SwarmSight：利用常规制备方法和普通硬件实时追踪昆虫触角运动与喙伸反射

本实验的总体目标是利用开源的群体行为分析软件，结合常规的摄像机和计算机硬件，快速测量常见动物准备状态下昆虫触角和喙的运动。这些方法可用于快速获得触角和喙运动的高分辨率数据。应用这些技术有助于阐明触角和喙的运动如何响应化学、发育及遗传操作而发生变化。

该技术的主要优势在于，它能够利用免费软件快速测量运动，且无需复杂的视频或计算机硬件。尽管该方法可为蜜蜂对气味的反应提供见解，但也可应用于其他昆虫系统。首先，使用小瓶从蜂巢入口处采集工蜂，并将小瓶短暂放入冰水混合物中。

用胶带将每只蜜蜂固定在束缚管中，然后在管的顶部覆盖胶带以遮住足部。确保从束缚管顶部无法看到蜜蜂的足部。接下来，在解剖显微镜下，使用低温烙铁将加热融化的石蜡涂在每只蜜蜂头部的背面，以固定其头部。

使用细杆将触角从石蜡处撑开，确保触角能够自由活动。使用网络摄像头支架将摄像头置于蜜蜂头部正上方，并利用录像软件查看视频画面，放大至头部区域。在胶带和石蜡固定完成后，通过摄像头预览画面，检查是否有任何非触角或喙部的结构发生移动或变化。

然后根据需要调整胶带和石蜡。接着，使用录音软件的设置保持相机曝光恒定，并调节曝光滑块至所需值。调节对比度、亮度和锐度滑块，以增强触角的检测效果。

调整环境光照以减少触角阴影。使用漫射光源，例如实验室用鹅颈灯或覆盖纸张的手电筒，以照亮蜜蜂。然后，在相机视野内放置一个LED灯，用于指示刺激性气味的递送时机。

在通风橱中，准备将用于视频记录期间刺激蜜蜂的气味 cartridges。将气味输送源放置在束缚管附近，注意不要遮挡摄像机视野。在气味源的对面放置一个真空源，以清除刺激性气味，并在呈现气味前打开真空源。

在蜜蜂被固定且摄像准备工作完成后，将每只蜜蜂在每种实验条件下的行为分别录制为独立的视频文件。接着，在蜂群位置触角追踪模块中，单击浏览按钮以打开一个视频文件。视频文件加载后，将触角传感器控件放置在蜜蜂头部上方。

使用旋转和缩放图标调整小部件的对齐方式。小部件应覆盖蜜蜂触角的整个活动范围。接下来，将处理传感器小部件放置在 LED 指示灯上方，该指示灯用于提示刺激性气味正在释放。

单击左下角的播放按钮，开始逐帧播放视频文件。天线和喙的可能位置将以黄色高亮显示，黄色圆环将指示附肢的末端。调整滤镜部分的滑块，以优化滤镜的灵敏度。

当达到理想的灵敏度时，视频帧中仅应突出显示蜜蜂的附肢。快进视频的后续部分，以确保在整个视频中滤波器的灵敏度均处于最佳状态。通过拍摄一段昆虫的简短样本视频并使用软件进行分析，来测试您的设置，注意观察软件是否检测到无关的运动物体。

调整场景、光照和摄像机角度，直到软件能够分离出触角和喙的运动。设置好控件和滤波器后，暂停视频，重新启动并从头到尾播放一遍。最后，展开保存选项，点击保存跟踪数据按钮，并选择一个文件夹以保存文件。

为了验证附肢追踪软件的准确性，两名人工评分者在425个视频帧中标记了触角的尖端位置，随后由软件对这些位置进行分析。本图展示了两名人工评分者之间的距离，以及软件检测结果与人工标记位置之间的距离（即软件与最近人工标记之间的距离）。在视频前半段的帧中，人工评分者之间的差异较小，而在视频后半段该差异逐渐增大。

在整个视频中，软件检测到的蜜蜂与人体最近距离水平保持恒定。23只雌性蜜蜂暴露于五种不同的气味条件下，并使用附肢追踪软件分析实验视频。除了对照条件外，该软件能够检测到在暴露于实验性气味条件后，蜜蜂触角平均角度变化存在显著差异。

此外，触角角度密度图揭示了触角位置偏好的聚集区域。图中红色聚集区域表明，在气味出现后不久，触角倾向于远离气味源的角度；而在气味结束后的短时间内，触角则倾向于朝向气味源的角度。在进行该操作时，重要的是要记住，在录制前需仔细检查每个视频画面，以确保蜜蜂位置和光照条件达到最佳。

此外，使用视觉指示器标记气味递送的时间点非常重要。完成该操作后，可进行其他方法，例如气味条件化训练。该方法还适用于探究蜜蜂及其他昆虫的先天性反应。

请注意，操作蜜蜂和某些化学品可能存在危险。进行该实验时，应始终穿戴适当的个人防护装备。一旦掌握该方法，便可高效地获取大量昆虫在不同实验条件下的触角和喙部运动数据。

本实验中使用的开源软件 Swarm Sight 可从 swarmsight.org 获取。