SwarmSight: Echtzeit-Tracking von Insekten Antenne Bewegungen und Rüssel Erweiterung Reflex mit einem gemeinsamen Vorbereitung und konventioneller Hardware

Dieses Protokoll beschreibt Schritte zur Nutzung der neuartigen Software, SwarmSight, für Frame-by-Frame-Tracking von Insekt Antenne und Rüssel Positionen von herkömmlichen Web Kamera Videos mit konventionellen Computern. Die kostenlose, Open-Source-Software verarbeitet Bilder etwa 120 Mal schneller als Menschen und führt zu besser als menschliche Genauigkeit.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Bewegungen von Insektenantennen und -rüsseln aus Videos eines gängigen Tierpräparats unter Verwendung von Open-Source-Schwarmstandortsoftware und herkömmlicher Kamera- und Computerhardware schnell zu messen. Mit diesen Methoden können schnell hochauflösende Messungen von Antennen- und Rüsselbewegungen durchgeführt werden. Die Anwendung dieser Methoden kann aufklären, wie sich Antennen- und Rüsselbewegungen als Reaktion auf chemische, entwicklungsbedingte und genetische Manipulationen verändern.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Bewegungen mit kostenloser Software schnell messen kann und keine ausgeklügelte Video- oder Computerhardware benötigt. Obwohl diese Methode Aufschluss über die Geruchsreaktionen von Honigbienen geben kann, kann sie auch auf andere Insektensysteme angewendet werden. Fange zu Beginn mit Fläschchen Arbeiterbienen aus dem Eingang des Bienenstocks und lege die Fläschchen kurz in eine Eisgülle.

Befestigen Sie jede Biene mit Klebeband in einem Gurtrohr und kleben Sie dann Klebeband über die Oberseite des Rohrs, um die Beine zu verbergen. Stellen Sie sicher, dass die Beine von der Oberseite des Gurtrohrs aus nicht sichtbar sind. Tragen Sie anschließend unter einem Seziermikroskop mit einem Niedertemperatur-Lötkolben erhitztes Wachs auf den Hinterkopf jeder Biene auf, um ihn ruhig zu stellen.

Halten Sie die Antenne mit einem kleinen Stab vom Wachs fern und stellen Sie sicher, dass sich die Antennen frei bewegen können. Verwenden Sie eine Webcam-Halterung, um eine Kamera direkt über dem Kopf der Biene zu positionieren, und verwenden Sie die Aufnahmesoftware, um das Video zu inspizieren und in den Kopf zu zoomen. Nachdem das Klebeband und das Wachs aufgetragen wurden, zeigen Sie mit der Kamera eine Vorschau der Szene an und suchen Sie nach Elementen, die sich bewegen oder verändern könnten, die nicht die Antenne oder der Rüssel sind.

Passen Sie dann das Klebeband und das Wachs nach Bedarf an. Verwenden Sie dann die Einstellungen der Aufnahmesoftware, um die Kamerabelichtung konstant zu halten, und stellen Sie den Belichtungsregler auf den gewünschten Wert ein. Passen Sie die Schieberegler für Kontrast, Helligkeit und Schärfe an, um die Antennenerkennung zu verbessern.

Passen Sie die Umgebungsbeleuchtung an, um Antennenschatten zu reduzieren. Verwenden Sie eine diffuse Lichtquelle, z. B. eine Labor-Schwanenhalslampe oder eine Taschenlampe mit Papier, um die Biene zu beleuchten. Platzieren Sie als Nächstes ein LED-Licht in der Kameraansicht, um anzuzeigen, wann der Reizgeruch abgegeben wird.

Bereiten Sie in einem Abzug Geruchspatronen vor, mit denen die Bienen bei Videoaufnahmen stimuliert werden. Positionieren Sie die Geruchsabgabequelle in der Nähe des Kabelbaumrohrs und achten Sie darauf, die Sicht der Kamera nicht zu behindern. Positionieren Sie eine Vakuumquelle gegenüber der Geruchsquelle, um Reizgerüche zu entfernen, und schalten Sie sie vor der Geruchspräsentation ein.

Sobald die Bienen festgehalten und die Kameravorbereitungen abgeschlossen sind, filmen Sie jede einzelne Biene unter jeder Versuchsbedingung als separate Videodatei. Klicken Sie anschließend im Swarm Site Antenna Tracking Module auf die Schaltfläche Durchsuchen, um eine Videodatei zu öffnen. Nachdem die Videodatei geladen wurde, platzieren Sie das Antennensensor-Widget über dem Kopf der Biene.

Verwenden Sie die Symbole für Drehung und Skalierung, um die Ausrichtung des Widgets anzupassen. Das Widget sollte den gesamten Bewegungsbereich der Antenne der Biene abdecken. Platzieren Sie als Nächstes das Widget des Behandlungssensors über dem LED-Licht, das anzeigt, wann ein Reizgeruch abgegeben wird.

Klicken Sie auf die Wiedergabeschaltfläche in der unteren linken Ecke, um die Frame-by-Frame-Anzeige der Videodatei zu starten. Die wahrscheinlichen Antennen- und Rüsselpunkte werden gelb hervorgehoben, und die gelben Ringe zeigen die Anhangsspitzen an. Passen Sie die Schieberegler im Filterbereich an, um die Filterempfindlichkeit zu optimieren.

Wenn die ideale Empfindlichkeit erreicht ist, werden nur die Anhängsel der Biene im Rahmen hervorgehoben. Spulen Sie durch die nachfolgenden Teile des Videos, um sicherzustellen, dass die Filterempfindlichkeit im gesamten Video optimiert ist. Testen Sie Ihr Setup, indem Sie ein kurzes Beispielvideo des Insekts erstellen und es mit der Software analysieren, indem Sie nach sich bewegenden Fremdobjekten suchen, die die Software erkennt.

Passen Sie die Szene, die Beleuchtung und den Kamerawinkel an, bis die Software die Antennen- und Rüsselbewegungen isoliert. Nachdem Sie die Widgets und Filter eingerichtet haben, pausieren Sie das Video, starten Sie es neu und spielen Sie es von Anfang bis Ende ab. Erweitern Sie abschließend den Abschnitt "Speichern", klicken Sie auf die Schaltfläche "Tracking-Daten speichern" und wählen Sie einen Ordner aus, in dem die Datei gespeichert werden soll.

Um die Software zur Verfolgung von Anhängen zu validieren, lokalisierten zwei menschliche Bewerter die Spitzen der Antennen in 425 Videobildern, die dann von der Software analysiert wurden. Die Distanz zwischen den beiden menschlichen Bewertern wird in dieser Abbildung dargestellt, wobei die zwischenmenschliche Distanz und die Entfernung zwischen den von der Software erkannten Orten und den menschlichen Bewertern mit der Software am nächsten menschlichen Abstand demonstriert wird. Der Abstand zwischen den Menschen war zu Beginn für Frames gering und vergrößerte sich dann in der zweiten Hälfte des Videos.

Die der Software am nächsten gelegenen menschlichen Abstand blieb während des gesamten Videos konstant. 23 weibliche Honigbienen wurden fünf verschiedenen Geruchsbedingungen ausgesetzt, und die Videos der Versuche wurden mit der Software zur Verfolgung von Anhängseln analysiert. Mit Ausnahme der Kontrollbedingung war die Software in der Lage, signifikante Unterschiede in den Änderungen des mittleren Antennenwinkels nach Exposition gegenüber experimentellen Geruchsbedingungen zu erkennen.

Darüber hinaus zeigten Dichtekarten des Antennenwinkels Präferenzcluster für den Antennenstandort. Rote Cluster in der Karte zeigen an, dass die Antennen kurz nach dem Einsetzen des Geruchs Winkel von der Geruchsquelle weg bevorzugen und kurz nach dem Ende des Geruchs Winkel zur Geruchsquelle bevorzugen. Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, daran zu denken, jede Videoszene vor der Aufnahme sorgfältig auf optimale Platzierung und Beleuchtung der Bienen zu überprüfen.

Zusätzlich ist es wichtig, die Geruchsabgaberahmen mit einem optischen Indikator zu kennzeichnen. Nach Durchführung dieses Verfahrens können andere Methoden, wie z. B. die Geruchskonditionierung, durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist auch nützlich, um die angeborenen Reaktionen bei Honigbienen und anderen Insekten zu untersuchen.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Bienen und bestimmten Chemikalien gefährlich sein kann. Bei der Durchführung dieses Verfahrens sollte immer geeignete persönliche Schutzausrüstung getragen werden. Einmal gemeistert, kann dieses Verfahren verwendet werden, um effizient Antennen- und Rüsselbewegungsdaten für eine große Anzahl von Insekten und experimentellen Bedingungen zu erhalten.

Swarm Sight, die Open-Source-Software, die in diesem Verfahren verwendet wird, kann von swarmsight.org bezogen werden.