تحليل الآلي لل C. ايليجانس السباحة السلوك باستخدام CeleST البرمجيات

الهدف العام لهذه المنهجية هو التقييم الكمي لسلوك السباحة C.Elegans باستخدام برنامج Computer Vision المسمى CeleST ، لاختبار C.Elegans Swim "يمكن أن تساعد طريقة التحليل هذه في معالجة تأثير الطفرات الجينية أو التدخلات الدوائية على سلوك السباحة C.elegans. يمكنه أيضا بسهولة تسجيل الانخفاض المرتبط بالعمر في قدرات القاطرات. تتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في أنه يمكن تتبع متعددة في وقت واحد ، مع تحليل جوانب مختلفة من وضعية السباحة لتسجيل ثمانية معلمات لسلوك السباحة ، وتقييم البيانات الآلي.

ابدأ بالحصول على مجهر استريو وكاميرا CCD رقمية بالإضافة إلى جهاز كمبيوتر مزود ببرنامج تسجيل فيديو رقمي وبرنامج رؤية كمبيوتر لتحليل سلوك السباحة C.Elegans. ضمن برنامج تسجيل الفيديو الرقمي ، قم بإعداد الإعدادات التالية: قم بتغطية المجهر بقطعة قماش داكنة لمنع الوهج في منطقة إسقاط السباحة على شريحة المجهر ، وتحسين جودة الصورة. اضبط مسافة عمل المجهر وتكبيره على الرؤية الكاملة لمنطقة السباحة ، واضبط المرآة الأساسية للحصول على تباين حاد للحيوانات مقابل الخلفية.

بعد ذلك ، اضبط الإضاءة على المجال المظلم لتصور أجساد البالغين على أنها بيضاء على خلفية سوداء. بعد ذلك، ضع الماصة سعة 60 ميكرولترا من المخزن المؤقت 1 × M9 في حلقة مقاس 10 ملم، مطبوعة مسبقا على شريحة مجهرية، وتأكد من أن القطرة تغطي المنطقة الداخلية للحلقة بالكامل. انقل أربع ديدان خيطية بالغة إلى قطرة 1 × M9 مع تقليل انتقال البكتيريا التي يمكن أن تعتيم السائل.

قلل من البكتيريا في السباحة جيدا إما عن طريق السماح للديدان الخيطية بالزحف لفترة وجيزة على منطقة غير مقصورة من الصفيحة قبل نقلها ، أو خلط السباحة جيدا قليلا لتفريق آثار البكتيريا الطفيفة قبل التسجيل. بعد ذلك ، ضع الشريحة المحملة بالديدان الخيطية البالغة على قاعدة المجهر لتسجيل سلوكهم في السباحة في سائل في مقاطع فيديو مدتها 30 ثانية. للتسجيل، حدد تسلسل جديد في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) تحت عنوان الصفحة الرئيسية، ثم اضغط على زر التسجيل الأحمر.

أخيرا ، بعد اكتمال التسجيل ، انقر فوق الصفحة الرئيسية العنوان وحدد تصدير التسلسل الكامل، لتجزئة الفيديو إلى سلسلة من إطارات الصور. ابدأ بتشغيل برنامج Computer Vision لتحليل سلوك السباحة C.elegans من Mat Lab بالنقر فوق الزر "تشغيل". على الشاشة الرئيسية لبرنامج تحليل السباحة ، استخدم أزرار إضافة مقطع فيديو واحد "أو إضافة مقاطع فيديو متعددة" لتحميل تسلسلات إطارات الصور واحدة تلو الأخرى أو في مجموعات أثناء إرفاق الملصقات ذات الصلة ، مثل النمط الجيني والتاريخ والتجربة والمدة.

ثم انقر فوق معالجة مقاطع الفيديو "لتمكين التتبع المتزامن لحيوانات متعددة في التسلسلات التي تم تحميلها. في الشاشة الجديدة التي تظهر ، حدد مقاطع الفيديو المطلوبة في المربع الأيسر وانقر فوق إضافة إلى القائمة "بعد ذلك ، حدد منطقة السباحة عن طريق تحديد ثلاث نقاط داخل الحلبة وابدأ المعالجة بالنقر فوق معالجة جميع مقاطع الفيديو المذكورة أعلاه. عرض تقدم معالجة الفيديو في الجزء السفلي الأوسط من الشاشة.

بعد اكتماله ، أغلق شاشة معالجة الفيديو. ابدأ بالنقر فوق حساب الإجراءات"لفتح شاشة جديدة حيث يمكن تحميل مقاطع الفيديو التي تمت معالجتها واحدة تلو الأخرى للتحقق من صحة أو رفض تتبع المنفردة. استخدم هذه الخطوة اليدوية للتركيز على مناطق التتبع المفقود ، الموضحة في الكتل الحمراء ، والتباين مع التتبع الناجح ، المشار إليه في الكتل الخضراء.

أوجد صلاحية الجسم المجزأ" في شريط الألوان الأول عبر الشاشة في النصف السفلي. لاحظ أن النسبة المئوية للإطارات الصالحة باللون الأخضر، والنسبة المئوية للإطارات المرفوضة باللون الأحمر. بعد ذلك ، انتقل وقم بتعديل كتل الإطارات الصالحة أو المرفوضة باستخدام الكتلة التالية ، وصلاحية التبديل "تقسيم الكتلة" وعزل الإطار".

في حالة نادرة يتقاطع فيها حيوانان في منطقة سباحة غير مزدحمة ، قم بتبديل أرقام التعريف الخاصة بهما عبر نطاق إطار معين باستخدام زر Switch". أخيرا ، انقر فوق حفظ وحساب الإجراءات "لحفظ إدخال الصلاحية قبل تحميل مقطع فيديو آخر تمت معالجته. ثم حدد إغلاق" للخروج من شاشة مقاييس الحوسبة.

لاحظ أن البرنامج يحسب خرائط الانحناء لأداء السباحة للحيوانات الفردية في الخلفية بالإضافة إلى المعلمات الثمانية المشار إليها لاحقا. على الشاشة الرئيسية لبرنامج Computer Vision ، انقر فوق عرض النتائج "للحصول على إخراج التحليل. بعد ذلك ، قم بإنشاء مجموعات عينة للمعالجة الإحصائية عن طريق تحديد التسلسلات التي تم تحليلها المطلوبة من الإطارات في المربع الأيسر ونقلها إلى مجموعة عينة موجودة أحدث بالنقر فوق الزر إضافة إلى العينة المحددة "أو إضافة إلى عينة جديدة".

انقر فوق إظهار الرسوم البيانية لهذه العينات"للانتقال إلى شاشة ثانية تعرض الرسوم البيانية والإحصائيات الرئيسية للعينات لكل معلمة من المعلمات الثمانية عن طريق التحديد أعلى الشاشة. بعد ذلك ، حدد الرسوم البيانية ثنائية الأبعاد "لرسم مجموعات من أي معلمتين عبر القياس على المحور X والقياس على القوائم المنسدلة للمحور Y على يسار الشاشة. انقر فوق إغلاق للخروج والعودة إلى شاشة عرض النتائج.

بعد ذلك ، حدد زر التصدير في الجزء العلوي الأيسر من الشاشة لحفظ البيانات الرقمية التفصيلية كملف csv لفتحه ومعالجته بشكل أكبر في برنامج جداول بيانات. أخيرا ، حدد إغلاق "للخروج من شاشة عرض النتائج" والعودة إلى الشاشة الرئيسية. انقر فوق إنهاء"لضمان حفظ قاعدة البيانات التي تحتوي على تسلسلات الفيديو التي تم تحليلها.

انخفضت بعض معايير السباحة ، مثل معدل بدء الموجة ، ومؤشر النشاط ، وضربة الفرشاة ، وسرعة السفر تدريجيا مع تقدم العمر حتى في الخلفيات الجينية المواتية. من ناحية أخرى ، اتجهت معلمات رقم موجة الجسم وعدم التناسق والتمدد والتجعيد مع تقدم العمر في النوع البري والبالغين المتحولين المتقدمين في السن. على الرغم من أن جميع الديدان الخيطية تبدأ كبالغين أصحاء ، إلا أن بعضها يفقد لياقته البدنية بسرعة ، بينما يحافظ البعض الآخر على قوته لفترات أطول من الوقت ، مما يشير إلى أن كبار السن السيئين لديهم فترة صحية أقصر بكثير من كبار السن الرشيقة.

بمجرد إتقانها ، يمكن الحصول على تحليل لأربع ديدان سباحة في غضون دقائق. يستغرق الحساب حوالي ست دقائق لكل مقطع فيديو ، ويمكن إجراؤه عن بعد. من الممكن معالجة 250 يوميا.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية الحصول على مقاطع فيديو لتجارب السباحة ، ومعالجة البيانات للحصول على تقييم الحركة في السائل.