Name: Seguimiento visual mediada olor durante el vuelo en Drosophila (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-01-26T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Aprende a optimizar la imagen de video para el aparato OMT y analizar el seguimiento de olores mediado por señales visuales en Drosophila. Este método permite estudiar la integración sensorial en la navegación de insectos.

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Financiado por una beca de la Fundación Nacional de Ciencias de MF

La OMT es una adaptación de un sistema de sujeción magnética 1, destinada a incorporar un 2 penacho simulador virtual. Los siguientes protocolos se explica cómo optimizar las imágenes de vídeo adquirida (Parte 1) y ejecutar dos tipos de básicos viso-olfativas experimentos (Parte 2 y 3). Parte 1: Adquisición de vídeo La optimización de la imagen de vídeo es crucial para la calidad de los datos adquiridos. Siga estos pasos para imágenes más nítidas. <ol><li> Coloque una mosca recién atados en la arena con un par de pinzas. </li><li> La posición de la placa de la cámara firewire (Fuego-I 1394store.com) en la cámara de vacío de acrílico transparente de manera que la vista de la cámara directamente hacia arriba a través de la cámara, a través de un tubo de vidrio, a la cara ventral de la mosca atada. Asegúrese de que no hay capa de filtro IR en el objetivo del sistema de vídeo. </li><li> Para iluminar la marcha, utilizar una matriz circular de LEDs infrarrojos (piezas pequeñas Inc) situada justo debajo de los paneles LED. Enfoque de cada LED en el cuerpo de la mosca de forma individual para una iluminación uniforme. </li><li> Para reducir los reflejos del sistema de paneles y reducir al mínimo las señales visuales observadas por la mosca, es útil para cubrir todas las superficies reflectantes dentro de la cámara con planos de pintura color negro. Luces de la habitación debe estar apagado para reducir el resplandor y el brillo de las modulaciones detectable por el ojo de la mosca. </li><li> Inspeccione visualmente la imagen de la cámara. La mosca debe ser de color blanco brillante contra un fondo negro. Si la imagen es borrosa la lente tenga que estar concentrado. Si la marcha es oscura, la matriz de LED puede ser fuera de foco o insuficiente potencia para la iluminación adecuada. Si el fondo contiene los objetos brillantes, montar un disco de papel de rebaño negro justo por encima de la marcha para minimizar la reflexión de fondo. </li><li> Adquirimos de vídeo con las subrutinas personalizadas escritas en Matlab usando la caja de herramientas de adquisición de imágenes. </li></ol> Parte 2: La mosca de la búsqueda de la pluma de olor Un simple experimento en la OMT está cumpliendo con un hambre (hambre) y luego volar la localización de un seguimiento activo de una nube de olor a comida atractiva. Manipular el entorno influye en la capacidad visual de la mosca de la pista con firmeza un olor del alimento apetito. Tenga en cuenta que los experimentos se ejecutan normalmente en un formato de bloques al azar para minimizar el sesgo con el fin experimental. Todo el hardware externo (multiplexores gas, arena LED, la adquisición de vídeo) están controlados por las rutinas de software a medida en Matlab (Mathworks). <ol><li> Coloque una mosca recién atados en la arena con un par de pinzas. </li><li> Antes de cada experimento, utilizando la pantalla visual, haga girar la marcha de varias revoluciones 3 para asegurar un movimiento suave en todo el eje de guiñada total de 360. Si la marcha no gira con suavidad desprenderse de ella. Si el problema persiste, la causa más probable es imanes alineados. Nota: Si la distribución de la arena en dirección a varias trayectorias durante el juicio giro muestra picos significativos (es decir, no es plana en 360 grados), es posible que haya un sesgo debido a la orientación de los imanes alineados. </li><li> Presente al vuelo con las condiciones siguiente ejemplo experimental en orden aleatorio: i) de alto contraste patrón de rayas con vapor de agua que emana desde el puerto de olor, ii) de alto contraste patrón de rayas con un olor atractivo de vapor, y iii) una raya vertical único de compensación de 90 grados de la boquilla de vapor de agua, y iv) una sola banda de 90 grados de compensación con el vapor de olor. En nuestra experiencia, a intervalos de 30 segundos funcionan bien para los experimentos en moscas tienen el reto de localizar la fuente de olor por sí mismos. Adquirimos de vídeo a 30 Hz para la duración de cada condición experimental y analizar las imágenes en línea con las rutinas de software a medida en Matlab (uno de los más útiles funciones incorporadas de Matlab es regionprops.m que analiza las propiedades geométricas de una elipse. </li><li> Cuando se utilizan altas concentraciones de olores, el olor residual puede ser lanzado desde el puerto de olor después de que el olor está apagado. Para minimizar los efectos que esto puede tener es útil para hacer girar la marcha durante unos segundos con un panorama de rotación para que el sistema para eliminar cualquier mal olor residual. </li><li> También es beneficioso para rotar visualmente la marcha entre los tratamientos experimentales para (i) mantener las moscas participan activamente en el experimento y (ii) mantener a las moscas de permanecer en un solo lugar. Un experimento de ejemplo puede tener el siguiente orden: i) veinte segundos giro de diagnóstico inicial; ii) cinco segunda vuelta intermedios, iii) veinte pares segunda condición # 1; iv) cinco segundos centrifugado intermedio; v) veinte pares segunda condición # 2. </li></ol> Parte 3: La mosca de permanecer dentro de la pluma de olor Un segundo experimento básico en la OMT es arrastrar visualmente una mosca en una nube de olor, instantáneamente cambiar las condiciones visuales, y luego medir su capacidad para permanecer en la pluma. Una vez más, tenga en cuenta que todos los experimentos se hacen en una forma de bloques al azart para minimizar cualquier sesgo con el fin experimental. <ol><li> Coloque una mosca recién atados en la arena con un par de pinzas. </li><li> Visualmente girar (spin) de los tiempos vuelan varias alrededor de la arena antes de cada experimento como una verificación de diagnóstico para asegurarse de que el animal tiene la capacidad de orientarse en cualquier dirección (ver apartado 2.2). </li><li> Antes de cada estado, a su vez en el olor experimental (agua o vinagre) y visual de &quot;arrastrar&quot; la mosca en la columna oscilante por una pequeña franja vertical en la posición de la pluma. Este se aprovecha de la conducta de fijación poderosa banda observada en las moscas [4]. </li><li> Ahora que la marcha se orienta hacia la columna, eliminar la franja de oscilación y presentan las condiciones de la muestra visual de lo siguiente: i) franjas de alto contraste panorámica con vapor de agua (Fig. 1A), ii) el fondo uniforme de vapor de agua (Fig. 1B); iii) franjas de alto contraste panorámica con olor a vapor (Fig. 1C); iv) uniformes de fondo con el olor de vapor (Fig. 1D). Adquirir el vídeo como en 2.3. Un experimento de ejemplo puede tener la orden de flujo: i) veinte segundos giro inicial de diagnóstico; ii) cinco segundos banda de oscilación pluma; iii) veinte pares segunda condición # 1; iv) cinco segundos banda de oscilación pluma; v) veinte pares segunda condición # 2 . </li></ol> Los resultados representativos: <img src="/files/ftp_upload/old/1110_2009_1_22_1/Fig 1.png" alt="Figura 1" width="600" height="195" /> Figura 1 Parte 1 explica cómo optimizar las imágenes de vídeo OMT. La imagen de vídeo debe tener una visión clara de la mosca iluminados sobre un fondo negro oscuro. Demasiado brillantes imágenes se pueden mejorar mediante la reducción de la interferencia de fondo, lo que reduce la intensidad de los LEDs IR, o apagando las luces del cuarto. Si la mosca no está bien iluminado, de ajustar el enfoque de los LEDs IR o la modulación de la intensidad de los LEDs IR puede solucionar el problema. Partes 2 y 3 describen experimentos sencillos para llevar a cabo para verificar el correcto funcionamiento de una OMT. En todos los casos, una mosca debe ser visualmente &quot;forzada&quot; (a través de las respuestas optomotor) para girar varias revoluciones en el campo para asegurar una amplia y fluida de movimiento. En la Parte 2 de una mosca es el reto de encontrar una pluma de olor por sí mismo. Para mantener la marcha participan en el experimento, para reducir el efecto de la liberación de olor residual, y mantener a las moscas de mantener una sola línea durante todo el experimento, es útil rotar visualmente la marcha durante unos segundos entre los ensayos. Una mosca no debe localizar una nube de vapor de agua en un grado significativo, y siempre se debe localizar una pluma de olor en la presencia de ricos señales visuales panorámicas. En la parte 3 de una mosca es visualmente arrastrar directamente en una pluma de olor y el reto de mantener su rumbo dentro de la pluma contra una variedad de fondos fijos visual. Si la mosca se arrastra en una nube de vapor de agua, rápidamente se debe rechazar. Si la mosca se arrastra en una nube de olor y hay suficientes indicaciones visuales para mediar en el seguimiento de robusta, la mosca se mantendrá en la pluma.

<ol><li>Bender, J. A., Dickinson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+stimulation+of+saccades+in+magnetically+tethered+Drosophila%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Visual stimulation of saccades in magnetically tethered Drosophila.</a> J Exp Biol. 209, 3170-3182 (2006).</li>
<li>Duistermars, B. J., Frye, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crossmodal+visual+input+for+odor+tracking+during+fly+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Crossmodal visual input for odor tracking during fly flight.</a> Curr Biol. 18, 270-275 (2008).</li>
<li>Reiser, M. B., Dickinson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modular+display+system+for+insect+behavioral+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A modular display system for insect behavioral neuroscience.</a> J Neurosci Methods. 167, 127-139 (2008).</li>
<li>Götz, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Course-control%2C+metabolism+and+wing+interference+during+ultralong+tethered+flight+in+Drosophila+melanogaster%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Course-control, metabolism and wing interference during ultralong tethered flight in Drosophila melanogaster.</a> J. Exp. Biol. 128, 35-46 (1987).</li>
</ol>

La adquisición de las imágenes de este sistema utiliza una cámara firewire placa de bajo costo y software escrito en Matlab. Imágenes claras son cruciales para la obtención de trazas de datos precisos. Las estrategias descritas anteriormente son útiles para la limpieza de las imágenes en este sistema. Otros procedimientos de seguimiento de vídeo de este sistema se han descrito 1. Además, este sistema podría ser fácilmente modificado para incluir seguimiento en tiempo real de vídeo. Los protocolos experimental...

<table><tbody><tr><td>Cámara Firewire</td><td>1394store.com</td><td>Cámara de placa Fire-I en blanco y negro</td><td>Lente de 4,3 mm sin recubrimiento IR</td></tr><tr><td>LEDs IR</td><td>Small Parts, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pintura en aerosol negra</td><td>Rustoleum</td><td></td><td>Negro mate</td></tr><tr><td>Papel flocado negro</td><td>Edmund Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema de paneles</td><td>Caltech</td><td></td><td>&lt;sup&gt;3&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>Matlab 2006a</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Caja de herramientas de adquisición de imágenes</td></tr></tbody></table>

seguimiento visual mediada olor durante el vuelo en drosophila

Visually Mediated Odor Tracking During Flight in Drosophila

Los insectos voladores usar señales visuales para estabilizar su título en una corriente de viento. Muchos animales, además, la pista lleva a los olores en el viento. Por lo tanto, la estabilización visual de seguimiento directamente contra el viento ayuda en el seguimiento de olor. Pero las señales olfativas directamente influyen en el comportamiento de seguimiento visual independientemente de las señales de viento? Además, los recientes avances en genética molecular olfativa y la neurofisiología, han motivado la novela analiza el comportamiento cuantitativo para evaluar la influencia del comportamiento de (por ejemplo) genéticamente la inactivación específica de circuitos de activación olfativa. Hemos modificado un sistema de sujeción magnética originalmente ideado para experimentos de visión y dotar a la arena con plumas estrechas laminar olor del flujo. Aquí nos centramos en los experimentos que se pueden realizar después de una mosca se ata y es capaz de navegar en el campo magnético. Se muestra cómo la adquisición de imágenes de vídeo optimizado para medir el ángulo del cuerpo, ¿cómo juzgar el seguimiento de olor estable, y nos muestran dos experimentos para examinar la influencia de los estímulos visuales en el seguimiento de olor.

Aquí se describe cómo optimizar la imagen de vídeo adquirido por un olfato magnético de sujeción (OMT) aparato. También describe dos protocolos de la muestra experimental para el estudio visual-olfativa de fusión.

Seguimiento visual mediada olor durante el vuelo en Drosophila

Los insectos voladores utilizan señales visuales para estabilizar su rumbo en una corriente de viento. Muchos animales, además, rastrean olores transportados por el viento. De este modo, lo visual...

Los insectos voladores utilizan señales visuales para estabilizar su rumbo en una corriente de aire. Por tanto, la estabilización visual del seguimiento contra el viento contribuye directamente al rastreo de olores. Mediante un aparato de sujeción magnética olfativa, o OMT, podemos examinar si las señales visuales influyen directamente en el comportamiento de rastreo de olores, independientemente de las señales del viento.El procedimiento comienza con la optimización de la iluminación de la mosca ajustando la intensidad de un LED infrarrojo para obtener una imagen clara de la mosca. Una iluminación insuficiente dará como resultado una imagen tenue, mientras que una iluminación excesiva provocará una imagen sobreexpuesta una vez que la mosca se image adecuadamente. El software de análisis mide el ángulo corporal en tiempo real; desplazar visualmente una mosca hacia una nube de olor a alimento resulta en una orientación constante hacia la ubicación espacial de la nube.Pero solo cuando el panorama visual contiene señales visuales fuertes. Probar la misma mosca en una arena visual de luminancia media igual, pero sin bordes visuales, da como resultado un rastreo deficiente del penacho, ya que la mosca pierde su orientación espacial. Hola, soy Brian DeMars del laboratorio del Dr. Mark Fry en el Departamento de Ciencias Fisiológicas de la Universidad de California en Los Ángeles.Hoy les mostraremos cómo adquirir y optimizar imágenes de video para analizar el ángulo corporal en un aparato magnético de sujeción olfativo. También describiremos dos experimentos para examinar la influencia de las señales visuales en el seguimiento de olores. Utilizamos este procedimiento en nuestro laboratorio para estudiar el control del vuelo mediado por estímulos visuales y olfativos en moscas de la fruta.Así que comencemos. Optimizar la imagen de video es crucial para la calidad de los datos adquiridos y obtener imágenes más nítidas. Coloque primero una mosca recién atada en la arena usando un par de pinzas.A continuación, coloque la cámara con tarjeta de interfaz de fuego bajo la cámara de vacío de acrílico transparente de forma que la cámara apunte directamente hacia arriba a través de la cámara y del tubo de vidrio al vacío, hacia el aspecto ventral de la mosca sujeta. Asegúrese de que no haya ningún recubrimiento de filtro infrarrojo sobre la lente del sistema de video. Para iluminar la mosca, utilice una matriz circular de LED infrarrojos, que se colocan justo debajo de los paneles LED.Enfoca cada LED individualmente en el cuerpo de la mosca para lograr una iluminación uniforme, reduciendo así el resplandor del sistema de paneles y minimizando las señales visuales percibidas por la mosca. Es útil recubrir todas las superficies reflectantes dentro del campo de visión de la cámara con pintura negra mate; las luces de la habitación deben apagarse para reducir el resplandor y las fluctuaciones de brillo detectables por el ojo de la mosca. A continuación, inspecciona visualmente la cámara.La mosca debe aparecer blanca brillante sobre un fondo negro. Si la imagen está borrosa, puede ser necesario enfocar la lente. Si la mosca se ve oscura, la matriz de LED podría estar desenfocada o no recibir suficiente potencia para una iluminación adecuada.Finalmente, adquiera videos con subrutinas personalizadas escritas en MATLAB utilizando la caja de herramientas de adquisición de imágenes. Un experimento sencillo en el OMT consiste en observar una mosca hambrienta localizando y rastreando activamente una columna de olor a alimento atractivo. Estos experimentos suelen realizarse en un formato de bloques aleatorios para minimizar cualquier sesgo en el orden experimental.Al manipular el entorno visual, puede influir en la capacidad de la mosca para rastrear un olor. Para realizar este experimento, coloque una mosca recién sujeta en la arena utilizando un par de pinzas antes de cada experimento; utilizando la pantalla visual, gire la mosca durante varias revoluciones para asegurar un movimiento suave alrededor de todo el eje YA de 360 grados. Descarte la mosca si no gira de manera uniforme.Si el problema persiste, es posible que los imanes estén desalineados. A continuación, presente a la mosca las siguientes condiciones experimentales. En orden aleatorio, un patrón rayado de alto contraste con vapor de agua que emana del puerto de olor.Un patrón rayado de alto contraste con vapor de un olor atractivo. Una sola raya vertical desplazada 90 grados respecto al puerto de olor, con vapor de agua, y una sola raya desplazada 90 grados con vapor de olor en intervalos de 32º funciona bien en experimentos en los que se desafía a las moscas a localizar la fuente de olor por sí solas. Adquiera videos a 30 hercios durante toda la duración de cada condición experimental y utilice MATLAB para analizar las imágenes fuera de línea. Al usar concentraciones altas de olor, puede liberarse olor residual desde el puerto de olor después de que el olor se apague; para minimizar cualquier efecto.Esto puede hacer girar a la mosca durante unos segundos con un panorama rotatorio para permitir que el sistema elimine cualquier olor residual. También ayuda a rotar visualmente a la mosca entre tratamientos experimentales. Esto mantiene a las moscas activamente involucradas en el experimento y evita que permanezcan en un mismo lugar.Un segundo experimento básico en el OMT consiste en arrastrar visualmente una mosca hacia una pluma de olor, cambiar instantáneamente las condiciones visuales y luego medir su capacidad para permanecer dentro de la pluma. Los experimentos se realizan en un formato de bloques aleatorios para minimizar cualquier sesgo en el orden experimental. Utilizando pinzas, coloque una mosca recién inmovilizada en la arena. A continuación, como verificación diagnóstica, gire visualmente la mosca varias veces alrededor de la arena. Esto asegura que el animal tenga la capacidad de orientarse en todas las direcciones. Antes de cada condición, encienda el olor experimental, ya sea agua o vinagre, y arrastre visualmente la mosca hacia la estela oscilando una pequeña franja vertical en la posición de la estela.Ahora que la mosca está orientada hacia la pluma, retire la franja oscilante. Luego presente las siguientes condiciones visuales: franjas panorámicas de alto contraste con vapor de agua, fondo uniforme con vapor de agua, franjas panorámicas de alto contraste con vapor de olor y fondo uniforme con vapor de olor.Adquiera el video a 30 hercios durante toda la duración de cada condición experimental. Luego utilice rutinas de software personalizadas escritas en MATLAB para analizar las imágenes fuera de línea. Al optimizar la imagen de video de OMT, recuerde que debe tener una vista clara de la mosca iluminada sobre un fondo negro oscuro.Las imágenes demasiado brillantes pueden mejorarse reduciendo la interferencia de fondo, disminuyendo la intensidad de los LED infrarrojos o apagando las luces de la habitación. Si la mosca está adecuadamente iluminada, ajustar el enfoque de los LED infrarrojos o modular su intensidad puede solucionar el problema.Cuando se desafía a una mosca a encontrar una pluma de olor por sí sola, nunca debería localizar una pluma de vapor de agua en grado significativo, pero siempre debería localizar una pluma de olor en presencia de ricas señales visuales panorámicas. Una segunda prueba consiste en arrastrar visualmente a la mosca directamente hacia una pluma de olor y desafiarla a mantener su rumbo dentro de la pluma frente a una variedad de fondos visuales estacionarios. Si la mosca es arrastrada hacia una pluma de vapor de agua, debería girar rápidamente para alejarse.Si la mosca es arrastrada hacia una nube de olor y existen suficientes señales visuales para mediar un rastreo robusto, la mosca permanecerá dentro de la nube. Acabamos de mostrarle cómo optimizar la imagen de video adquirida para un aparato de sujeción magnética olfativa. También hemos descrito dos protocolos experimentales para examinar la influencia de las señales visuales en el seguimiento del olor.Al realizar estos experimentos, es importante recordar que optimizar la imagen de video es crucial para la calidad de los datos adquiridos. Además, independientemente del protocolo experimental, es fundamental mantener a las moscas contentas y activamente involucradas. Eso es todo.Gracias por ver este video y buena suerte con sus experimentos.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

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