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01.12.2009 | Ausgabe 4/2009

Neuroinformatics 4/2009

MDL Constrained 3-D Grayscale Skeletonization Algorithm for Automated Extraction of Dendrites and Spines from Fluorescence Confocal Images

Zeitschrift:
Neuroinformatics > Ausgabe 4/2009
Autoren:
Xiaosong Yuan, Joshua T. Trachtenberg, Steve M. Potter, Badrinath Roysam
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.​1007/​s12021-009-9057-y) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Abstract

This paper presents a method for improved automatic delineation of dendrites and spines from three-dimensional (3-D) images of neurons acquired by confocal or multi-photon fluorescence microscopy. The core advance presented here is a direct grayscale skeletonization algorithm that is constrained by a structural complexity penalty using the minimum description length (MDL) principle, and additional neuroanatomy-specific constraints. The 3-D skeleton is extracted directly from the grayscale image data, avoiding errors introduced by image binarization. The MDL method achieves a practical tradeoff between the complexity of the skeleton and its coverage of the fluorescence signal. Additional advances include the use of 3-D spline smoothing of dendrites to improve spine detection, and graph-theoretic algorithms to explore and extract the dendritic structure from the grayscale skeleton using an intensity-weighted minimum spanning tree (IW-MST) algorithm. This algorithm was evaluated on 30 datasets organized in 8 groups from multiple laboratories. Spines were detected with false negative rates less than 10% on most datasets (the average is 7.1%), and the average false positive rate was 11.8%. The software is available in open source form.

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Zusatzmaterial
ESM 3 Table of adjustable parameters used in the software, and their descriptions (DOC 127 kb)
12021_2009_9057_MOESM3_ESM.doc
Literatur
Über diesen Artikel

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