Name: C. elegans Tracking und Behavioral Measurement (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 36 s
Description: Erfahren Sie, wie ein Video-Tracking-Mikroskopsystem das Verhalten von C. elegans mit hoher Auflösung erfasst und durch Dimensionalitätsreduktion vereinfacht. Diese Methode ermöglicht die quantitative Analyse stereotyper Lokomotionsmuster.

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Ein. Beschreibung von Tracking-Mikroskop <ol><li> Eine Agarplatte wird durch eine Faser-Lichtquelle beleuchtet und abgebildet mit einer Kamera. Dieses System wird auf einen X, Y Translationstisch montiert ist. </li><li> Die Stufe wird durch Standard-Schrittmotoren, die mit einem Schrittmotor-Controller verbunden bewegt werden. </li><li> Der Controller und die Kamera mit dem Computer verbunden ist und durch individuelle Programme in LabVIEW geschrieben. </li><li> Die Kamera Bilder der Oberfläche einer Agarplatte und identifiziert dunkle Objekte auf einem hellen Hintergrund. </li><li> Die Bildqualität wird so eingestellt, dass Computerprogramm kann Objekte in Echtzeit zu quantifizieren. Die Verstärkung, der Helligkeit und Verschlußzeit der Kamera eingestellt werden, um einen dunklen Objekts auf einem weißen Hintergrund zu liefern. </li><li> A Eichmarke für die automatische Kalibrierung wird durch Stossen die Agar-Oberfläche mit einem Wurm Pick gemacht. </li><li> Die gefilterten binären Bildes, das durch den Tracking-Programm verwendet wird, kann geprüft werden. </li><li> Die software hat eine Auto-Kalibrierung Funktion, die Kalibriermatrix berechnet, indem ein Testobjekt einen festen Abstand. </li><li> Abstände in Pixeln zu den Schritten von dem Schrittmotor durch die Kalibrierungsmatrix genommen kalibriert. </li><li> Nach der Kalibrierung ist das System bereit zu gehen und muss nicht neu kalibriert werden, wenn die Vergrößerung verändert wird oder wenn die Kamera neu positioniert. </li></ol> 2. Vorbereiten Spurplatten und C. elegans für Tracking <ol><li> Ein Kupfer-Ring wird verwendet, um die Würmer corral und halten sie von der Migration auf die Kante der Platte. Das Kupfer stellt eine lokale chemische Barriere und beeinflusst nicht die Bewegung der Schnecke sonst für die Dauer des Experiments (&lt;1 h). Heizen Sie den Ring zuerst, indem sie auf einem Heizblock oder gleichwertig. </li><li> Muffel auf eine frische Agarplatte (1,7% Bacto Agar, 0,25% Bacto-Pepton, 0,3% NaCl, 1 mM CaCl 2, 1 mM MgSO 4, 25 mM Kaliumphosphatpuffer, 5 pg / mlCholesterin), und drücken Sie leicht nach unten, um es in der Agar-Oberfläche einbinden. </li><li> Wählen L4 Bühne oder jungen erwachsenen Würmer auf eine Agarplatte mit einigen NGM-Puffer (0,3% NaCl, 1 mM CaCl 2, 1 mM MgSO 4, 25 mM Kaliumphosphatpuffer) gefüllt, um sie von Speiseresten zu waschen. Lassen Sie die Würmer schwimmen für ein paar Minuten. </li><li> Vorsichtig eine einzige Schnecke auf das Tracking Platte nahe der Mitte des Rings. Und legen Sie dann die Platte auf dem Wurm-Tracker. </li></ol> 3. Worm-Tracking <ol><li> Führen Sie das LabVIEW-Programm und wählen Sie Optionen, wenn nötig (Speicherort für Bilder, Arten von Abbildungen, Maße, Kamera-Einstellungen). </li><li> Mit dem Joystick das Mikroskop bis ein Bild des Wurms ist im Sichtfeld (Computer-Bildschirm). Drücken Sie auf &quot;Track&quot;, um die Tracking-Programm engagieren. </li><li> Das Computerprogramm misst direkt die Bewegungen eines binären gefilterten Bilder wie gezeigt und können Messungen über dieses Bild in Echtzeit zu machen </li><li> Achterner Verfolgen einer Rekonstruktion der globalen Bewegungsbahn aus den Schrittmotor Bewegungen ausgeführt werden, während die lokalen Formänderungen der Schnecke im Detail gesehen werden kann. </li></ol> 4. Data Analysis <ol><li> Führen Skelettieren script (MATLAB) des Wurms Formen parametrieren. (Abbildung 2) </li><li> Berechnen Eigenmoden der skelettierten Daten. (Abbildung 3,4) </li><li> Zeigen Abbildung 5. Lesen Figur Legende oder repräsentative Ergebnisse. </li></ol>

<ol><li>Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+genetics+of+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">The genetics of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 77 (1), 71-79 (1974).</li>
<li>de Bono, M., Maricq, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+substrates+of+complex+behaviors+in+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neuronal substrates of complex behaviors in C. elegans.</a> Annu. Rev. Neurosci. (28), 451-501 (2005).</li>
<li>Pierce-Shimomura, J. T., Morse, T. M., Lockery, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fundamental+role+of+pirouettes+in+Caenorhabditis+elegans+chemotaxis%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The fundamental role of pirouettes in Caenorhabditis elegans chemotaxis.</a> J. Neurosci. 19 (21), 9557-9569 (1999).</li>
<li>Gray, J. M., Hill, J. J., Bargmann, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+circuit+for+navigation+in+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">A circuit for navigation in Caenorhabditis elegans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (9), 3184-3191 (2005).</li>
<li>Baek, J. H., Cosman, P., Feng, Z., Silver, J., Schafer, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+machine+vision+to+analyze+and+classify+Caenorhabditis+elegans+behavioral+phenotypes+quantitatively%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Using machine vision to analyze and classify Caenorhabditis elegans behavioral phenotypes quantitatively.</a> J. Neurosci. Methods. 118 (1), 9-21 (2002).</li>
<li>Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dimensionality+and+Dynamics+in+the+Behavior+of+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Comput.+Biol%22%5BJournal%5D)">Dimensionality and Dynamics in the Behavior of C. elegans.</a> PLoS Comput. Biol. 4 (1), e1000028(2008).</li>
<li>Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+modes+to+movement+in+the+behavior+of+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">From modes to movement in the behavior of C. elegans.</a> PLoS One. 5 (11), e13914(2010).</li>
<li>Feng, Z., Cronin, C. J., Wittig, J. H. Jr, Sternberg, P. W., Schafer, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+imaging+system+for+standardized+quantitative+analysis+of+C.+elegans+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">An imaging system for standardized quantitative analysis of C. elegans behavior.</a> BMC Bioinformatics. (5), 115(2004).</li>
<li>Ramot, D., Johnson, B. E., Berry, T. L. Jr, Carnell, L., Goodman, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Parallel+Worm+Tracker%3A+A+Platform+for+Measuring+Average+Speed+and+Drug-Induced+Paralysis+in+Nematodes%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The Parallel Worm Tracker: A Platform for Measuring Average Speed and Drug-Induced Paralysis in Nematodes.</a> PLoS One. 3 (5), e2208(2008).</li>
<li>Swierczek, N. A., Giles, A. C., Rankin, C. H., Kerr, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+behavioral+analysis+in+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">High-throughput behavioral analysis in C. elegans.</a> Nat. Methods. 8 (7), 592-598 (2011).</li>
<li>Leifer, A. M., Fang-Yen, C., Gershow, M., Alkema, M. J., Samuel, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+manipulation+of+neural+activity+in+freely+moving+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetic manipulation of neural activity in freely moving Caenorhabditis elegans.</a> Nat. Methods. 8 (2), 147-152 (2011).</li>
<li>Stirman, J. N., Crane, M. M., Husson, S. J., Wabnig, S., Schultheis, C., Gottschalk, A., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+multimodal+optical+control+of+neurons+and+muscles+in+freely+behaving+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans.</a> Nat. Methods. 8 (2), 153-158 (2011).</li>
<li>Ben Arous, J., Tanizawa, Y., Rabinowitch, I., Chatenay, D., Schafer, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+imaging+of+neuronal+activity+in+freely+behaving+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Automated imaging of neuronal activity in freely behaving Caenorhabditis elegans.</a> J Neurosci Methods. 187 (2), 229-234 (2010).</li>
<li>Wittenburg, N., Baumeister, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+avoidance+in+Caenorhabditis+elegans%3A+an+approach+to+the+study+of+nociception%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Thermal avoidance in Caenorhabditis elegans: an approach to the study of nociception.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (18), 10477-10482 (1999).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Studie der Fortbewegung und natürliches Verhalten erfordert nicht-invasive Tracking-Techniken in den Partnerländern mit Datenreduktion Techniken. Hier haben wir eine einfache gezeigt, dass Tracking-System, das detaillierte Bilder von C. Datensätze verwenden elegans Verhalten, wie es auf der Oberfläche einer Agarplatte kriecht. Die Menge der Informationen in diesen Bildern enthalten ist riesig und High-dimensional, und so haben wir auch Methoden, um die Dimensionalität der Daten in nur vier grundleg...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Teils </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> CCD-Kamera </td><td> Basler </td><td> A601f </td><td></td></tr><tr><td> Objektiv </td><td> Edmund Optics </td><td> MMS-Serie </td><td></td></tr><tr><td> Fiber Beleuchtung </td><td> Dolan Jenner </td><td> DC-950H </td><td></td></tr><tr><td> Übersetzung der Bühne </td><td> Deltron </td><td> LS3-4 </td><td></td></tr><tr><td> Stepper Motor </td><td> US Digital </td><td> MS23C </td><td></td></tr><tr><td> Schrittmotorantrieb </td><td> Gecko </td><td> G201 </td><td></td></tr><tr><td> Schrittmotorsteuerung </td><td> SimpleStep </td><td> SSXYZ </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Alle Programmcode vorhanden ist. Bitte senden Sie eine Anfrage E-Mail an den entsprechenden Autor. </td></tr></tbody></table>

c. elegans tracking und behavioral measurement

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

Wir haben Instrumente, Bildverarbeitung und Datenanalyse-Techniken entwickelt, um die motorischen Verhalten von C. Quantifizierung elegans, wie es auf der Oberfläche einer Agarplatte kriecht. Für die Untersuchung der genetischen, biochemischen und neuronalen Grundlagen von Verhalten, C. elegans ist ein idealer Organismus, da sie genetisch gefügig, zugänglich Mikroskopie ist, und zeigt eine Reihe von komplexen Verhaltensweisen, einschließlich Taxis, Lernen und soziale Interaktion 1,2. Verhaltensanalyse auf das Verfolgen der Bewegungen der Würmer wie sie kriechen auf Agarplatten Basis haben sich als besonders nützlich bei der Untersuchung von sensorischen Verhalten 3, Fortbewegung 4 und 5 allgemein Mutations Phänotypisierung. Unser System funktioniert, indem die Kamera und Beleuchtungssystem die Würmer kriecht auf einer stationären Agarplatte, die keine mechanischen Reiz auf die Schnecke übertragen wird gewährleistet. Unser Tracking-System ist einfach zu bedienen und enthält eine semi-automatische Kalibrierung. Ein challenge aller Video-Tracking-Systeme ist, dass es eine enorme Menge an Daten, die intrinsisch hohe Dimensionsstabilität ist, erzeugt. Unsere Bildverarbeitung und Datenanalyse-Programme befassen sich mit dieser Herausforderung, indem die Würmer Form in einer Reihe von unabhängigen Komponenten, die umfassend rekonstruieren die Würmer Verhalten als Funktion von nur 3-4 Abmessungen 6,7. Als ein Beispiel für den Prozess gezeigt, dass die Schnecke und Auswurf aus deren Umkehrung Zustand in einer Phase spezifischen Weise.

Beispiel: bei der Futtersuche, C. elegans Übergänge von vorwärts auf rückwärts Bewegung, oft Durchführung einer Neuorientierung (omega Umdrehung) vor der Rückkehr in die Vorwärtsbewegung Zustand. Quantifizierung dieser Übergang ist für das Verständnis der Nahrungssuche Bewegungsmuster und auch in der Wurm-Motorsteuerung wichtig. Die Befugnis zur subtilen Details der Fortbewegung Verhalten zeigen, zu sehen mit unseren Tracker-Gerät werden. Als Beispiel betrachten wir die vorwärts auf...

Wir haben ein Video-Rate Tracking Mikroskop-System aufzeichnen und quantifizieren können entwickelt<em&gt; C. elegans</em&gt; Verhalten bei hoher Auflösung und hohen Geschwindigkeiten. Wir haben auch Rechenverfahren, um die Dimensionalität der Schnecke Bilder auf einen grundlegenden Satz von Messungen, die vollständig beschreiben die Form der Schnecke, entwickelt.

C. elegans Tracking und Behavioral Measurement

Wir haben Instrumentierung, Bildverarbeitung und Datenanalysetechniken entwickelt, um das Lokomotorikverhalten von C. elegans zu quantifizieren, während es auf der ... kriecht.

Phänotypisierung. Die Lokomotion von *C. elegans* ist ein wichtiges Werkzeug für die Identifizierung von Genen und Neuronen, die an dem Verhalten von *C. elegans* beteiligt sind. *C. elegans* zeigt stereotypische Bewegungsmuster wie Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie verschiedene Arten von Kurven, indem es seine Körperform verändert. Um diese Bewegungen über weite Strecken und mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu quantifizieren, haben wir einen Wurmspurenverfolger entwickelt, der die Bewegung von *C. elegans* erfasst, während er auf der Oberfläche einer Agarplatte kriecht.Wir haben außerdem Software entwickelt, um diese Bewegungen mithilfe benutzerdefinierter Programme, die in LabVIEW und MATLAB geschrieben wurden, quantitativ zu isolieren und zu analysieren. Eine Herausforderung aller Videosysteme zur Bewegungsverfolgung besteht darin, dass sie eine enorme Menge an hochdimensionalen Daten erzeugen. Unser Bildverarbeitungs- und Datenanalyseprogramm begegnet dieser Herausforderung, indem es die Wurmformen in eine Reihe unabhängiger Komponenten reduziert; wir haben das Wurmverhalten dadurch umfassend als Funktion von lediglich drei bis vier Dimensionen rekonstruiert.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Forscher können On-Demand-Bewegung in C. elegans auslösen, indem sie ein elektrisches Feld anlegen, das Würmer wahrnehmen und darauf reagieren. Dieses Video stellt elektrotaktisches Verhalten vor und zeigt ein Beispielprotokoll, das in einem mikrofluidischen Gerät durchgeführt wird.

Elektrotaxis-Assay: Eine Methode zur Beobachtung der Fortbewegung bei C. elegans

Dieses Video beschreibt die Verwendung von Video- und Tracking-Software zur Aufzeichnung von Wurmbewegungen in einer Arena. Das Beispielprotokoll misst die Wirkung der Ethanolexposition auf die Fortbewegung von Würmern.

C. elegans Bewegungsverfolgung: Eine Methode zur Beurteilung der Fortbewegung bei Würmern

Dieses Video zeigt die Verwendung eines radialen Lokomotionsassays zur Bewertung der motorischen Dysfunktion in C. elegans, die entweder Wildtyp- oder ALS-mutiertes humanes TDP-43-Protein exprimieren. Würmer mit unterschiedlicher Wildtyp- oder mutierter TDP-43-Expression werden kriechen gelassen, und ihre Bewegung wird anhand der radialen Strecke gemessen, die vom zentralen Punkt auf der Assay-Platte zurückgelegt wird. Der Assay unterscheidet zwischen leichten, mittelschweren und schweren...

Bewertung der motorischen Beeinträchtigung in C. elegans-Modellen mit dem Radial Locomotion Assay

Eine halbautomatische mikroelektromechanischen fluidischen Verfahren zur On-Demand-Fortbewegung in...

Mikrofluidik-basierten electrotaxis für On-Demand-Quantitative Analyse von<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; &#39;Locomotion

C. elegans ist ein nützliches Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Ethanol auf das Verhalten. Wir stellen einen Verhaltenstest vor, der die Auswirkungen von Ethanol auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit von krabbelnden Würmern quantifiziert; sowohl die anfängliche Empfindlichkeit als auch die Entwicklung einer akuten funktionellen Toleranz gegenüber Ethanol können mit diesem Test gemessen werden.

Ein Test zur Messung der Wirkung von Ethanol auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit der<em&gt; Caenorhabditis elegans</em

Hier wird gezeigt, wie Entwicklungsprozesse in C. elegans verfolgt und quantifiziert werden können. Die vorgestellten Methoden basieren auf Open-Source-Tools, die einfach implementiert werden können. Es wird gezeigt, wie man 3D-Zellformmodelle rekonstruiert, wie man subzelluläre Strukturen manuell verfolgt und wie man die kortikale kontraktile Strömung analysiert.

Tracking und Quantifizierung von Entwicklungsprozessen in<em&gt; C. elegans</em&gt; Verwendung von Open-Source-Werkzeuge

Eine effiziente und einfache Methode für die computergestützte Analyse von Nematoden Schwimmverhalten in Flüssigkeit beschrieben. Das Verfahren erfordert keine Investitionen für C. elegans Laboratorien wenig. Die verwendete Hardware ist Standard, und der Computer-Software für die Verhaltensanalyse (CELEST) ist eine Open Source ein.

Automatische Analyse von<em&gt; C. elegans</em&gt; Swim Verhalten mit CELEST Software

Wir stellen ein Verhaltensaufzeichnungs-Setup und -Protokoll vor, das eine automatisierte Analyse des Nematoden ermöglicht, Caenorhabditis elegans 'Präferenz für lösliche Verbindungen in einem Populations-basierten Assay. Dieser Artikel beschreibt den Aufbau einer Verhaltenskammer, das Verhaltenstestprotokoll und die Analyse der Videoanalyse.

Automatisierte Analyse eines Nematoden-Populations-basierten Chemosensorischen Präferenzassays

Wir beschreiben Protokolle für die Verwendung der breiten Sichtfeld Nematoden Tracking-Plattform (WF-NTP) ermöglicht hohen Durchsatz phänotypischen Charakterisierung von großen Populationen von Caenorhabditis Elegans. Diese Protokolle können verwendet werden, um subtile Verhaltensänderungen in mutierte Stämme oder in Reaktion auf die pharmakologische Behandlung in einer hochgradig skalierbare Weise zu charakterisieren.

Automatisierte verhaltensbasierte Analyse der großen C. Elegans Populationen verwenden ein breites Sichtfeld Tracking-Plattform

Diese Studie präsentiert Protokolle für zwei halbautomatische Ansätze zur Analyse der Bewegungsaktivität in C. elegans Komplex I Krankheit Gas-1(fc21) Würmer, nämlich ZebraLab (ein Mitteldurchsatz-Assay) und WormScan (ein Hochdurchsatz-Assay) und bieten vergleichende Analysen unter einer Vielzahl von Forschungsmethoden zur Quantifizierung des Nematodenverhaltens und der integrierten neuromuskulären Funktion.

Vergleichende Analyse experimenteller Methoden zur Quantifizierung der Tieraktivität bei Caenorhabditis elegans Modellen der mitochondrialen Erkrankung

Dieser Artikel beschreibt eine einfache und kostengünstige Methode zur Aufzeichnung des Rasenvermeidungsverhaltens von Caenorhabditis elegans mit leicht verfügbaren Gegenständen wie einem Smartphone und einem Leuchtkasten mit Leuchtdioden (LED). Wir stellen auch ein Python-Skript zur Verfügung, um die Videodatei in ein Format zu verarbeiten, das besser zum Zählen geeignet ist.

Eine Smartphone-basierte Bildgebungsmethode für den Rasenvermeidungstest von C. elegans

Erfahren Sie, wie ein Video-Tracking-Mikroskopsystem das Verhalten von C. elegans mit hoher Auflösung erfasst und durch Dimensionalitätsreduktion vereinfacht. Diese Methode ermöglicht die quantitative Analyse stereotyper Lokomotionsmuster.

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