
Valor Crítico: El valor crítico es el radio r en el que hay un número máximo de cruces dendríticos, este valor está estrechamente relacionado con el máximo dendrítico.
Máximo de dendrita: este valor es el máximo de la función N(r), según lo especificado por el valor crítico para un conjunto de datos determinado.
Índice de ramificación de Schoenen: este índice es una medida de la ramificación de la célula neuronal que se estudia. Se calcula dividiendo el Máximo de Dendritas por el número de dendritas primarias, es decir, el número de dendritas que se originan en el soma de la célula .
Algo más complicado que el método lineal, el método semilogarítmico comienza calculando la función Y(r) = N/S donde N es el número de cruces de dendritas para un círculo de radio r, y S es el área de ese mismo círculo. . Se toma el logaritmo de base 10 de esta función y se realiza una regresión lineal de primer orden , ajuste lineal, en el conjunto de datos resultante, es decir
donde k es el coeficiente de regresión de Sholl. [1]
El coeficiente de regresión de Sholl es la medida del cambio en la densidad de las dendritas en función de la distancia al cuerpo celular. [5] Se ha demostrado que este método tiene un buen valor de discriminación entre varios tipos de neuronas, e incluso tipos similares en diferentes regiones del cuerpo.
Estrechamente relacionado con el método Semi-Log, el método Log-Log traza los datos con el radio trazado en el espacio logarítmico. Es decir, el investigador calcularía el valor k y m para la relación
Este método se utiliza de manera similar al método Semi-Log, pero principalmente para tratar neuronas con dendritas largas que no se ramifican mucho a lo largo de su longitud. [5]
El Método Sholl Modificado es el cálculo de un ajuste polinomial de los pares N y r del Método Lineal. [6] Es decir, se intenta calcular un polinomio tal que:
donde t es el orden del polinomio ajustado a los datos. Los datos deben ajustarse a cada uno de estos polinomios individualmente y calcularse la correlación para determinar el mejor ajuste. El valor máximo del polinomio se calcula y utiliza en lugar del Máximo de Dendrita. Además, el promedio del polinomio resultante se puede determinar tomando su integral para todos los valores positivos representados en el conjunto de datos (la mayoría de los conjuntos de datos contienen algunos valores cero).
El análisis Sholl se utiliza para medir el número de cruces que realizan los procesos a diferentes distancias del centroide y es un tipo de análisis morfométrico. Se utiliza principalmente para medir la complejidad del cenador. Sin embargo, determinadas morfologías no se pueden indexar utilizando Sholl únicamente. Por ejemplo, puede que no tenga sentido comparar neuronas con cenadores que ocupan volúmenes pequeños con aquellas que ocupan volúmenes grandes y, en su lugar, se podría utilizar un análisis como el del "índice de complejidad". [7] Además, el espesor de las dendritas de una dendrita entera no se puede medir, sólo el espesor medio de las dendritas dentro de una concha. La longitud de las dendritas de una determinada dendrita tampoco se puede determinar, ya que las dendritas no necesariamente emanan radialmente del soma; Las dendritas pueden curvarse, cruzar los mismos círculos varias veces o extenderse tangencialmente y no cruzarse en ningún círculo. Además, el análisis de Sholl puede llevar mucho tiempo y el software de análisis automatizado es limitado.
Utilizando el análisis de Sholl, se ha descrito un algoritmo matemático denominado índice de ramificación (BI) para analizar la morfología neuronal. [8] El BI compara la diferencia en el número de intersecciones realizadas en pares de círculos consecutivos del análisis de Sholl en relación con la distancia desde el soma neuronal. El BI distingue neuronas con diferentes tipos de ramificación de neuritas.
Varios paquetes de software realizan análisis Sholl, concretamente los dedicados al rastreo neuronal . Se puede utilizar una implementación de código abierto para el paquete de procesamiento de imágenes Fiji para realizar el análisis directamente a partir de imágenes microscópicas de neuronas o sus reconstrucciones trazadas. [9]
En las implementaciones modernas, el análisis se realiza en tres dimensiones: se anidan capas concéntricas alrededor de un centro y se informa un sustituto de la masa de neuritas [5] (por ejemplo, número de intersecciones o longitud total de neuritas) contenida dentro de cada capa. Dicho software es susceptible de estudios de alto rendimiento [10] [11] .
