طريقة حسابية لقياس النشاط الإيقاعية يطير

في معظم ، تنسق ساعات الساعة البيولوجية العمليات السلوكية والجزيئية وتزامنتها مع دورة الضوء والظلام اليومية. في ذباب الفاكهة ، تتم دراسة الساعة عادة باستخدام التسجيلات الحركية. فيما يلي مثال على متوسط الحركة من النوع البري المقاس في ضوء 12 ساعة ، دورة مظلمة مدتها 12 ساعة ، ودورة الضوء والظلام الموضحة بشريط أصفر وأسود في الأعلى.

يظهر تسجيل الذبابة النموذجي نمطا معقدا وبيولوجيا مع ذروتين من النشاط ، ذروة الصباح التي تحدث عند الفجر وذروة المساء التي تحدث عند الغسق. تشكل هاتان القمتان معا شكلا موجيا مختلفا تماما عن التذبذبات الجيبية التي لوحظت في جينات الساعة ، مما يشير إلى أن الآليات ، بالإضافة إلى الساعة ، لها تأثير عميق في إنتاج النمط المرصود في البيانات السلوكية. نقدم هنا الطريقة الأولى التي تصف رياضيا الفطائر الزمنية في نشاط الذباب.

نحن نلائم بيانات النشاط مع نموذج موجة يحاكي حركة الذبابة. يتكون نموذجنا من أربعة حدود أسية ، مصطلحان من ذروة الصباح ومصطلحان من ذروة المساء. جنبا إلى جنب مع الفترة البيولوجية ، يحتوي نموذجنا على تسعة معايير مستقلة.

المعلمات B معدل الصباح ، واضمحلال الصباح ، والشروق المسائي ، والاضمحلال في المساء. يحدد TM و TE عرض قمم الصباح والمساء ، ويحدد HM و HE ارتفاعات القمم. تصف هذه المعلمات معا بشكل كامل حجم وشكل ذروة الصباح والمساء في نمط النشاط.

يمكن تطبيق طريقتنا لتوضيح الآليات والركيزة التي تكمن وراء نمط النشاط ثنائي النمط الذي يتم ملاحظته بشكل شائع في قراءات حركة الذبابة. لتجربة الحركة ، قم بإعداد أنابيب فردية مع الطعام من أحد طرفيه والقطن من الطرف الآخر. لذلك ، أولا ، ضع خمسة إلى ستة جرامات من طعام الذباب في دورق سعة 50 مل.

قطع الطعام إلى قطع صغيرة ، لذلك سيكون من الأسهل إذابته في الميكروويف. جهاز مراقبة نشاط واحد يناسب 32 أنبوبا فرديا. لذلك ، خذ 32 أنبوبا وقم بتوصيلها معا باستخدام شريط مطاطي.

تذوب الطعام في الدورق في الميكروويف. سخني الطعام لمدة 10 إلى 15 ثانية تقريبا. أوقف الميكروويف كل خمس ثوان ، ورج الدورق بالطعام قليلا لضمان ذوبان الطعام بالتساوي.

تأكد من ذوبان جميع الأطعمة وعدم وجود قطع صلبة من الطعام في الدرق. بينما لا يزال الطعام سائلا ، أدخل الأنابيب في الدورق مع الطعام. حرك الأنابيب لأعلى ولأسفل قليلا ، حتى تمتلئ بالتساوي.

دع الطعام يبرد ويتصلب لمدة ساعة تقريبا. بعد أن يصبح الطعام صلبا ، قم بإزالة الأنابيب من الدورق باستخدام حركة دورانية حتى لا يلتصق الطعام بقاع الدورق ثم قم بإزالة الشريط المطاطي.

ختم النهاية بالطعام باستخدام الشمع. لذلك ، أولا ، امسح الأنبوب بعناية باستخدام منشفة ورقية. ثم اضغط على الأنبوب مقابل الشمع.

تحقق بصريا من جودة الختم ، وإذا لزم الأمر ، كرر الختم مرة أخرى. باستخدام هذه التقنية ، أغلق جميع الأنابيب للتجربة. الطرف الآخر من الأنابيب يغلق مع القطن.

سيسمح القطن للهواء بالمرور بينما يحافظ على الذباب مغلقا داخل الأنابيب. من السهل أيضا إزالتها وإعادتها ، والتي ستكون مفيدة عندما نقوم بتحميل الأنابيب بالذباب للتجربة. الآن ، بعد أن تصبح الأنابيب جاهزة ، قم بتحميلها بالذباب للتجربة.

لذلك ، قم بتفريغ الذباب على الوسادة بثاني أكسيد الكربون2. ثم ، باستخدام الفرشاة ، ضع ذبابة واحدة بعناية في كل أنبوب على حدة. ضع الأنبوب مع الذبابة في الشاشة.

بنفس الترتيب كما في الشاشة ، سيتم تسجيل حركة الطيران في ملف الإخراج بواسطة نظام الشاشة. قم بتوصيل الشاشة بالكمبيوتر ، وضعها في حاضنة تحافظ على درجة حرارة ورطوبة ثابتة. بناء على التجربة، اضبط ظروف الإضاءة/الظلام المناسبة.

لتجربة الضوء / الظلام ، احتفظ بالذباب في دورة الضوء والظلام للتجربة بأكملها. لا تستخدم اليوم الأول من القياسات في التحليل. لتجربة الظلام المستمر ، احتفظ أولا بالذباب لمدة يومين في ظروف الضوء / الظلام لاحتجاز الساعات وتزامنها ، ثم انتقل إلى الظلام المستمر.

لا تستخدم القياسات من اليوم الأول من الظلام المستمر في التحليل. قبل الانتقال إلى القسم التالي ، نوصي بقراءة البروتوكول. سيقوم نظام الشاشة بإخراج ملف واحد يحتوي على نشاط جميع الذباب في الشاشة.

يحتوي آخر 32 عمودا من ملف الإخراج على نشاط الذباب الفردي. يعمل برنامجنا مع أنشطة الذبابة الواحدة. لذلك ، قم بتقسيم ملف الإخراج إلى ملفات نشاط ذبابة واحدة متعددة.

يجب أن يكون كل ملف ملف TXT أحادي العمود. الآن ، بعد إعداد ملفات النشاط ، يمكننا إجراء تحليلنا. قم بتشغيل الدالة ModelFitPS3 في نافذة أوامر MATLAB باستخدام معلمات الإدخال التالية.

معدل أخذ العينات ، ضع الفاصل الزمني لعينة البيانات بالثواني. على سبيل المثال ، تم أخذ بياناتنا بمعدل أخذ عينات مدته 20 ثانية. لذلك ، نضع 20 هنا.

كفاصل زمني للسل، ضع الفاصل الزمني بالدقائق، حيث سيتم تجميع البيانات للحصول على تصور أفضل. نوصي بالتجميع إلى 20 أو 30 دقيقة ، ولكن في الوقت الحالي ، سأضع 10 هنا ، فقط لأوضح لك لاحقا كيف يمكن تغييرها بسهولة. بالنسبة للاتجاه ، ضع واحدا إذا أظهرت البيانات اتجاه خط الأساس وصفر بخلاف ذلك.

بياناتنا على أي اتجاه أساسي. لذلك ، أضع صفرا هنا. اضغط على Enter لتشغيل الوظيفة.

في النافذة المنبثقة ، حدد ملف نشاط ذبابة واحدة ، واضغط على فتح. سيقوم البرنامج بحساب ورسم طيف طاقة البيانات. في هذه النافذة، حدد الفترة الأساسية في البيانات.

لذلك ، إما النقر بزر الماوس الأيسر في الذروة في فترة الساعة البيولوجية أو باستخدام زر الماوس الأيمن على الذروة في التوافقي الثاني ، يتم تكراره تقريبا في فترة الساعة البيولوجية مقسوما على اثنين. في حالتنا ، تكون الذروة عند التوافقي الثاني أكبر بكثير وأكثر حدة من الذروة في فترة الساعة البيولوجية. لذلك ، نستخدم الخيار الثاني.

بعد ذلك، سيقوم البرنامج برسم البيانات المجمعة في الفاصل الزمني المحدد للسلة. كما ترون ، عند الفاصل الزمني البالغ 10 دقائق ، لا يتم تصور ذروة الصباح والمساء جيدا. لذلك ، نريد تغيير هذه القيمة.

للقيام بذلك ، ما عليك سوى النقر بزر الماوس الأيمن في أي مكان على الرسم البياني. في مربع الحوار الجديد، اكتب القيمة الجديدة للفاصل الزمني للسلة. نوصي بتجميع الفاصل الزمني لمدة 20 دقيقة.

لذلك ، نضع 20 هنا. اضغط على موافق. يقوم البرنامج على الفور بإعادة رسم البيانات بالقيمة الجديدة للفاصل الزمني للسلة. لقبول هذه القيمة ، ما عليك سوى النقر بزر الماوس الأيسر في أي مكان على الرسم البياني.

سيقوم البرنامج الآن بإعادة رسم البيانات وإظهار خمسة أيام فقط من القياس. في هذه النافذة، حدد الذروة الصباحية الأولى التي سيتم استخدامها في التحليل. في بعض الأحيان يكون من الضروري تخطي أول يوم أو يومين ، الأمر الذي يستغرق الذباب للتكيف مع دورة الضوء والظلام.

لتحديد ذروة الصباح ، ما عليك سوى النقر فوق الذروة المفضلة. سيعيد البرنامج رسم البيانات ، ويعرض الآن ثلاثة أيام فقط من القياسات بدءا من ذروة الصباح المحددة. تظهر الخطوط الرأسية الزرقاء والحمراء ذروة المساء الأولى وذروة الصباح الثانية بناء على الفترة المحددة في النافذة الأولى.

في هذه النافذة ، حدد النقطة المستخدمة في الأنبوب للملاءمة الأولية للبيانات مع وظيفة النموذج. لذلك ، انقر فوق النقاط التالية بهذا الترتيب بالذات. أولا ، انقر فوق قمة ذروة الصباح الأولى.

يشار إلى النقرة بالنجمة الحمراء في الأسفل ، والتي توضح موقع النقرة. ثم انقر فوق نهاية ذروة الصباح ، ثم في بداية ذروة المساء ، ثم في الجزء العلوي من ذروة المساء ، ثم في نهاية ذروة المساء ، وأخيرا على قمة ذروة الصباح في اليوم التالي. سيقوم البرنامج برسم طيف الطاقة مرة أخرى حيث يتم الحصول على المعلمات النهائية من الملاءمة الطيفية.

يتم رسم الطيف الآن كتردد على المحور x ، وتقع ذروة الساعة البيولوجية على الجانب الأيسر من المؤامرة. تظهر الفترة المحددة في الخطوة الأولى بخط عمودي أحمر. لتحديد نقاط التركيب ، أولا ، حدد الفترة الأولية تقريبا.

لذلك ، إما النقر بزر الماوس الأيسر على الذروة في فترة الساعة البيولوجية ، أو النقر بزر الماوس الأيمن على الذروة في التوافقي الثاني. سنستخدم الخيار الثاني مرة أخرى. بعد ذلك ، سيظهر شريط تمرير في الأسفل لتحديد نقاط الملاءمة الطيفية.

ستظهر النقاط بدوائر حمراء وستظهر بعد تحريك شريط التمرير. حرك شريط التمرير إلى اليسار واليمين ، وضع النقاط في أقرب مكان ممكن من قمم القمم الطيفية. بعد تحقيق أفضل صورة ، اضغط على الزر قبول ، وسيقوم البرنامج بملاءمة النقاط المحددة مع التعبير التحليلي لطفيف قدرة النموذج.

بعد التركيب ، سيقوم البرنامج بإخراج رسمين بيانيين آخرين. الأول هو طيف الطاقة للنموذج الذي تم إنشاؤه باستخدام المعلمات المستخرجة. والثاني هو البيانات المزودة بالنموذج.

يتم عرض البيانات بخط أسود ، ويظهر النموذج بخط أحمر. يمكن ملاحظة أن الوظيفة تشبه إلى حد كبير البيانات ، خاصة الأيام الثلاثة الأخيرة من النشاط. يتم حفظ المعلمات المستخرجة في ملف TXT لمعلمات ملاءمة النموذج.

بعد اسم الملف ، يتم حفظ المعلمات بالترتيب التالي ، أولا ب من اضمحلال الصباح ، ثم ب من شروق الصباح ، ب من الارتفاع المسائي ، ب من الاضمحلال المسائي ، الفترة اليومية ، ثم عرض ذروة الصباح مقسوما على الفترة البيولوجية ، عرض الذروة المسائية مقسوما على الفترة البيولوجية ، ارتفاع ذروة الصباح ، ارتفاع ذروة المساء ، والخطأ المناسب للملاءمة الطيفية. بالإضافة إلى ملف معلمات ملاءمة النموذج ، سيقوم البرنامج أيضا بإخراج ملفين آخرين. أولا ، هل تتناسب البيانات مع وظيفة النموذج ، والثانية هي الملاءمة الطيفية.

قم بإجراء هذا التحليل مع ملفات النشاط الأخرى. يتم حفظ جميع المعلمات المستخرجة في ملف TXT لمعلمات ملاءمة النموذج ويمكن استخدامها بشكل أكبر لتوصيل الإخراج السلوكي بالآليات الأساسية التي تنظم السلوك اليومي للذبابة التي يتحكم فيها نمط نشاط النموذج.