SwarmSight: Seguimiento en tiempo real de movimientos de insecto de antena y reflejo de extensión probóscide utilizando una preparación común y Hardware convencional

El objetivo general de este procedimiento es medir rápidamente los movimientos de las antenas y la probóscide de los insectos a partir del vídeo de la preparación de un animal común utilizando software de sitio de enjambre de código abierto y hardware convencional de cámaras y computadoras. Estos métodos se pueden utilizar para obtener rápidamente mediciones de alta resolución de los movimientos de la antena y la probóscide. La aplicación de estos métodos puede dilucidar cómo cambian los movimientos de las antenas y las probóscides en respuesta a manipulaciones químicas, genéticas y de desarrollo.

La principal ventaja de esta técnica es que puede medir rápidamente los movimientos utilizando software libre y no requiere hardware sofisticado de video o computadora. Aunque este método puede proporcionar información sobre las respuestas al olor en las abejas melíferas, también se puede aplicar a otros sistemas de insectos. Para comenzar, use viales para recolectar abejas obreras de la entrada de la colmena y coloque brevemente los viales en una suspensión de hielo.

Con cinta adhesiva, asegure cada abeja en un tubo de arnés y luego aplique cinta adhesiva sobre la parte superior del tubo para ocultar las patas. Asegúrese de que las piernas no se puedan ver desde la parte superior del tubo del arnés. A continuación, bajo un microscopio de disección, use un soldador de baja temperatura para aplicar cera caliente en la parte posterior de la cabeza de cada abeja para inmovilizarla.

Use una varilla pequeña para mantener la antena alejada de la cera y asegúrese de que las antenas puedan moverse libremente. Use un soporte de cámara web para colocar una cámara directamente sobre la cabeza de la abeja y use el software de grabación para inspeccionar el video y hacer zoom en la cabeza. Después de aplicar la cinta y la cera, obtenga una vista previa de la escena con la cámara y busque cualquier cosa que pueda estar moviéndose o cambiando que no sea la antena o la probóscide.

Luego ajuste la cinta y la cera según sea necesario. A continuación, utilice la configuración del software de grabación para mantener una exposición constante de la cámara y ajuste el control deslizante de exposición al valor deseado. Ajuste los controles deslizantes de contraste, brillo y nitidez para mejorar la detección de antenas.

Ajuste la iluminación ambiental para reducir las sombras de la antena. Use una fuente de luz difusa, como una lámpara de cuello de cisne de laboratorio o una linterna con papel para iluminar a la abeja. A continuación, coloque una luz LED dentro de la vista de la cámara para indicar cuándo se emite el olor estimulante.

En una campana extractora, prepare cartuchos de olor, que se utilizarán para estimular a las abejas durante las grabaciones de video. Coloque la fuente de entrega de olores cerca del tubo del arnés, teniendo cuidado de no obstruir la vista de la cámara. Coloque una fuente de vacío frente a la fuente de olor para eliminar los olores estimulantes y enciéndala antes de la presentación del olor.

Una vez que las abejas estén sujetas y se completen los preparativos de la cámara, filme cada abeja individual bajo cada condición experimental como un archivo de video separado. A continuación, en el módulo de seguimiento de antenas del sitio de enjambre, haga clic en el botón Examinar para abrir un archivo de video. Después de cargar el archivo de video, coloque el widget del sensor de antena sobre la cabeza de la abeja.

Utilice los iconos de rotación y escala para ajustar la alineación de los widgets. El widget debe cubrir todo el rango de movimiento de la antena de la abeja. A continuación, coloque el widget del sensor de tratamiento sobre la luz LED que indica cuándo se está entregando el olor a estímulo.

Haga clic en el botón de reproducción en la esquina inferior izquierda para comenzar la visualización fotograma a fotograma del archivo de vídeo. Los puntos probables de la antena y la probóscide se resaltarán en amarillo, y los anillos amarillos indicarán las puntas de los apéndices. Ajuste los controles deslizantes de la sección de filtros para optimizar la sensibilidad del filtro.

Cuando se alcanza la sensibilidad ideal, solo se resaltarán los apéndices de la abeja en el marco. Avance rápido a través de las partes posteriores del video para asegurarse de que la sensibilidad del filtro esté optimizada en todo el video. Pruebe su configuración haciendo un breve video de muestra del insecto y analícelo con el software, buscando objetos móviles extraños que el software detecte.

Ajuste la escena, la iluminación y el ángulo de la cámara hasta que el software aísle los movimientos de las antenas y la probóscide. Después de configurar los widgets y filtros, pausa el video, reinícialo y reprodúcelo desde el principio hasta el final. Finalmente, expanda la sección Guardar, haga clic en el botón Guardar datos de seguimiento y seleccione una carpeta en la que guardar el archivo.

Para validar el software de seguimiento de apéndices, dos evaluadores humanos localizaron las puntas de las antenas en 425 fotogramas de vídeo, que luego fueron analizados por el software. La distancia entre los dos evaluadores humanos se demuestra en esta figura, con la distancia interhumana y la distancia entre las ubicaciones detectadas por el software y los evaluadores humanos se demuestra con la distancia humana más cercana del software. La distancia interhumana fue pequeña para los fotogramas al principio y luego aumentó durante la segunda mitad del video.

Los niveles de distancia humana más cercanos del software permanecen constantes a lo largo del video. 23 abejas melíferas hembras fueron expuestas a cinco condiciones de olor diferentes, y los videos de los ensayos se analizaron utilizando el software de seguimiento de apéndices. Con la excepción de la condición de control, el software fue capaz de detectar diferencias significativas en los cambios en el ángulo medio de las antenas después de la exposición a condiciones experimentales de olor.

Además, los mapas de densidad de ángulo de antena revelaron grupos de preferencia de ubicación de antena. Los grupos rojos en el mapa indican que las antenas prefieren ángulos alejados de la fuente de olor poco después del inicio del olor y prefieren ángulos hacia la fuente de olor poco después de la conclusión del olor. Al intentar este procedimiento, es importante recordar inspeccionar cuidadosamente cada escena de video antes de grabar para obtener una ubicación e iluminación óptimas de las abejas.

Además, es importante marcar los marcos de entrega de olores con un indicador visual. Después de realizar este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como el acondicionamiento de olores. Este procedimiento también es útil para explorar las respuestas innatas en las abejas melíferas y otros insectos.

No olvide que trabajar con abejas y ciertos productos químicos puede ser peligroso. Siempre se debe usar el equipo de protección personal adecuado mientras se realiza este procedimiento. Una vez dominado, este procedimiento se puede utilizar para obtener de manera eficiente datos de movimiento de antenas y probóscides para un gran número de insectos y condiciones experimentales.

Swarm Sight, el software de código abierto utilizado en este procedimiento, se puede obtener de swarmsight.org.