C. elegans Suivi et évaluation comportementale

La locomotion de l’élégance marine est un outil important dans la découverte des gènes et des neurones impliqués dans le comportement de l’élégance marine. L’élégance de la mer subit des comportements locomoteurs stéréotypés tels que des mouvements vers l’avant et vers l’arrière et divers types de virages en changeant de forme. Pour quantifier ces mouvements sur de longues distances et à haute résolution spatiale et temporelle, nous avons construit un traqueur de vers pour capturer le mouvement de l’élégance de la mer lorsqu’elle rampe à la surface d’une plaque de gélose.

Nous avons également développé des logiciels permettant d’isoler et d’analyser quantitativement ces mouvements à l’aide de programmes personnalisés écrits dans la vue lab et matlab. L’un des défis de tous les systèmes de suivi vidéo est qu’ils génèrent une énorme quantité de données très dimensionnelles. Notre programme de traitement d’images et d’analyse de données a relevé ce défi en réduisant les formes de ver en un ensemble de composants indépendants, nous avons entièrement reconstruit le comportement du ver en fonction de seulement trois à quatre dimensions.

Une plaque de gélose est éclairée par une source lumineuse à fibre et imagée avec une caméra. Ce système est monté sur un étage de translation XY. La platine est déplacée par des moteurs pas à pas standard, qui sont connectés à un contrôleur de moteur pas à pas.

Le contrôleur et la caméra sont connectés à l’ordinateur et contrôlés par des programmes personnalisés écrits en vue laboratoire. La caméra filme la surface d’une plaque de gélose et identifie les objets sombres sur un fond clair. Une marque d’étalonnage pour le processus d’étalonnage automatique est réalisée en perçant la surface de la gélose.

À l’aide d’un pic à vis sans fin, la qualité de l’image est ajustée de sorte que le programme informatique peut quantifier les objets en temps réel. Le gain, la luminosité et la vitesse d’obturation de l’appareil photo peuvent être ajustés pour fournir un objet sombre sur un fond blanc. L’image binaire filtrée, qui est utilisée par le programme de suivi, peut être vérifiée.

Le logiciel dispose d’une fonction d’étalonnage automatique qui calcule la matrice d’étalonnage en déplaçant un objet de test. Une distance fixe. Les distances en pixels sont calibrées en fonction des pas effectués par le moteur pas à pas par la matrice d’étalonnage.

Après l’étalonnage, le système est prêt à fonctionner et n’a pas besoin d’être recalibré à moins que le grossissement ne soit modifié ou que l’appareil photo ne soit repositionné. Un anneau de cuivre sera utilisé pour retenir les vers et les empêcher de migrer vers le bord de la plaque. Chauffez d’abord l’anneau en le plaçant sur un bloc chauffant ou équivalent.

L’anneau doit être chauffé pendant environ une minute. Placez l’anneau sur une plaque de gélose fraîche et appuyez légèrement pour l’enfoncer dans la surface de la gélose. Et une plaque de gélose remplie de tampon NGM sera utilisée pour laver les vers au stade L quatre et les jeunes vers adultes des résidus alimentaires.

Après avoir ramassé les vers dans le tampon NGM, laissez-les nager pendant quelques minutes. Placez soigneusement l’un des vers lavés sur la plaque de suivi près du centre de l’anneau. Cette plaque sera ensuite utilisée pour le traqueur de vers.

Placez la plaque préparée sur la platine du traqueur de vers. Exécutez le programme d’affichage labo et sélectionnez des options si nécessaire, telles que l’emplacement des images, les types d’images, les mesures et les paramètres de l’appareil photo. À l’aide du joystick, déplacez le microscope jusqu’à ce qu’une image du ver soit dans le champ de vision sur l’écran de l’ordinateur.

Appuyez ensuite sur track pour lancer le programme de suivi. Ici, nous montrons un ver suivi en temps réel. Le programme informatique mesure les mouvements des images filtrées binaires comme indiqué et peut effectuer des mesures de cette image en temps réel.

Après le suivi, une reconstruction de la trajectoire globale peut être effectuée à partir des mouvements du moteur pas à pas, tandis que les changements de forme locaux de la vis sans fin peuvent être vus en détail. Les vers rampent en faisant des mouvements ondulatoires. Nous capturons ces mouvements en squelettisant la vis sans fin en une seule courbe centrale, puis en décrivant cette courbe comme un ensemble d’angles.

Nous décomposons ensuite les squelettes en leurs formes fondamentales, également appelées vecteurs propres. Avec ces modes propres, nous pouvons reconstruire les formes du ver et quantifier les mouvements du ver. En utilisant les deux premiers modes, nous pouvons capturer spécifiquement la position de phase du cycle ondulatoire du ver, comme on le voit dans le deuxième panneau.

Le premier panneau montre la distribution conjointe des modes un et deux, mettant en évidence un cycle limite circulaire. Le mouvement de phase dans une direction correspond au mouvement vers l’avant, et le mouvement de phase dans l’autre direction correspond au mouvement vers l’arrière. Ainsi, la vitesse de phase correspond à la vitesse de la vis sans fin.

Dans l’espace réel, la forte corrélation entre la phase et la vitesse du monde réel peut être observée dans le dernier panneau. En utilisant la vitesse de phase dérivée du mode Eigen, nous pouvons découvrir quelques détails subtils du comportement de l’élégance de la mer qui seraient manqués à l’œil. Par exemple, la distribution conjointe de la vitesse de phase et de la phase indique clairement que les vers quittent et entrent préférentiellement dans l’état avant à des phases spécifiques du mouvement.

Ici, nous avons démontré un système de suivi facile à utiliser qui enregistre des images détaillées du comportement des silicium comme un crawl sur la surface et des plaques ACA. La quantité d’informations contenues dans ces images est vaste et très dimensionnelle, et nous avons donc également créé une méthode pour réduire la dimensionnalité des données dans les quatre mesures fondamentales. Ces mesures sont faciles à interpréter en ce qui concerne le comportement du ver.

Ce travail est généré pour mesurer les vers comportementaux à des modifications inférieures, et le système peut également être utilisé pour mesurer l’activité neuronale en utilisant la génétique générale et les régions enrobées. Le système dans son ensemble est flexible dans sa conception et peut être utilisé avec d’autres systèmes d’exploration tels que Doof law, LOEs.