2026年2月20日
在大气压下看似无害的气体,在高压条件下可能会引发如麻醉等行为。传统的高压压舱成本高且劳动密集。本研究提供了一种简单且低成本的方法,用于在4个大气压以下的中等压力下,观察氙对果蝇黑腹蝇的影响。
我的研究旨在了解全身麻醉的工作原理,在高压氧条件下有几种气体是麻醉剂。该方案允许我们用氙气麻醉果蝇,以研究全身麻醉的基本机制。首先,每次实验采集20只麻醉的雌雄果蝇,年龄为1至3天,并在实验前以约22摄氏度的温度与食物一起放置于小瓶中,至少24小时。
将容器气瓶中的气体转移到防泄漏气囊中进行实验使用。使用硅胶管,将气瓶出口直接连接到气囊入口,以便气体转移。将一根25毫米长的硅胶管连接到聚丙烯注射器上。
将聚丙烯注射器连接到气囊和三通水龙头。组装高压装置时,首先将LED灯台横向放置在桌面上。将注射泵放置在LED灯台的一侧短边旁,朝向使实验注射器放置时能伸出背光之上。
现在,剪下一根75毫米长的硅胶管。用中央喷嘴的硅胶管将三通阀连接到压力计。在压力计侧的喷嘴和顶部的三向接头使用主机弹簧夹,确保管道牢固固定。
然后,使用喷油泵控制单元上标有双箭头的按钮,将速度设置为每分钟80毫米,持续时间为38秒,实现自动压缩或减压柱塞。接下来,限制实验室内的环境光,并打开LED灯台。将亮度设置为三以增加视频对比度。
把活塞从聚碳酸酯注射器里取下来。在注射器尖端插入少量棉花以防止蝇逃逸。要将40只飞蝇转移到聚碳酸酯注射器中,拆下瓶盖,将注射器桶放在注射器顶部,倒置组件,轻敲即可将飞蝇移入注射器桶中。
将注射器朝向枪管标记,以便最佳地观察飞蝇。通过使用可调节螺丝将注射筒和活塞头固定在注射泵上,从而固定注射器。现在,把棉花从注射器尖端取下,把注射器连接到三通水龙头上。
开始录像。打开压力计,然后转动停止器,将压力计与注射器连接,确认千帕压力为零。将三向吸头转到侧向位置,以便与注射器交换空气。
通过喷油泵的手动控制选项,将活塞从20毫升位置移到2毫升的位置。从气袋吸入18毫升麻醉气体到聚丙烯注射器中。将注射器连接到三向吸头的侧向鱼饵锁孔。
然后,使用喷油泵的手动选项,将活塞推回20毫升的范围。转动止挡,将压力计与注射器连接,观察压力读数。用预设的速度和持续时间设置启动自动活塞移动。
让活塞在38秒内达到5毫升,同时监测压力。将活塞保持在5毫升位置20秒,记录峰值压力。轻轻敲击注射器,将附着在活塞上的蝇子脱落,让它们沉稳在底部。
20秒后启动自动减压。当活塞回到20毫升时结束实验,记录最终压力以控制泄漏。启动ScreenFlow来编辑视频。
将每个录制的视频裁剪到对应注射器桶前五毫升的感兴趣区域。将每个视频剪辑到注射器减压后的前20秒。把视频导出成GIF并复制。
现在,启动斐济软件,移除不同重复帧的首尾帧。依次点击图片,编辑视频,删除帧。点击process,二进制,并将每个GIF文件变成二进制,这样苍蝇在黑色背景上显得白色。
在斐济打开两个二进制文件。通过选择过程和图像计算器来计算它们之间的像素差,生成像素差文件。保存像素差分文件后,选择分析和分析粒子,调整像素大小阈值以提升信噪比。
保存生成的CSV文件,里面有每帧像素差异。利用数据计算跨帧的累计移动,进行统计比较。实验视频通过转换为二进制和差异图像进行处理,以便进行像素分析。
如果没有阈值化,像素差异会在帧中累积,使基线信号提升到大约20,000。将像素尺寸阈值从100到1000限制,可以减少背景信号,并突出由飞蝇移动引起的差异。帧数差值在第200帧之前几乎为零。
YOLOv11 N型号跟踪飞蝇时每帧精度很高,但频繁遮挡导致飞蝇识别分配过高。由于追踪不一致,蝇类运动通过将每个实验中所有鉴定位位相加并最多归一化200个位表示来量化。暴露于85%氙气的果蝇恢复得更快,移动速度也比暴露在90%或95%氙气中的蝇更多。
我们的方案简洁高效,使用比传统压力室更便宜的材料。最大压力限制在大约四个大气压,密封不完美会导致压力逐渐流失。该装置使麻醉气体对小型模型生物行为的影响能够重复测量。
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This article presents a streamlined experimental protocol for studying the effects of xenon anesthesia on Drosophila melanogaster under hyperbaric conditions. The setup enables precise behavioral analysis of fruit flies exposed to elevated gas pressures, facilitating research into the mechanisms of general anesthesia and narcosis in small model organisms.
Quantitative behavioral analysis of anesthetic effects in Drosophila melanogaster under hyperbaric conditions addresses a critical gap in early-stage neuropharmacology and target validation. This protocol enables reproducible, scalable assessment of gas-induced cognitive and motor changes, supporting mechanistic de-risking and predictive confidence in CNS drug discovery. The approach offers a cost-effective, adaptable platform for evaluating anesthetic mechanisms and cross-species translational relevance.
This protocol integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies to preclinical behavioral validation, providing a bridge between in vitro assays and mammalian models.