Name: Quantifier Poisson Natation Comportement en réponse à une exposition aiguë de cuivre aqueux assistées par ordinateur et vidéo numérique Analyse dimage (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 21 s
Description: Découvrez comment quantifier le comportement de nage de l'esturgeon blanc exposé au cuivre en utilisant l'analyse vidéo. Cette méthode écotoxicologique fournit des indicateurs précoces de toxicité pour la conservation des poissons.

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Nous remercions le personnel de la Direction de l’écologie, de la Direction de la toxicologie et de la Direction de la chimie environnementale de l’U.S. Geological Survey, Columbia Environmental Research Center pour leur assistance technique et analytique. Le financement est fourni en partie par Teck American Incorporated dans le cadre d’une entente avec l’Environmental Protection Agency (USEPA) de la région 10 de l’USEPA et par l’intermédiaire du US Geological Survey (USGS) par l’intermédiaire du Central Hazmat Fund du ministère de l’Intérieur.

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Les changements de comportement dus à l&#39;exposition à un contaminant sont souvent utilisés comme un critère d&#39;évaluation de la toxicité sub-létale, mais peut être difficile à mesurer. En règle générale, les réponses de comportement sont mesurés par des observations visuelles et l&#39;analyse manuelle des données qui nécessite beaucoup de temps à traiter. Cependant , avec les progrès technologiques, des procédés permettant de quantifier l&#39; activité de natation se sont concentrés sur l&#39; utilisation de 18 vidéographie et analyse de mouvement ou d&#39;un logiciel de suivi de piste numérique qui réduit le temps de traitement et d&#39; analyse. Lors de l&#39;analyse de la vidéo données capturées, la quantification des variables de natation manuellement auraient été beaucoup de temps donc l&#39;utilisation d&#39;enregistrements de données vidéo et de logiciels de suivi des poissons fournis d&#39;une manière plus efficace et efficient pour l&#39;analyse du comportement de natation de l&#39;esturgeon. Bien que la procédure a mis en évidence la natation comportement d&#39;un poisson, la personnalisation pour d&#39;autres organismes tels que les amphibiens et les invertébrés aquatiques nécessiteraient des modifications simples. Selon ce que endpoin comportementalets sont traitées, les systèmes de conception et de caméras expérimentales peuvent être développés pour une utilisation avec à peu près tout paquet disponible dans le commerce de logiciel de suivi. La méthode est démontrée en utilisant le cuivre dissous, mais est applicable à d&#39;autres contaminants ou des caractéristiques telles que la température ou la teneur en oxygène aqueux. Les protocoles développés et présentés dans ce document ont utilisé une caméra vidéo numérique simple que le dispositif d&#39;enregistrement. Les fichiers numériques sont facilement transférées vers un ordinateur et téléchargées dans le logiciel d&#39;analyse de mouvement. Les méthodes sont constamment modifiées et raffinées pour rationaliser le processus de quantification. Il est impératif que la qualité vidéo soit en haute définition pour que le logiciel d&#39;analyse pour identifier chaque poisson individuel pour le suivi. Tout fond qui ne contraste pas avec les poissons causera des problèmes en essayant de traiter les fichiers de données. Un autre problème commun avec deux suivi vidéo dimensionnel est d&#39;identifier les individuslorsque les chemins de natation se croisent. Ceci peut être corrigé manuellement en identifiant chaque poisson pendant la traversée de chemin et reliant les segments de chemin dans le logiciel. En variante, l&#39;activité totale peut être déterminée à partir de chaque chambre répliquée comme une moyenne du groupe. Plusieurs chambres individuelles avec chacune contenant un poisson peuvent être filmés dans le même champ de vision pour calculer les mouvements de chaque poisson. Actuellement, nous avons mis à niveau à l&#39;aide d&#39;une série de caméras de surveillance aériennes au-dessus des chambres d&#39;exposition qui sont liés à un dispositif d&#39;enregistrement vidéo numérique haute définition (HD-DVR). Cependant, l&#39;utilisation de tout système de caméra qui peut enregistrer en haute définition MPEG-4 vidéos fonctionnera. Le HD-DVR peut être configuré pour enregistrer à un moment précis et programmé pour un maximum de 7 jours. Cette main-off approche automatisée permet la capture de plusieurs vidéos en même temps de maintenir la cohérence tout en minimisant les perturbations externes qui pourraient compromettre le comportement des poissons. Le syste HD-DVRms sont connectés à un réseau interne afin de transférer des fichiers est relativement simple. Alors que le système de caméra automatique est une technique améliorée beaucoup pour quantifier le comportement de la natation, il est toujours utile de mener des observations visuelles pour servir de support d&#39;information supplémentaire pour documenter des altérations comportementales lors des tests de toxicité. Il y a une longue histoire de comportement des poissons modifié la littérature documentant résultant de l&#39; exposition aux métaux remontant au début des années 1960 19,20,21. Il a été démontré en cuivre pour provoquer des changements dans les niveaux d&#39;activité tels que l&#39; hypoactivité chez le crapet 22 (Lepomis macrochirus Rafinesque) et les changements dans locomoteur et de l&#39; activité d&#39; alimentation de l&#39; omble de fontaine 23 (Salvelinus fontinalis). Au moins certains poissons juvéniles comptent sur ​​leur sens de l&#39; odorat pour détecter et éviter les prédateurs, et chemosensory privation induite de cuivre peut avoir un impact comportements liés à la détection des produits chimiques d&#39;alarme 24,25,26 </sup&gt;. L&#39;épithélium olfactif est endommagé en raison de l&#39; exposition de cuivre affectant ainsi les mécanismes sensoriels qui pourraient entraîner une désorientation, un comportement d&#39; évitement, réduction de l&#39; alimentation et d&#39;autres comportements qui sont guidés par olfaction 27. Ces comportements modifiés étaient conformes à ce qui a été observé lors des expositions. Le comportement de nage de l&#39;esturgeon blanc a été grandement affecté lors de l&#39;exposition sublétale à des concentrations de cuivre aqueux .. Ces résultats illustrent comment le comportement est affecté à des concentrations sublétales de cuivre et peut être utilisé comme un indicateur de stress toxique. L&#39;analyse basée vidéo avérée efficace pour quantifier le comportement de natation et a également servi en tant que documentation visuelle qualitative des impacts graves sur l&#39;esturgeon exposés au cuivre. Le logiciel d&#39;analyse est également capable de quantifier les divers autres paramètres comportementaux. S&#39;il vous plaît se référer au tableau 1 pour une liste. Le système d&#39;exposition peut être modifié pour répondre à chaque extrémité dansle mode en temps réel et peut être utilisé pour quantifier les différences dans le comportement associé à l&#39;exposition à divers contaminants préoccupants. L&#39;utilisation de paramètres comportementaux dans la recherche toxicologique aquatique est de plus en plus employée et doit être considéré lors de l&#39; évaluation des effets des contaminants parce que la fonction du comportement adaptatif est crucial dans la détermination du préjudice environnemental 9. Les effets des contaminants environnementaux pour le comportement des poissons est souvent subjective et stimulant notamment lorsqu&#39;ils traitent avec paramètres sublétaux en l&#39;absence de méthodes standard .. Piscine activité quantifiée par l&#39;utilisation de ces méthodes peuvent être surveillées avec rigueur, est non-destructive avec un minimum de stress pour l&#39;organisme et peut être répétée. Piscine comportement est un index valide et cohérente de toxicité sublétale qui devrait être intégrée dans les protocoles de test pour développer la sensibilité des tests de toxicité standard 5.

Comprendre comment l&#39;exposition aux contaminants peut affecter le comportement est parfois très difficile et subjective. Le comportement est généralement défini comme une série d&#39;activités, l&#39;ensemble du corps observables manifestes qui opèrent à travers le système nerveux central et permettent à un organisme de survivre, se développer et se reproduire. Les changements de comportement dus à l&#39; exposition à une substance toxique sont parmi les indicateurs les plus sensibles du stress environnemental souvent entre 10-100 fois plus sensible par rapport à la survie 1. La majorité de ces études ont examiné l&#39; activité de natation, la ventilation et le comportement alimentaire des poissons 2,3,4. Piscine activité est sublétale critère le plus fréquemment utilisé dans la détermination d&#39; un changement de comportement en réponse à un contaminant dans les tests de toxicité 5. les variables de natation incluent la fréquence et la durée du mouvement, la vitesse et la distance parcourue, la fréquence et l&#39;angle de tours, la position dans la colonne d&#39;eau et le motif de la natation. activité de natation estune mesure efficace de comportement de nage pour évaluer la sensibilité à une substance toxique sur la base des critères proposés dans le chapitre 9 par Rand 6 dans les Principes comptables de toxicologie aquatique. Cet article présente une étude toxicologique comme un exemple de la façon dont la toxicité du cuivre jusqu&#39;au début du stade de vie de l&#39; esturgeon blanc (Acipenser transmontanus) à différents stades de développement précoce dans l&#39; eau uniquement les expositions par rapport à l&#39; esturgeon comportement de nage a été évalué et illustre les méthodes de quantification de la natation comportement. Dans des études précédentes, les réponses comportementales indésirables étaient évidents avec l&#39; apparition précoce au cours des premiers jours de l&#39; exposition aiguë et chronique au cuivre et sont devenus de plus en plus sévère sur la durée d&#39;exposition et la concentration 7,8,9. L&#39;ampleur et le moment de l&#39;apparition de ces réponses comportementales sont probablement suffisantes pour limiter la survie à long terme et sont donc préoccupants étant donné les implications pour recruiéchec timent 10. Afin d&#39;interpréter correctement la signification de cette sensibilité aux méthodes et procédures d&#39;exposition métalliques ont été mis au point pour quantifier le cours du temps et de l&#39;étendue des troubles de comportement par rapport aux concentrations de cuivre. protocoles d&#39;essai pour la fonction du comportement et du développement ont été établis en analysant des échantillons vidéo généraux de l&#39;esturgeon dans des chambres d&#39;exposition. Les échantillons vidéo fournis évaluation qualitative du développement et de la fonction entre les traitements de cuivre pendant toute la période d&#39;exposition. Comportement et abri recherche de l&#39;activité ont été évalués au cours de l&#39;exposition à des concentrations de cuivre aqueux pour déterminer le temps d&#39;effectuer et de caractériser la séquence temporelle de la déficience qui affecte un abri recherche, la léthargie, la natation coordination, l&#39;équilibre et la respiration. En outre, les enregistrements vidéo ont été faites de l&#39;esturgeon sous-échantillonné de chaque répétition dans le but de documenter quantitativement la natation acti spontanéetivité. Ces critères d&#39; évaluation comprenaient des mesures de durée ou le temps passé en mouvement, la natation vitesse et la distance parcourue 5,11 en utilisant un logiciel d&#39;analyse d&#39;image numérique disponible dans le commerce. Ce logiciel définit le contour de chaque image à l&#39;intérieur d&#39;un champ de vision et de cela, définit le centre de gravité de chaque image. Le logiciel peut alors suivre la position de chaque centroïde dans un cadre par succession de trame pour déterminer les trajectoires de déplacement. Cette étude satisfait à toutes les sections applicables des Règles finales des règlements de la Loi la protection des animaux (9 CFR) et avec toutes les directives institutionnelles pour le traitement humain des organismes d&#39;essai au cours de la culture et de l&#39;expérimentation. En cas de résiliation de l&#39;étude, tous les poissons ont été euthanasiés selon des directives appropriées approuvées par le Comité soin et l&#39;utilisation institutionnelle animale pour l&#39;US Geological Survey, Columbia Environmental Research Center.

<table><tbody><tr><td>cuivre II sulfate pentahydraté</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>contaminant préoccupant</td></tr><tr><td>distributeur de seringues</td><td>Hamilton MicroLab 600 Series</td><td></td><td>appareil pour droguer produit chimique</td></tr><tr>Flacon<td>jaugé</td><td></td><td></td> de 2 L <td>pour la solution mère</td></tr><tr><td>24-1,5 L Bocaux en verre Chambre d’essai</td><td></td><td></td> pour caméra vidéo <td>d’esturgeon 2 dph</td></tr><tr><td></td><td> Logiciel de suivi numérique HDR-CX550V</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Noldus Ethovision</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Moniteurs</td><td></td><td></td><td></td>à écran plat 3-17"</tr><tr><td>24 caméras de surveillance</td><td>Modèle CL101</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Appareils</td><td></td><td></td><td></td>d’enregistrement numérique 3-16 canaux</tr><tr><td>DO mètre</td><td>YSI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pH-mètre</td><td>Orion 940</td><td></td><td></td></tr><tr><td>sonde de ph</td><td>Orion&nbsp ;</td><td></td><td></td></tr><tr>compteur <td></td><td></td><td></td><td>d’ammoniac</td></tr>, <tr><td>sonde d’ammoniac</td>, unité <td></td> de refroidissement Orion<td></td><td></td></tr><tr><td>, pompe</td><td></td><td></td><td></td> à eau de recirculation</tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

quantifier poisson natation comportement en réponse à une exposition aiguë de cuivre aqueux assistées par ordinateur et vidéo numérique analyse d&#39;image

Quantifying Fish Swimming Behavior in Response to Acute Exposure of Aqueous Copper Using Computer Assisted Video and Digital Image Analysis

Les réponses comportementales des organismes aquatiques aux contaminants environnementaux peuvent être des précurseurs d’autres effets tels que la survie, la croissance ou la reproduction. Cependant, ces réponses peuvent être subtiles et la mesure peut être difficile. À l’aide d’esturgeons blancs juvéniles (Acipenser transmontanus) exposés au cuivre, cet article illustre les techniques utilisées pour quantifier les réponses comportementales à l’aide de vidéos assistées par ordinateur et d’analyses d’images numériques. Dans des études antérieures, de graves altérations du comportement natatoire ont été observées chez les esturgeons blancs aux premiers stades de leur vie lors d’expositions aiguës et chroniques au cuivre. Le comportement de l’esturgeon était rapidement altéré et, au point que la survie sur le terrain était compromise, car les poissons étaient emportés en aval ou facilement capturés par les prédateurs. Les objectifs de cette étude étaient d’illustrer les protocoles permettant de quantifier l’activité de nage au cours d’une série d’expositions aiguës au cuivre afin de déterminer le temps nécessaire pour agir au cours des premiers stades du développement et de comprendre l’importance de ces réponses par rapport à la survie de ces poissons vulnérables aux premiers stades de leur vie. La mortalité étant sur un continuum temporel, déterminer quand le cuivre affecte pour la première fois la capacité de nage nous aide à comprendre les implications sur les effets au niveau de la population. Les techniques utilisées sont facilement adaptables aux plans d’expériences avec d’autres organismes et facteurs de stress.

Traitement manuel des données d&#39; observation visuelles ont montré des anomalies pour cent ont augmenté avec la concentration de cuivre croissante après seulement 72 heures d&#39;exposition initiée post éclosent 2 jours (DPH) esturgeon (figure 2). Les échantillons vidéo documentés l&#39;impact extrême de l&#39;exposition de cuivre sur le comportement de nage de l&#39;esturgeon (Vidéo 2) et aidé à définir la déficience du comportement en conséquence. Dans un autre exemple, l&#39;esturgeon à 30 dph avéré sensible à l&#39;exposition de cuivre avec une 96 h médiane concentration d&#39;effet létal (CL50) de 40,3 ug / L basée sur la mortalité seulement. Toutefois, lorsque paramètres comportementaux sublétales de perte d&#39;équilibre et d&#39;immobilisation sont inclus avec la mortalité la sensibilité augmente avec une concentration estimée de 96 h à effet médian (EC50) allant de 2,4 à 5,0 mg / L. Documentation vidéo capturés ces effets sublétaux et encore validées observations humaines des anomalies comportementales enregistréespendant l&#39;exposition. L&#39;utilisation du logiciel de suivi numérique a réduit le temps de post-traitement de manière significative lors de l&#39;analyse de l&#39;activité piscine. La vitesse de nage des poissons, le temps passé à se déplacer, et la distance parcourue a diminué de manière significative tous (figure 3) avec une concentration en cuivre de plus en plus. Les chemins de natation ont également été réduites avec l&#39; augmentation de la concentration en cuivre (figure 4). <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/53477/53477fig1.jpg" /> Figure 1:.. Computer capture d&#39; écran d&#39;un modèle de feuille de calcul utilisée pour déterminer essai Concentration de la solution mère de préparation de la pâte chimique pour les tests de toxicité dilueurs a été déterminée en utilisant un modèle de feuille de calcul basée sur une concentration cible <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> Figure 2:. Configuration Diluter et design expérimental Diverses étapes de la vie de l&#39; esturgeon blanc ont été exposés au cuivre. La taille du dilueur utilisé pour l&#39;exposition est sélectionné sur la base de la taille du poisson. (A) l&#39; esturgeon début de l&#39; étape de vie ont été exposés à l&#39; aide d&#39; une petite configuration de dilueur et (b) l&#39; esturgeon ancien stade de vie ont été exposés à l&#39; aide d&#39; une configuration à grande dilueur. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/53477/53477fig3.jpg" /> Figure 3: Natation comportement résulte d&#39;un esturgeon blanc stade précoce de vie (Acipenser transmontanus) d&#39;exposition au cuivre 72 h ( en commençant par les hachures de 30 jours [dph] de poisson). Activité Piscine terminaux (a) la durée du mouvement parmi les 30 dph esturgeon blanc; (B) la vitesse de la natation; et (c </la distance strong&gt;) déplacé a diminué avec l&#39;augmentation de la concentration en cuivre entre l&#39;esturgeon blanc exposé pendant 96 heures. Asterisk indique une différence significative du contrôle, les barres d&#39;erreur représentent l&#39;écart type. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/53477/53477fig4.jpg" /> Figure 4: Les résultats d&#39;une esturgeon blanc stade précoce de vie (Acipenser transmontanus) 96 d&#39;exposition de cuivre h ( en commençant par les hachures de 2 jours [dph] de poisson) Surviving esturgeon blanc à 2 dph présentant une perte d&#39;équilibre et d&#39; immobilisation après 72 h d&#39;un. exposition de 96 h avec l&#39;augmentation de la concentration en cuivre. Asterisk indique une différence significative du contrôle, les barres d&#39;erreur représentent l&#39;écart type. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/53477/53477fig5.jpg" /> Figure 5: Exemple de natation chemin résulte d&#39;un esturgeon blanc stade précoce de vie (Acipenser transmontanus) exposition au cuivre 96 h (regardant post éclosent 30 jours [dph] de poisson). chemins de natation de l&#39; esturgeon numérisées en utilisant un logiciel de suivi numérique à partir de (a) répliquée de contrôle (n = 5 poissons) et (b) d&#39;un traitement élevé (50 ug / L) répliquée (n = 3 poissons) après une exposition de 96 h. Notez le nombre de chemins de natation ne représente pas le nombre de poissons présents dans la chambre à cause de certains poissons étaient inactifs. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477fig5large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Paramètre quantifiable </td><td> Paramètres observationnelles </td></tr><tr><td> Rapidité </td><td> Léthargie / Hyperactivité </td></tr><tr><td> Distance Déplacé </td><td> Perte d&#39;équilibre </td></tr><tr><td> Durée du temps passé dans la zone </td><td> Spasmes / tremblements / têtevers le bas </td></tr><tr><td> Zone de transition nombre de fois l&#39;organisme se déplace entre les zones sélectionnées </td><td> Position dans la colonne d&#39;eau </td></tr><tr><td> En route pour point calcule la déviation de la trajectoire de l&#39;animal vers un point d&#39;intérêt </td><td> Respiration (rapide / lent) </td></tr><tr><td> Heading calcule le cap du point de corps sélectionné </td><td> Coloration </td></tr><tr><td> Tournez angle de différence dans la position entre deux échantillons </td><td> Dissimulation </td></tr><tr><td> Vitesse angulaire calculée en divisant l&#39;angle de braquage par l&#39;intervalle d&#39;échantillon </td><td></td></tr><tr><td> Promenez-calculée en divisant l&#39;angle de braquage par la distance parcourue. Utilisé pour comparer les transformer en animaux se déplaçant à des vitesses différentes </td><td></td></tr><tr><td> Le temps passé à se déplacer </td><td></td></tr><tr><td> Mobilité état calcule la durée pendant laquelle la zone complète détecté comme animal est en train de changer, même si le centpoint de er reste le même </td><td></td></tr><tr><td> Rotation-une rotation est terminée lorsque le point de corps sélectionné a un angle de braquage cumulatif de 360 ​​°. Tourne dans le sens opposé inférieur au seuil sont ignorés. </td><td></td></tr><tr><td> Mobilité continue calcule le pourcentage de la mobilité pour la zone complète de l&#39;animal détecté, même si le point central reste le même. </td><td></td></tr><tr><td> Distance entre les sujets-calcule la distance entre tous les acteurs et les récepteurs sélectionnés </td><td></td></tr><tr><td> De proximité calcule la durée pendant laquelle l&#39;acteur est ou non à proximité du récepteur </td><td></td></tr><tr><td> Mouvement relatif </td><td></td></tr><tr><td> mouvement Le net pondéré mouvement de l&#39;acteur (positif) et de (négatif) du récepteur, pondérée par la distance entre eux </td><td></td></tr><tr><td> mouvement pondéré de-moveme<html> nt de l&#39;acteur du récepteur, pondérée par la distance entre eux. </td><td></td></tr><tr><td> mouvement pondéré To- mouvement de l&#39;acteur au récepteur, pondérée par la distance entre eux </td><td></td></tr><tr><td> contrôle de la période d&#39;essai, déclaration entre deux événements des éléments de contrôle de première instance, ou au sein d&#39;un élément </td><td></td></tr><tr><td> le contrôle de première instance événement moment où un événement dans un élément que vous avez défini dans le contrôle de première instance se produit. </td><td></td></tr></tbody></table> Tableau 1:. Paramètres comportementaux quantifiés grâce à un logiciel de suivi numérique Ces paramètres peuvent être utilisés sur des individus ou des groupes et servir aussi comme une liste des contrôles d&#39; observation visuelle de la déficience du comportement au cours de l&#39;exposition. <img alt="Vidéo 1" src="/files/ftp_upload/53477/53477movie1.jpg" /> /www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477video1.avi &quot;&gt; Vidéo 1:. définition visuelle de comportement anormal présenté par l&#39; esturgeon blanc affecté (clic droit pour télécharger) Une liste de contrôle d&#39; observation quotidienne a été utilisé pour documenter des anomalies Le. perte d&#39;équilibre et d&#39; immobilisation sont les anomalies les plus fréquentes observées lors des expositions. Modifiée de Calfee et al. 7 <img alt="Vidéo 2" src="/files/ftp_upload/53477/53477movie2.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477video2.avi">Vidéo 2: Documentation visuelle mettant</a> en <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477video2.avi">évidence un exemple de blanc comportement de nage de</a> l&#39; <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53477/53477video2.avi">esturgeon. (Clic droit pour télécharger)</a> l&#39; activité de natation de l&#39; esturgeon blanc a été considérablement réduit l&#39; exposition à la concentration en cuivre de plus en plus. L&#39;esturgeon représenté dans cette vidéo sont d&#39;un contrôle, moyen faible, et un traitement élevé à la fin d&#39;un cuivre aqueux 96 hexposition. Bien que l&#39;esturgeon blanc étaient encore en vie, il est évident que le poisson a été grandement altérée dans les traitements par rapport aux contrôles. Modifié à partir de Calfee et al. 7

Mesurer les impacts des contaminants environnementaux sur le comportement des poissons est souvent subjective et stimulant notamment lorsqu&#39;ils traitent avec paramètres sublétaux. Nous décrivons les méthodes , y compris la technologie vidéo pour quantifier le comportement de nage de la vie stade précoce de l&#39; esturgeon blanc (Acipenser transmontanus) pendant et après 96 h une exposition aiguë à diverses concentrations de cuivre.

Quantifier Poisson Natation Comportement en réponse à une exposition aiguë de cuivre aqueux assistées par ordinateur et vidéo numérique Analyse d&#39;image

Behavioral responses of aquatic organisms to environmental contaminants can be precursors of other effects such as survival, growth, or reproduction.  ...

L'objectif général de cette procédure est de démontrer comment quantifier les réponses comportementales du sterlet blanc à une exposition sublétale au cuivre dissous. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l'écotoxicologie, telles que l'effet d'une exposition sublétale aux contaminants sur le comportement de nage des poissons. Cette méthode peut fournir des informations importantes pour la conservation du sterlet blanc.Elle peut également être facilement appliquée à d'autres espèces de poissons, aux amphibiens et aux invertébrés. Le principal avantage de cette technique est que la réponse est très sensible, fournit une indication précoce de la toxicité et est pertinente pour la survie de l'organisme. Au départ, cette méthode peut s'avérer difficile si l'individu n'est pas familier avec la réalisation de mesures comportementales.La démonstration du protocole sera réalisée par ma co-auteure Holly Puglis. Tout d'abord, préparez deux litres de sulfate de cuivre(II) pentahydraté de qualité réactif en solution aqueuse. Ensuite, équilibrez le système de dilution et les réservoirs d'exposition.Placer le tube d'aspiration du distributeur automatique de seringue dans le flacon de solution mère. Ensuite, régler le volume de prélèvement de la pompe automatique à un millilitre et mettre le diluteur en marche. Le système réalise une série de dilutions à 50 % comprenant cinq concentrations et un témoin.À l’aide d’un séparateur quadruple, ces solutions sont acheminées vers les quatre chambres d’exposition répliquées. Ensuite, allumez la pompe du refroidisseur programmé pour maintenir le bain d’eau à 15 degrés Celsius. Maintenant, à l’aide du minuteur automatisé du diluteur, réglez-le pour qu’il effectue un cycle toutes les 30 minutes.Le niveau d'eau dans les réservoirs est maintenu par un drain à colonne d'équilibre. Préparez les chambres d'exposition en faisant un trou de quatre centimètres sur le côté, puis en recouvrant le trou d'un maillage en acier inoxydable de 30 microns. Veillez à choisir des chambres d'exposition capables de contenir au moins un litre d'eau pour 10 grammes de poisson.Par exemple, un esturgeon blanc âgé de 89 jours pèse environ 373 milligrammes et peut donc être testé dans une chambre carrée de 28 centimètres sur 13,5 centimètres sur 25 centimètres. Au début, au milieu et à la fin d'une expérience, prélève des sous-échantillons de 24 millilitres de la solution d'essai pour analyse chimique. Utilise des pipettes en paille fixées à des seringues en plastique.Remplacez la paille buvard par un filtre en polyéthersulfone de 0,45 micron, puis versez 4 millilitres d’eau d’essai à travers le filtre. Éliminez cette eau. Ensuite, filtrez les 20 millilitres d’eau restants dans un flacon en polyéthylène préalablement nettoyé à l’acide.Acidifier l'échantillon avec de l'acide nitrique 16 molaire jusqu'à 1 % volume par volume. Ces échantillons peuvent ensuite être conservés jusqu'à trois mois. Une fois les expositions d'essai confirmées, mettre en stock trois esturgeons dans chaque chambre d'essai en réplique, soit environ 172 milligrammes de poisson par litre de chambre.Prélevez le poisson-épieu à l’aide d’un filet non abrasif et transférez-les dans un petit seau. Au total, 144 poissons sont nécessaires pour recueillir des données à partir de six solutions d’essai. Pendant l’exposition de 96 heures, n’alimentez pas les poissons.Des observations quotidiennes régulières doivent être effectuées pour évaluer la mortalité et les comportements anormaux. Le matin est le meilleur moment de la journée pour cela, et idéalement, l'observateur doit être aveugle aux conditions du test. La perte d'équilibre est définie comme l'incapacité des poissons à maintenir une position verticale dans la colonne d'eau.L'immobilité est définie comme l'incapacité des poissons à bouger ou à nager, sauf s'ils sont stimulés mécaniquement. Notez également toute autre anomalie, telle que la léthargie, l'hyperactivité, une augmentation ou une diminution de la respiration, des changements de couleur, des tremblements, des spasmes, un abdomen gonflé, la position dans la colonne d'eau, ainsi que tout autre comportement anormal de nage. Les poissons morts doivent toujours être retirés immédiatement.Chaque jour, mesurez également les niveaux d'oxygène dissous à l'aide d'un oxymètre portable sur deux échantillons d'eau. À la fin de l'exposition de 96 heures, enregistrez des vidéos pour l'analyse du comportement natatoire. Placez l'arène d'essai à l'intérieur d'un réservoir d'exposition.Veillez à choisir un arène de test suffisamment grande pour permettre aux poissons de nager librement. Juste au-dessus de chaque arène de test, installez une caméra vidéo portative sur un trépied. Ensuite, parmi les poissons traités, sélectionnez au hasard jusqu'à trois survivants.Transférez trois poissons dans l'arène d'essai à l'aide d'un petit filet en mesh. Laissez les poissons s'acclimater à l'arène pendant environ 30 minutes. Pendant que les poissons s'acclimatent, mettez au point l'image, réduisez au minimum les distorsions causées par les reflets de l'eau en mouvement et maximisez le contraste des poissons par rapport à l'arrière-plan, en ajustant la vue de manière à ce que le poisson ne soit pas masqué.Une fois que le poisson est acclimaté, commencez l'enregistrement et collectez deux minutes de données vidéo. Après avoir pris la vidéo, euthanasiez et éliminez le poisson. Après avoir converti les fichiers vidéo au format requis par le logiciel d'analyse numérique, ouvrez le logiciel de suivi et sélectionnez une nouvelle expérience par défaut dans l'option créer une nouvelle expérience sur l'écran principal.Remplissez les champs demandés, puis appuyez sur OK. Ensuite, accédez à l'option de paramètres de l'expérience dans le menu de configuration, et sélectionnez Fichier vidéo sous Source vidéo. Réglez le nombre d'arènes à un.Configurer le nombre de sujets par arène à trois. Ensuite, sélectionner la détection du point central dans les caractéristiques suivies et choisir les unités souhaitées. Puis, dans la configuration, sélectionner l'option de liste d'essais et cliquer sur « ajouter des vidéos » en haut de l'écran.Choisissez l'ordre alphabétique dans la boîte de dialogue. Cliquez sur parcourir. Accédez au dossier où se trouvent les vidéos, sélectionnez les fichiers pertinents, puis cliquez sur ouvrir.À présent que les fichiers vidéo ont été sélectionnés, passez à la définition du périmètre de l'expérience dans le logiciel. Cliquez d'abord sur ajouter une variable en haut de l'écran, puis saisissez concentration dans la zone d'étiquette. Entrez concentration en cuivre en microgrammes par litre dans la zone de description.Ensuite, sélectionnez « numérique » dans la liste déroulante pour le type. Cliquez sur la case des valeurs prédéfinies et choisissez l'option « définir des valeurs individuelles » dans la boîte de dialogue. Saisissez les concentrations utilisées pour l'expérience, en cliquant sur « ajouter » entre chaque saisie numérique.Ensuite, décochez l'option « autoriser d'autres valeurs » et cliquez sur OK. Choisissez « essai » dans le menu déroulant de la zone d'application. Saisissez la concentration appropriée pour chaque essai dans les champs prévus à cet effet.Cliquez sur « Ajouter une variable » en haut de l'écran. Saisissez « réplicat » dans la zone d'étiquette. Saisissez « numéro de réplicat » dans la zone de description.Choisissez « numérique » dans la liste déroulante pour le type. Ensuite, cliquez sur la case des valeurs prédéfinies et sélectionnez l'option « définir des valeurs individuelles » dans la boîte de dialogue. Saisissez un, deux, trois et quatre, puis décochez l'option « autoriser d'autres valeurs ».Ensuite, cliquez sur OK. Maintenant, sélectionnez l'option d'essai dans le menu déroulant de la zone d'application. Saisissez le numéro de réplicat approprié pour chaque essai.La prochaine étape consiste à configurer les espaces de l'arène. Commencez par choisir les paramètres de l'arène dans l'onglet configuration, puis nommez le premier paramètre « essai un ». Dans la boîte de dialogue, sélectionnez l'option « récupérer l'image d'arrière-plan » et cliquez sur parcourir.Localisez le fichier vidéo correspondant au premier essai et cliquez sur «&nbsp;Ouvrir&nbsp;». Une fois la vidéo affichée, cliquez sur «&nbsp;Acquérir&nbsp;» dans la boîte de dialogue d'acquisition de l'image de fond. Ensuite, cliquez sur l'icône de cercle blanc située près du haut de l'écran, dans les paramètres de l'arène, puis ajustez le cercle affiché de manière à entourer la zone de nage.Ensuite, cliquez sur l'icône de l'échelle de calibration dans les paramètres de l'arène. Utilisez un mouvement cliquer-glisser pour sélectionner l'espace de l'arène. Maintenant, dans la case de distance réelle, sous la distance de calibration, saisissez 10,5.Ensuite, cliquez sur «&nbsp;OK&nbsp;». Si nécessaire, ajustez la ligne de calibration afin qu'elle couvre tout le diamètre de l'arène circulaire. Cliquez sur l'option de validation des paramètres de l'arène dans la boîte de paramètres de l'arène, et corrigez tout problème lié aux paramètres qui n'ont pas été validés.À présent, répétez ce processus jusqu'à ce que toutes les arènes soient définies pour chaque essai. Ensuite, configurez les paramètres de détection des poissons. Commencez par sélectionner les paramètres de détection dans l'option de configuration située dans la barre d'outils d'exploration de l'expérience, à gauche de l'écran.Ensuite, sélectionnez la soustraction dynamique dans le menu déroulant sous « méthode » dans la boîte de dialogue des paramètres de détection. Choisissez également une couleur de remplissage pour chaque sujet sous « identification des sujets » dans la boîte de dialogue. Ensuite, sélectionnez « choisir la vidéo » et localisez la vidéo correspondant à l'essai un.Dans les paramètres de détection, dans une boîte de dialogue, saisissez 5,9941 dans le champ de fréquence d'échantillonnage sous vidéo. Dans la même boîte, cliquez sur Paramètres pour l'option d'image de référence sous détection. Ensuite, cliquez sur l'option Démarrer l'apprentissage C dans la boîte de dialogue de l'image de référence.Une fois l'image dans la boîte de dialogue d'image de référence affichée sans animaux, cliquez sur « utiliser l'image de référence dynamique » dans les paramètres d'acquisition situés dans la boîte de dialogue, puis fermez cette boîte de dialogue. Choisissez maintenant « plus sombre » dans le menu déroulant « le sujet est » sous la détection dans la boîte de dialogue des paramètres de détection. Pour le contraste sombre sous la détection, réglez le nombre inférieur à 33 et le nombre supérieur à 153.Ensuite, cliquez sur «&nbsp;Enregistrer les modifications&nbsp;» en bas à droite. Vérifiez maintenant que le logiciel suit correctement les animaux, et non pas leurs ombres ou des débris. Cliquez sur le bouton de lecture dans la boîte de dialogue de lecture et ajustez les valeurs de contraste sombre selon les besoins.Veillez à enregistrer tous les ajustements effectués. Le logiciel est désormais configuré pour collecter des données à partir de la vidéo ; la tâche suivante consiste donc à suivre les poissons lors de chaque essai. Commencez par sélectionner l'acquisition dans l'option de configuration située dans la barre d'outils de l'explorateur d'expérience à gauche de l'écran.Ensuite, cliquez sur « suivre l'essai prévu suivant » dans la boîte de dialogue des paramètres d'acquisition, et vérifiez que l'essai correct, la vidéo et les paramètres de l'arène sont tous affichés sous les paramètres dans la boîte de dialogue des paramètres d'acquisition. Puis, cochez l'option « la détection détermine la vitesse » dans la boîte de dialogue de contrôle d'acquisition. Cliquez sur le bouton comportant un cercle vert entouré d'un carré blanc pour démarrer le processus d'acquisition.Répétez ce processus jusqu'à ce que tous les essais aient été suivis. À présent, les objets suivis, qui sont les poissons, peuvent être analysés. Cliquez d'abord sur profils de données dans l'option d'analyse située dans la barre d'outils de l'explorateur d'expérience à gauche de l'écran.Ensuite, sélectionnez l'option de temps dans le menu d'imbrication de la barre d'outils des composants. Dans la boîte de dialogue de temps, sous l'option de sélection de l'intervalle temporel de la piste, réglez la valeur « à » sur deux minutes, puis cliquez sur OK. Ensuite, faites glisser la zone imbriquée entre la zone de départ et la zone de résultat dans la section des profils de données située sur le côté droit de l'écran.Dans la barre d'outils de l'explorateur d'expériences située à gauche de l'écran, recherchez sous l'option d'analyse et cliquez sur Profil d'analyse. Ensuite, dans la barre d'outils des variables dépendantes, sous l'en-tête distance et temps, cliquez sur vitesse. Cliquez sur Ajouter, puis dans la barre d'outils des variables dépendantes, sous l'en-tête distance et temps, cliquez sur distance parcourue.Ensuite, cliquez sur « ajouter » dans la boîte de dialogue « distance parcourue », puis, sous l’en-tête « comportement individuel » dans la barre d’outils des variables dépendantes, cliquez sur « déplacement ». Dans la boîte de dialogue « déplacement », recherchez sous l’en-tête « filtre des valeurs aberrantes » et réglez l’intervalle de moyenne à un. Ensuite, sous l’en-tête « seuil », réglez la vitesse de démarrage à deux virgule zéro zéro et la vitesse d’arrêt à un virgule sept cinq.Sous le titre « Calculer les statistiques », cochez les deux cases pour les objets en mouvement et ceux immobiles. Ensuite, cliquez sur « Ajouter », puis dans l’option « Résultats » de la barre d’outils de l’explorateur d’expérience située à gauche de l’écran, cliquez sur « Sortie d’analyse ». Cliquez maintenant sur « Calculer ».Une fois les variables dépendantes calculées, cliquez sur exporter en haut de l'écran. Choisissez le dossier de destination dans la boîte de dialogue exporter le résultat de l'analyse, puis sélectionnez Excel dans le menu déroulant type de fichier. Ensuite, cliquez sur OK.Enfin, cliquez sur enregistrer l'expérience dans l'onglet fichier situé en haut de l'écran. Fermez le logiciel de suivi numérique. Importez les données dans un fichier de feuille de calcul et analysez-les à l'aide d'un logiciel commercial d'analyse statistique.Après seulement 72 heures d'exposition à diverses concentrations de cuivre, les esturgeons de deux jours post-éclosion présentaient de nombreuses anomalies visibles. Un impact évident sur le comportement de nage a été observé. Les données vidéo ont permis de caractériser cet impairissement comportemental.Dans des tests supplémentaires, les esturgeons âgés de 30 jours après l'éclosion se sont révélés sensibles aux expositions au cuivre de 96 heures. La vitesse de nage, le temps passé en mouvement et la distance parcourue ont toutes significativement diminué avec l'augmentation des concentrations en cuivre. Les trajectoires de nage ont également été réduites en fonction de l'augmentation des concentrations en cuivre.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment quantifier le comportement dans un test de toxicité. Cette technique peut offrir aux gestionnaires de l'environnement un moyen d'utiliser des critères fondés sur le comportement afin de documenter les atteintes à l'environnement et de guider la restauration. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de rester constant lors de l'enregistrement des observations comportementales.D'autres comportements, tels que l'alimentation et l'agressivité, peuvent être quantifiés en suivant cette procédure afin de répondre à des questions supplémentaires sur les effets à long terme de l'exposition aux contaminants sur la survie.

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