果蝇飞行过程中的视觉介导气味追踪

飞行昆虫利用视觉线索在气流中稳定其飞行方向。因此，视觉对逆风追踪的稳定作用直接有助于气味追踪。利用嗅觉磁力牵引装置（OMT），我们可以研究视觉线索是否能在独立于风速线索的情况下直接影响气味追踪行为。

该实验首先通过调节红外LED的强度来优化果蝇的照明，以获得清晰的果蝇图像。照明不足会导致图像昏暗，而照明过强则会在果蝇成像良好时导致图像过度饱和。分析软件实时测量果蝇的身体角度，当在视觉上将果蝇拖入食物气味羽流中时，会导致其航向稳定地指向羽流的空间位置。

但只有当视觉全景包含强烈的视觉线索时才会如此。若在同一视觉环境中测试同一只果蝇，当环境的平均亮度相等但缺乏视觉边缘时，果蝇会失去空间定向能力，导致对气味羽流的追踪效果显著下降。大家好，我是来自加州大学洛杉矶分校生理科学系 Mark Fry 博士实验室的 Brian DeMars。

今天，我们将向您展示如何在嗅觉磁力束缚装置中获取并优化用于分析果蝇身体角度的视频图像。我们还将描述两个实验，以研究视觉线索对气味追踪行为的影响。在本实验室中，我们使用该方法研究视觉与嗅觉介导的果蝇飞行控制。

那么我们开始吧。优化视频图像对于获得高质量的数据至关重要，以获取更清晰的图像。首先，使用镊子将一只刚固定好的果蝇放入实验区域中。

接下来，将火线接口板载相机置于透明亚克力真空室下方，使相机通过玻璃真空管直接向上对准固定果蝇的腹面。确保视频系统的镜头上没有红外滤光涂层。使用位于LED面板正下方的环形红外LED阵列来照亮果蝇。

将每个LED分别对准果蝇的身体，以实现均匀照明，减少来自面板系统的眩光，并尽量降低果蝇所感知的视觉线索。建议将相机视野内的所有反射表面涂上哑光黑色涂料，并关闭室内灯光，以减少果蝇复眼可检测到的眩光和亮度波动。接下来，目视检查相机。

在黑色背景上，果蝇应呈现明亮的白色。如果图像模糊，可能需要调整镜头焦距。如果果蝇显得过暗，则LED阵列可能未对准焦距，或供电不足导致照明不充分。

最后，使用 MATLAB 中编写的自定义子程序并结合图像采集工具箱来获取视频。在 OMT 中一个简单的实验是观察饥饿的果蝇如何定位并主动追踪一股有吸引力的食物气味羽流。这些实验通常以随机区组设计进行，以尽量减少实验顺序可能带来的偏差。

通过调控视觉环境，可以影响果蝇追踪气味的能力。进行本实验时，每次使用视觉显示装置前，用镊子将一只刚被固定的果蝇放入实验区域，并围绕360度YA轴旋转果蝇数圈，以确保其运动顺畅。若果蝇无法平稳旋转，则弃用该个体。

如果问题仍然存在，则可能是磁体未对准。接下来，以随机顺序向果蝇呈现以下实验条件：高对比度条纹图案，并从气味出口释放水蒸气。

一种具有高对比度条纹图案并伴有吸引性气味蒸气的设置。在果蝇需自主寻找气味源的实验中，一种有效的方法是：将一条垂直条纹置于距离气味出口90度偏移的位置，同时分别以水蒸气和气味蒸气形成间隔为32分之一周期的单一条纹。每个实验条件下，以每秒30帧的速率采集视频，并使用MATLAB进行离线图像分析。当使用高浓度气味时，气味关闭后，气味出口可能仍会释放残留气味，应尽量减少其影响。

这可能会使果蝇随着旋转的全景图转动几秒钟，以便系统清除任何残留的气味。同时也有助于在不同实验处理之间视觉上旋转果蝇的位置，使果蝇持续积极参与实验，避免其停留在同一位置。

OMT 中的另一个基础实验是将一只果蝇视觉上拖入气味羽流中，瞬时改变视觉条件，然后测量其停留在羽流中的能力。实验采用随机区组设计，以尽量减少实验顺序带来的任何偏差。使用镊子将一只新近固定好的果蝇放入实验区域。

接下来，作为诊断性检查，将果蝇在实验 arena 中围绕多个方向进行数次视觉旋转。这一步可确保动物具备向各个方向定向的能力。在每种实验条件开始前，开启实验用气味（水或醋），并通过在气味流位置处振荡一条细小的垂直条纹，将果蝇在视觉上引导进入气味流中。

现在果蝇已朝向气流，移除振荡条纹，随后呈现以下视觉条件：高对比度全景条纹伴水蒸气、均匀背景伴水蒸气、高对比度全景条纹伴气味蒸气，以及均匀背景伴气味蒸气。

以每秒30帧的速率采集每种实验条件下的视频。然后使用用MATLAB编写的自定义软件程序对图像进行离线分析。在优化OMT视频图像时，请注意图像应呈现一个被照亮的果蝇，其背景为深黑色，且视野清晰。

过亮的图像可以通过减少背景干扰、降低红外LED的强度或关闭室内灯光来改善。如果果蝇 illumination 适当，调节红外LED的焦点或调制其强度可能解决该问题。

当让果蝇独立寻找气味羽流时，其不应显著定位到水蒸气羽流，但在丰富全景视觉线索存在的情况下，应始终能够定位到气味羽流。第二个测试是通过视觉引导果蝇直接进入气味羽流，并挑战其在面对多种静态视觉背景时维持在羽流内的航向。如果果蝇被带入水蒸气羽流中，应迅速转向离开。

如果果蝇被拖入气味羽流中，并且存在足够的视觉线索以介导稳定的追踪行为，果蝇将停留在羽流中。我们刚刚向您展示了如何为嗅觉磁悬浮装置优化采集到的视频图像。我们还描述了两种用于研究视觉线索对气味追踪影响的实验方案。

进行这些实验时，重要的是要记住，优化视频图像是获得高质量数据的关键。此外，无论采用何种实验方案，都要确保果蝇处于健康活跃的状态并积极参与实验。以上就是全部内容。

感谢观看，祝您的实验顺利。