Dialnet-ImplementacionDeSistemasEvaluadoresDeConductaAnsio-7008494

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MASKAY 8(1), May 2018 Recibido (Received): 2018/04/28 
ISSN 1390-6712 Aceptado (Accepted): 2018/05/26 
 
DOI: 10.24133/maskay.v8i1.773 
27 MASKAY 
 
 
Abstract— Currently there are several techniques to evaluate 
anxiolytic behavior in laboratory animals, since their behavior is 
very similar to that of humans, such techniques include manual 
and observational methods, where the evaluator must carefully 
observe the entire experiment and document each one of the 
events of interest made by the mouse, or in turn acquire 
electronic equipment that fulfill this function. However, the last 
option could be expensive. This article proposes the design and 
implementation of two low cost anxiety assessment devices 
(Elevated Plus Maze and Light-Dark Box) using digital image 
processing, which after the validation of the operation delivers 
results automatically through an application developed in 
Matlab. The results provided by the application coincide with 
those that an observer would obtain manually and visually, 
facilitating the tasks of the evaluator and reducing the possible 
human errors and ambiguity existing in manual tests. 
 
Index Terms — Processing, Digital, Images, Device, Anxiety, 
Mice. 
 
Resumen— En la actualidad existen varias técnicas para 
evaluar la conducta ansiolítica en animales de laboratorio, debido 
a que su comportamiento es muy similar al del ser humano, 
dichas técnicas incluyen métodos manuales y visuales, donde el 
evaluador debe observar atentamente todo el experimento y 
documentar cada uno de los eventos de interés realizados por el 
ratón, o a su vez adquirir equipos electrónicos que cumplan esta 
función, sin embargo, esta alternativa podría ser demasiado 
costosa. El presente artículo plantea el diseño e implementación 
de dos equipos evaluadores de ansiedad de bajo costo (Laberinto 
en Cruz Elevada y Cuarto Claro Obscuro) mediante 
procesamiento digital de imágenes, los mismos que después de la 
validación del funcionamiento entrega resultados de manera 
automática a través de una aplicación desarrollada en Matlab. 
Los resultados brindados por la aplicación coinciden con aquellos 
que un observador obtendría de forma manual y visual, lo que 
facilita las labores del evaluador y reduce notablemente los 
posibles errores humanos y de ambigüedad existentes en las 
pruebas manuales. 
 
D. Moreno y M. Zabala son docentes de la Facultad de Informática y 
Electrónica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo ESPOCH, 
Panamericana Sur Km 1 ½, Riobamba – Ecuador (e-mail: 
pdmoreno@espoch.edu.ec). 
J. Pazmiño es maestrante del programa de maestría en Sistemas de 
Telecomunicaciones de la ESPOCH 
M. Guerra es egresada en la carrera de Bioquímica y Farmacia de la 
Facultad de Ciencias de la ESPOCH 
G. Pilco es docente de la Facultad de Ciencias de la ESPOCH 
 
Palabras Claves — Procesamiento, Digital, Imágenes, 
Dispositivo, Ansiedad, Ratones. 
 
I. INTRODUCCIÓN 
OS modelos existentes para la evaluación ansiolítica en 
animales ha tomado un gran auge en los últimos tiempos 
debido a la estrecha relación que existe en el comportamiento 
humano, convirtiéndose en un peldaño para la elaboración de 
fármacos o soluciones naturales que permitan controlar ciertos 
factores de estrés, miedo, ansiedad, etc. 
La mayoría de dichas evaluaciones implican una 
observación constante de todo el experimento, es decir, se lo 
debe realizar de forma manual de tal manera que se debe 
contabilizar, documentar y cuantificar la cantidad de eventos 
producidos en cada uno de los experimentos, estos métodos 
rudimentarios conllevan a la posible existencia de errores 
humanos a lo largo de la evaluación. 
De igual forma existen alternativas donde se ha utilizado la 
tecnología para tratar de mejorar la recolección de datos de 
cada uno de los experimentos existentes, mediante 
dispositivos o sensores como detectores de presencia o de 
proximidad capaces de determinar la existencia de eventos 
provocados por el sujeto en cuestión, en este caso un roedor. 
El problema con ciertas técnicas es que el costo de adquisición 
es elevado y en otras ocasiones los resultados no son los 
esperados. 
II. TRABAJOS RELACIONADOS 
A. Modelos de comportamiento 
El desarrollo de test probados con modelos animales no 
humanos permite evaluar los procesos psicológicos normales y 
anormales como síntomas o síndromes psicopatológicos 
humanos y tratamientos para estas enfermedades [1]. 
El comportamiento de los animales se valora ante 
escenarios específicos que implica la aplicación de modelos de 
respuesta condicionada por factores externos que incluyen 
sometimiento a situaciones de estrés que provocan miedo ante 
la exposición de espacios abiertos, al considerar el hábitat 
natural de ciertos animales como las ratas acostumbran a 
Implementación de sistemas evaluadores de 
conducta ansiolítica en ratones de laboratorio 
utilizando procesamiento digital de imágenes 
Implementation of anxiety evaluation systems in 
laboratory mice using digital image processing 
David Moreno, Juan José Pazmiño, Mariela Guerra, Gisela Pilco, Mónica Zabala, 
L
 
 
28 MASKAY 
 
convivir en hacinamiento, generalmente oscuros. Así mismo 
acciones como privación de alimento y agua, exposición a luz 
en diversas intensidades, así como la administración de 
choques eléctricos, entre otras son parte de los factores a los 
que se puede exponer a los sujetos en prueba [2]. Ciertas 
ventajas de la utilización de estos modelos radican en razones 
ecológicas, son pruebas de tiempo de ejecución corta, sencilla 
y económica al no depender de equipos elaborados y de alto 
costo [3]. 
Por el contrario, los modelos de respuesta condicionados 
buscan analizar el comportamiento y respuesta de los sujetos 
bajo estímulos aversivos permitiendo medir el nivel basal por 
parte del experimentador, además de los requerimientos de 
ejecución del experimento. Es decir, los modelos 
condicionados implican el entrenamiento constante de los 
sujetos en análisis frente a estímulos no habituales, por lo que 
es necesario acondicionarlos a las nuevas situaciones. 
B. Tests utilizados para la medición de ansiedad. 
La ansiedad ha sido estudiada extensamente en modelos de 
animales y existen más de treinta tests [4] basados en 
respuesta condicionada o no condicionada como se menciona 
en la Sección A. 
C. Test con Modelos no condicionados 
El Laberinto en Cruz Elevada es considerado uno de los 
escenarios más utilizados para la determinación de ansiedad 
[5] permite observar la conducta exploratoria en callejones 
abiertos y cerrados para determinar si la estimulación 
novedosa despierta miedo y exploración. Los resultados han 
mostrado que los roedores en ambientes abiertos muestran 
mayor miedo. 
El índice de ansiedad se valora mediante resultados 
espacios-temporales que permiten determinar la actividad 
general del sujeto al tomar en cuenta el número de cruces que 
realiza entre los brazos, expresados en porcentaje o relación de 
tiempo de permanencia total en el brazo [6]. 
Este modelo se ha validado en pruebas de diferentes 
especies como ratas [7], ratones [8], cerdos de guinea [9], 
ratones silvestres [10] y hámster sirio [11]. 
El test de claro oscuro ideado por Crawley y Goodwin [12] 
se basa en el hecho de que los roedores son animales 
nocturnos y muestran un rechazo natural a la luz, así mismo su 
motivación exploratoria impulsa a reconocer el lugar al que 
están expuestos al transitar entre compartimentos separados 
por una abertura que permite el paso entre ambas zonas oscura 
y clara. El tiempo de duración del test es corto y el 
comportamiento es documentado en un archivo de video para 
su posterior análisis. Los parámetros evaluados incluyen 
número de transiciones entre compartimentos, latencia de 
permanencia/abandono entre zonas clara/oscura, 
respectivamente, número de cuadrados que el animal recorre 
en las distintas zonasy número de elevaciones que realiza en 
cada compartimento. 
D. Test con Modelos condicionados 
El condicionamiento clásico o condicionamiento pavloviano 
es un tipo de aprendizaje asociativo que fue demostrado por 
[13]. Este modelo es utilizado como principal prueba para 
evaluar ansiedad. Su objetivo es determinar las variables que 
influyen en la formación de reflejos condicionados y luego 
especificar sus mecanismos de acción [14]. Uno de los 
procedimientos más utilizados es la suministración de 
corriente eléctrica a través de un suelo con rejillas metálicas 
en una caja de condicionamiento que inmoviliza al sujeto, ésta 
es una reacción adaptativa a un estímulo temeroso [15]. 
E. Tecnología utilizada para la evaluación de la trayectoria 
en roedores 
La valoración de los resultados se basa en la visualización y 
conteo manual de los parámetros establecidos por cada test 
ejecutado. Es bien conocido de los errores humanos a los que 
están sujetos los resultados y para evitarlo es necesario 
apoyarse en recursos tecnológicos y en sistemas 
computarizados para el procesamiento de la información. 
Parámetros como el número de veces que el sujeto cruza 
entre secciones y el tiempo de estancia en cada uno de ellos 
son contabilizados manualmente, sin embargo es posible 
determinar automáticamente los mismos parámetros basados 
en el análisis de la posición de sujeto dentro del escenario 
propuesto. Las técnicas de posicionamiento, debido al espacio 
reducido, debe brindar precisión en el monitoreo de la 
trayectoria que el sujeto ejecuta. Para ello, los sistemas 
utilizados de posicionamiento actuales involucran diferentes 
sensores de alta resolución que permiten automatizar el 
proceso de observación con el mínimo de errores, lo que evita 
provocar efectos secundarios que puedan influenciar en el 
comportamiento del sujeto en análisis. 
Este procedimiento se integra a la utilización de diversos 
sensores que incluye ultrasónicos, de presencia, por 
microondas, ópticos, fotográficos, entre otros [16], que son 
utilizados acorde a las características y requerimientos 
necesarios dentro del experimento. El caso para la utilización 
de sensores ultrasónicos [17] basa su funcionamiento en la 
medición de la distancia mediante el uso de ondas 
ultrasónicas, este emite una onda y recibe la onda reflejada 
que retorna desde el objeto. La confiabilidad de detección de 
un objeto es alta ya que, al reflejarse en una superficie de 
vidrio o líquido, incluso los objetos transparentes pueden ser 
detectados con una precisión de 1mm. Es resistente a la 
acumulación de polvo, la detección de presencia es estable y 
de bajo costo. A pesar de sus características, para el monitoreo 
y determinación de la posición de los roedores no es factible, 
ya que debido a la frecuencia de operación provoca 
perturbación en los sujetos que crea un ambiente de prueba 
condicionado. [14] 
F. Procesamiento de imágenes 
El posicionamiento basado en imágenes [18] es una técnica 
no invasiva. Su funcionamiento se basa en la grabación del 
comportamiento del sujeto en un lapso de tiempo para luego 
convertirla en una secuencia de imágenes a través de la 
aplicación de técnicas y algoritmos para el procesamiento 
digital de imágenes que permita mejorarlas, clasificarlas, 
 
 
29
 
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34 MASKAY 
 
V. DISCUSIÓN 
Los equipos implementados y la aplicación desarrollada han 
sido debidamente validados por expertos en el área 
farmacológica, para lo cual han diseñado técnicas de 
validación para determinar el correcto funcionamiento de los 
equipos, las mismas que incluyen la adquisición de 5 videos 
diarios durante 15 días con diferentes roedores para ambos 
experimentos. Los resultados obtenidos por la aplicación en 
cada uno de los videos fueron corroborados con la observación 
de 5 evaluadores diferentes. 
Para la validación de los instrumentos a partir de los 
resultados obtenidos por el sistema y de forma manual por los 
5 observadores en cada una de las etapas se realizó una prueba 
de hipótesis que utilizó el estadístico T-students para muestras 
emparejadas, para las pruebas se utilizó un nivel de 
significancia del 1 %. 
En las diversas pruebas realizadas se llegó a determinar que 
tanto los resultados obtenidos por el sistema y los registrados 
por los observadores estadísticamente son similares, es decir 
se comprobó que las medias de los resultados del sistema 
implementado y los observados son iguales, obteniéndose 
probabilidades muy superiores al 0.01 que representa el 1 % 
del nivel de significancia requerido,confirmándose 
estadísticamente el correcto funcionamiento del sistema. 
Un inconveniente que surgió a lo largo de las 
experimentaciones fue el de estandarizar la intensidad de luz 
existente en el entorno de grabación, ya que de acuerdo al 
umbral escogido si la intensidad luminosa variaba de 
grabación a grabación a causa del entorno y las condiciones 
climatológicas, en la transformación de un frame RGB a una 
imagen en blanco y negro se podía tener la aparición de otras 
componentes que no representaban al roedor o en el otro caso 
extremo ni siquiera detectar al mismo, lo cual provocaba que 
el operador del sistema deba ir cambiando los valores de 
umbral para realizar la correcta detección, para corregir esta 
situación se optó por normalizar la intensidad luminosa del 
entorno en base a la adición de una cortina en la estructura de 
grabación para solucionar dicho inconveniente, lo cual logró 
detectar satisfactoriamente al roedor en cada frame procesado 
con valores recurrentes de umbral y mínimamente variables 
para cada prueba. 
VI. CONCLUSIONES 
La correcta validación de los equipos implementados ha 
demostrado su óptimo funcionamiento, se ha conseguido los 
objetivos fundamentales del presente trabajo de determinar los 
parámetros de comportamiento en los experimentos del 
Laberinto en Cruz Elevada y el Cuarto Claro Obscuro de 
manera autónoma, se facilitó de esta forma la labor de las 
personas evaluadoras, al ofrecer resultados confiables y 
eficientes y al mismo tiempo se brinda una solución de bajo 
costo. 
Las condiciones de luminosidad y la estandarización del 
entorno de medición son muy importantes para el correcto 
funcionamiento de los equipos, por lo cual es necesaria una 
capacitación adecuada a los futuros posibles evaluadores del 
comportamiento ansiolítico medido en roedores. 
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