Das Protokoll beschreibt hier die Messung der räumlichen Organisation der visuellen Achsen von Stubenfliegenaugen, abgebildet durch ein automatisches Gerät, unter Verwendung des Pseudopupillenphänomens und des Pupillenmechanismus der Photorezeptorzellen.
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Methodenartikel
Automatisiertes Charting des visuellen Raums von Stubenfliegen-Facettenaugen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Dieses Papier beschreibt die automatische Messung der räumlichen Organisation der Sehachsen von Insektenfacettenaugen, die aus mehreren tausend visuellen Einheiten bestehen, die Ommatidien genannt werden. Jedes Ommatidium tastet die optische Information aus einem kleinen Raumwinkel ab, mit einer ungefähren Gauß-verteilten Empfindlichkeit (halbe Breite in der Größenordnung von 1°), zentriert um eine visuelle Achse. Zusammen sammeln die Ommatidien die visuellen Informationen aus einem fast panoramischen Sichtfeld. Die räumliche Verteilung der Sehachsen bestimmt somit die räumliche Auflösung des Auges. Die Kenntnis der optischen Organisation eines Facettenauges und seiner Sehschärfe ist entscheidend für quantitative Untersuchungen der neuronalen Verarbeitung der visuellen Information. Hier stellen wir ein automatisiertes Verfahren zur Abbildung der visuellen Achsen eines Facettenauges vor, wobei ein intrinsisches, in vivo optisches Phänomen, die Pseudopupille und der Pupillenmechanismus der Photorezeptorzellen verwendet werden. Wir skizzieren den optomechanischen Aufbau zum Scannen von Insektenaugen und verwenden experimentelle Ergebnisse einer Stubenfliege, Musca domestica, um die Schritte im Messverfahren zu veranschaulichen.
Einleitung
Die Kompaktheit visueller Insektensysteme und die Agilität ihrer Besitzer, die eine hochentwickelte visuelle Informationsverarbeitung demonstrieren, haben Menschen mit wissenschaftlichem und nicht-wissenschaftlichem Hintergrund fasziniert. Insektenfacettenaugen wurden als leistungsstarke optische Geräte anerkannt, die akute und vielseitige Sehfähigkeitenermöglichen 1,2. Fliegen zum Beispiel sind bekannt für ihre schnellen Reaktionen auf sich bewegende Objekte, und Bienen sind berühmt für ihre Farb- und Polarisationsvision2.
Die Facettenaugen von Arthropoden b....
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Protokoll
Das Protokoll entspricht den Insektenpflegerichtlinien der Universität.
1. Zubereitung einer Stubenfliege, Musca domestica
- Sammle die Fliege von der im Labor aufgezogenen Population. Legen Sie die Fliege in den Messinghalter (Abbildung 1).
- Schneiden Sie 6 mm aus dem oberen Teil des Rückhalterohrs (siehe Materialtabelle). Der neue obere Teil des Rohres hat einen Außendurchmesser von 4 mm und einen Innendurchmesser von 2,5 mm (Abbildung 1A). Legen Sie die lebende Fliege in das Rohr, versiegeln Sie das Rohr mit Baumwolle, um....
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Ergebnisse
Tiere und optische Stimulation
Die Experimente werden an Stubenfliegen (Musca domestica) durchgeführt, die aus einer Kultur stammen, die von der Abteilung für Evolutionäre Genetik der Universität Groningen unterhalten wird. Vor den Messungen wird eine Fliege immobilisiert, indem sie mit einem Low-Melting-Point-Wachs in ein gut passendes Rohr geklebt wird. Die Fliege wird anschließend auf der Bühne eines motorisierten Goniometers montiert. Die Mitte der beiden Drehtische fällt mit dem Brennpun.......
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Diskussion
Die räumliche Verteilung der Sehachsen von Stubenfliegenaugen kann mit Hilfe des Pseudopupillenphänomens der Facettenaugen und der Reflexionsänderungen, die durch den lichtabhängigen Pupillenmechanismus verursacht werden, kartiert werden. Daher ist eine untersuchte Fliege in einem goniometrischen System montiert, das die Inspektion des lokalen Facettenmusters mit einem Mikroskop-Setup ermöglicht, das mit einer Digitalkamera ausgestattet ist, alles unter Computersteuerung. Die Bildanalyse liefert Eyemaps. Eine wesentliche.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu melden.
Danksagungen
Diese Studie wurde vom Air Force Office of Scientific Research/European Office of Aerospace Research and Development AFOSR/EOARD finanziell unterstützt (Zuschuss FA9550-15-1-0068, an D.G.S.). Wir danken Dr. Primož Pirih für viele hilfreiche Gespräche und Kehan Satu, Hein Leertouwer und Oscar Rincón Cardeño für die Unterstützung.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Digitalkamera | PointGrey | BFLY-U3-23S6C-C | Erfassung von verstärkten Bildern und digitaler Kommunikation mit PC |
| Hochleistungsstern LED | Velleman | LH3WW | Lichtquelle zur Beobachtung und Abbildung des Facettenauges |
| Halterung für die untersuchte Fliege | Universität Groningen | Verschiedene Designs wurden von der Universitätswerkstatt hergestellt | |
| Linearmotor | ELERO | ELERO Junior 1, Version C | Betätigt das obere Mikroskop auf und ab. (Last 300N, Hubgeschwindigkeit 15mm/s, Nennstrom 1,2A) |
| Niedertemperatur-Schmelzwachs | verschiedenes | Das Niedertemperatur-Schmelzpunktwachs dient dazu, die Fliege zu immobilisieren und an der Halterung | |
| zu befestigen Mikroskop | Zeiss | Jede andere Mikroskopmarke ist geeignet; das bevorzugte Objektiv ist ein 5x | |
| Motor und LED-Controller | Universität Groningen | Z-o1 | Entworfen und gebaut von der Universität Groningen und basierend auf Arduino- und Adafruit-Technologien. |
| Motorisierter Tisch | Standa (Vilnius, Litauen) | 8MT175-50XYZ-8MR191-28 | Ein 6-Achsen-Motortisch, modifiziert mit 5 Freiheitsgraden. |
| Optische Komponenten | LINUS | Mehrere Diagramme und Linsen, die ein Epi-Beleuchtungssystem bilden (siehe Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002) | |
| PC mit MATLAB | Universität Groningen | Der PC ist in der Lage, die Bilder der PointGrey-Kamera zu verarbeiten, die LED-Intensität zu steuern und Steuerkommomaten an die Motorkanäle des Systems zu senden | |
| Stromversorgung (36V, 3.34A) | Standa (Vilnius, Litauen) | PUP120-17 | Dediziertes Netzteil für die STANDA-Motorsteuerungen |
| Lötkolben | verschiedene | Wird zum Schmelzen des Wachses | |
| verwendet Schritt- und Gleichstrommotor-Controller | Standa (Vilnius, Litauen) | 8SMC4-USB-B9-B9 | Dedizierte Controller für den STANDA-Motortisch, der mit MATLAB kommunizieren |
| kann Finntip-61 | Finnpipette Ky, Helsinki | FINNTIP-61, 200-1000μ L | PIPETTENSPITZEN FÜR FINNPIPETTEN, 400/BOX. Es wird verwendet, um die Fliege zu fixieren |
| Carving Pen Shaping/Thread Burning Tool | Max Wax | Die Spitze des Carving-Stifts wurde entwickelt, um Wachs auf den Kopf der Fliege zu übertragen | |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, USA | Hauptprogramm sowie die Toolboxen Image Acquisition, Image Analysis und Instrument Control. | Programmiersprache, die zur Implementierung der Algorithmen verwendet wird |
Referenzen
- Land, M. F., Nilsson, D. Animal Eyes. , Oxford University Press. (2012).
- Cronin, T. W., Johnsen, S., Marshall, N. J., Warrant, E. J. Visual Ecology. , Princeton University Press. (2014).
- Horridge, G. A.
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Nachdrucke und Genehmigungen
