مقالة منهجية

C. ايليجانس تتبع وقياس السلوكية

DOI:

10.3791/4094

⸱

نوفمبر 17, 2012

 ,  ,  , 
1Donnelly Centre, University of Toronto, 2Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit, 3Okinawa Institute of Science and Technology, 4Department of Physics, University of Toronto

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد وضعنا المجهر تتبع نظام سعر الفيديو التي يمكن أن تسجل وتقدير C. ايليجانس السلوك بدقة عالية وسرعات عالية. وقد وضعنا أيضا أساليب حسابية للحد من الأبعاد من الصور الدودة إلى مجموعة من القياسات الأساسية التي تصف تماما شكل دودة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد وضعنا تقنيات تحليل الأجهزة، ومعالجة الصور، والبيانات لقياس السلوك الحركي للC. ايليجانس كما يزحف على سطح لوحة أجار. لدراسة الأساس، الوراثية والكيمياء الحيوية، والخلايا العصبية للسلوك، C. ايليجانس هو كائن حي مثالي لأنه لين العريكة وراثيا، قابلة للالمجهري، ويظهر عدد من السلوكيات المعقدة، بما في ذلك سيارات الأجرة، والتعلم، والاجتماعية 1،2 التفاعل. وكانت التحليل السلوكي يعتمد على تتبع تحركات الديدان لأنها تزحف على لوحات أجار مفيدة بشكل خاص في دراسة السلوك الحسي 3، تنقل 4، وعام phenotyping طفرية 5. نظامنا يعمل عن طريق تحريك نظام الكاميرا والإضاءة والديدان الزاحفة على لوحة أجار ثابتة، والتي تضمن تبث أي التحفيز الميكانيكي للدودة. نظامنا تتبع سهلة الاستخدام ويتضمن ميزة معايرة نصف آلية. A تشاllenge جميع أنظمة تتبع الفيديو هو أنه يولد كمية هائلة من البيانات التي هي مرتفعة في جوهرها الأبعاد. تجهيز صورتنا وبرامج تحليل البيانات التعامل مع هذا التحدي عن طريق الحد من شكل الديدان إلى مجموعة من مكونات مستقلة، والتي إعادة بناء شاملة سلوك الديدان بوصفها وظيفة من أبعاد فقط 3-4 6،7. كمثال على عملية نظهر أن الدودة يدخل ويخرج عكس حالته بطريقة محددة المرحلة.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. وصف مجهر تتبع

  1. يضيء لوحة أجار من مصدر الضوء الألياف وتصويرها بكاميرا. هي التي شنت هذا النظام إلى، X Y مرحلة الترجمة.
  2. يتم نقل المرحلة من المحركات السائر القياسية، التي ترتبط إلى وحدة تحكم محرك السائر.
  3. وترتبط وحدة تحكم وكاميرا إلى الكمبيوتر والتي تسيطر عليها برامج مخصصة المكتوبة في ابفيف.
  4. الكاميرا الصور على سطح لوحة أجار ويحدد كائنات الظلام على خلفية الخفيفة.
  5. يتم ضبط جودة الصورة بحيث يمكن تحديد برنامج كمبيوتر الكائنات في الوقت الحقيقي. ويمكن تعديل المكسب، والسطوع، وسرعة مصراع الكاميرا لتوفير الكائن داكنة على خلفية بيضاء.
  6. يتم إجراء معايرة للعلامة عملية المعايرة التلقائية بدس سطح أجار مع اختيار دودة.
  7. ويمكن التحقق من تصفيتها، الصورة الثنائية الذي يستخدم من قبل برنامج التعقب.
  8. ماftware لديه ميزة لصناعة السيارات في معايرة يحسب مصفوفة المعايرة عن طريق تحريك كائن اختبار مسافة ثابتة.
  9. يتم معايرة مسافات بالبكسل إلى الخطوات التي اتخذتها السائر المحركات من المصفوفة المعايرة.
  10. بعد المعايرة، فإن هذا النظام على استعداد للذهاب وليس من الضروري أن يكون تعديلها ما لم يتم تغيير التكبير أو إذا أعادت الكاميرا.

2. إعداد لوحات التتبع وC. ايليجانس لتعقب

  1. ويستخدم النحاس لحلقة زريبة الديدان ومنعهم من الهجرة إلى حافة اللوحة. النحاس يوفر حاجزا الكيميائية المحلية و لا يؤثر على حركة الدودة وإلا لمدة التجربة (<1 ساعة). تسخين الحلقة الأولى عن طريق وضعها على كتلة الحرارة أو ما يعادلها.
  2. حلقة مكان على لوحة أجار الطازجة (1.7٪ Bacto آجار، 0.25٪ Bacto-ببتون، كلوريد الصوديوم 0.3٪، 1 ملم CaCl 2، 1 ملم MgSO 4، 25 مم العازلة الفوسفات والبوتاسيوم، 5 ميكروغرام / ملالكوليسترول) واضغط لأسفل قليلا إلى تضمين ذلك إلى السطح أجار.
  3. اختيار L4 المرحلة أو الديدان البالغة الشباب على لوحة مليئة أجار بعض العازلة NGM (0.3٪ كلوريد الصوديوم، 1 ملم CaCl 2، 1 ملم MgSO 4، 25 ملم العازلة فوسفات البوتاسيوم) لغسلها من بقايا الطعام. السماح للالديدان تسبح لبضع دقائق.
  4. وضع بعناية دودة واحدة على لوحة التعقب بالقرب من مركز الحلبة. ثم ضع لوحة على تعقب دودة.

3. دودة تتبع

  1. تشغيل البرنامج وحدد خيارات ابفيف إذا لزم الأمر (الموقع للصور، وأنواع من الصور، والقياسات، وإعدادات الكاميرا).
  2. باستخدام عصا التحكم نقل المجهر حتى صورة للدودة هو في مجال الرؤية (شاشة الكمبيوتر). اضغط على "المسار" للمشاركة في برنامج التعقب.
  3. برنامج الكمبيوتر يقيس الواقع حركات وصور ثنائية تمت تصفيتها كما هو موضح ويمكن إجراء قياسات على هذه الصورة في الوقت الحقيقي
  4. الخلفويمكن إجراء تتبع إيه إعادة بناء مسار الحركات العالمية من السيارات السائر، في حين يمكن رؤية التغييرات المحلية شكل من الدودة بالتفصيل.

4. تحليل البيانات

  1. تشغيل البرنامج النصي skeletonizing (MATLAB) ليعبر بالحدود الأشكال الدودة. (الشكل 2)
  2. eigenmodes حساب البيانات skeletonized. (الشكل 3،4)
  3. تظهر الشكل 5. قراءة أسطورة الرقم أو ممثل النتائج.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مثال: عندما تستخدم علفا، C. ايليجانس الانتقال من الأمام عكس الحركة، وغالبا ما تؤدي إعادة توجيه (أوميغا بدوره) قبل أن تعود إلى الحالة الحركة إلى الأمام. قياس هذا التحول المهم في فهم أنماط التنقل والبحث عن الطعام أيضا في التحكم في المحركات الدودة. يمكن أن ينظر إلى السلطة للكشف عن تفاصيل خفية من السلوك الحركي باستخدام جهاز تعقب لدينا.

وكمثال على ذلك ننظر إلى الأمام عكس وعكس الانتقال إلى الأمام من خلال التقا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

دراسة للتنقل والسلوك الطبيعي يتطلب تقنيات غير الغازية تتبع في شراكة مع تقنيات للحد من البيانات. هنا قد أثبتنا وسيلة سهلة لاستخدام نظام التتبع الذي يسجل صورا تفصيلية للC. ايليجانس السلوك لأنه يزحف على سطح لوحة أجار. كمية المعلومات الواردة في هذه الصور هو واسعة وعالية الأبعاد، وهكذا قمنا بتطوير وسائل للحد من الأبعاد من البيانات إلى أربعة فقط اجراءات جذرية. هذه التدابير هي شاملة وسهلة لتفسير السلوك فيما يتعلق دودة. لهذا العمل الذي نقوم تبين أن الانتقال بين الديدان إلى الأمام...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
اسم الجزء شركة كتالوج رقم التعليقات (اختياري)
CCD كاميرا باسلر A601f
عدسة ادموند البصريات سلسلة MMS
الألياف الإضاءة دولان جينر DC-950H
ترجمة المرحلة Deltron LS3-4
السائر موتور الولايات المتحدة الرقمية MS23C
السائر المحركات محرك الأقراص وزغة G201
السائر المحركات السيطرة SimpleStep SSXYZ
كافة التعليمات البرمجية البرمجة هو متاح. الرجاء إرسال بريد إلكتروني إلى طلب مؤلف كتاب المقابلة.

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 77 (1), 71-79 (1974).
  2. de Bono, M., Maricq, A. V. Neuronal substrates of complex behaviors in C. elegans. Annu. Rev. Neurosci. (28), 451-501 (2005).
  3. Pierce-Shimomura, J. T., Morse, T. M., Lockery, S. R. The fundamental role of pirouettes in Caenorhabditis elegans chemotaxis. J. Neurosci. 19 (21), 9557-9569 (1999).
  4. Gray, J. M., Hill, J. J., Bargmann, C. I. A circuit for navigation in Caenorhabditis elegans. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (9), 3184-3191 (2005).
  5. Baek, J. H., Cosman, P., Feng, Z., Silver, J., Schafer, W. R. Using machine vision to analyze and classify Caenorhabditis elegans behavioral phenotypes quantitatively. J. Neurosci. Methods. 118 (1), 9-21 (2002).
  6. Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. Dimensionality and Dynamics in the Behavior of C. elegans. PLoS Comput. Biol. 4 (1), e1000028(2008).
  7. Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. From modes to movement in the behavior of C. elegans. PLoS One. 5 (11), e13914(2010).
  8. Feng, Z., Cronin, C. J., Wittig, J. H. Jr, Sternberg, P. W., Schafer, W. R. An imaging system for standardized quantitative analysis of C. elegans behavior. BMC Bioinformatics. (5), 115(2004).
  9. Ramot, D., Johnson, B. E., Berry, T. L. Jr, Carnell, L., Goodman, M. B. The Parallel Worm Tracker: A Platform for Measuring Average Speed and Drug-Induced Paralysis in Nematodes. PLoS One. 3 (5), e2208(2008).
  10. Swierczek, N. A., Giles, A. C., Rankin, C. H., Kerr, R. A. High-throughput behavioral analysis in C. elegans. Nat. Methods. 8 (7), 592-598 (2011).
  11. Leifer, A. M., Fang-Yen, C., Gershow, M., Alkema, M. J., Samuel, A. D. Optogenetic manipulation of neural activity in freely moving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 147-152 (2011).
  12. Stirman, J. N., Crane, M. M., Husson, S. J., Wabnig, S., Schultheis, C., Gottschalk, A., Lu, H. Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 153-158 (2011).
  13. Ben Arous, J., Tanizawa, Y., Rabinowitch, I., Chatenay, D., Schafer, W. R. Automated imaging of neuronal activity in freely behaving Caenorhabditis elegans. J Neurosci Methods. 187 (2), 229-234 (2010).
  14. Wittenburg, N., Baumeister, R. Thermal avoidance in Caenorhabditis elegans: an approach to the study of nociception. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (18), 10477-10482 (1999).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

C elegans TrackingWorm TrackerImage ProcessingData AnalysisAgar PlateStepper MotorLabVIEW SoftwareEigen Mode AnalysisBehavioral MeasurementDimensionality Reduction

مقالات ذات صلة