ראייה ריח מעקב מתווכת במהלך טיסה ב תסיסנית
26 בינואר 2009
כאן אנו מתארים כיצד לייעל את תמונת וידאו שנרכשו עבור לקשור מגנטי מנגנון ההרחה (OMT). כמו כן, אנו מתארים שני הפרוטוקולים מדגם ניסיוני לחקר visuo-הריח היתוך.
חרקים מעופפים משתמשים ברמזים חזותיים כדי לייצב את כיוון התקדמותם בזרם רוח. ככזה, ייצוב חזותי של מעקב נגד כיוון הרוח מסייע ישירות במעקב אחר ריח. באמצעות מכשיר קשירה מגנטית ריחית, או OMT, אנו יכולים לבחון האם רמזים חזותיים משפיעים ישירות על התנהגות מעקב אחר ריח באופן בלתי תלוי ברמזי רוח.
הפרוצדורה מתחילה באופטימיזציה של התאורת הזבוב על ידי כיוון עוצמת נורת LED באינפרה-אדום כדי לקבל תמונה ברורה של הזבוב. תאורה חלשה מדי תגרום לתמונה עמומה ותאורה חזקה מדי תגוב בתמונה עם רוויה יתר לאחר שהזבוב צולם כראוי. תוכנת ניתוח מודדת את זווית הגוף בזמן אמת; גרירה חזותית של זבוב אל תוך ענן ריח של מזון גורמת לכיוון התקדמות עקבי לעבר המיקום המרחבי של הענן.
אך זאת רק כאשר הפנורמה הוויזואלית כוללת רמזים חזותיים חזקים. בדיקה של אותה זבוב בזירה ויזואלית בעלת לומיננס ממוצע שווה, אך ללא קצוות ויזואליים, גורמת למעקב לקוי אחר הריח כיוון שהזבוב מאבד את האוריינטציה המרחבית שלו. שלום, אני בריאן דה-מארס מהמעבדה של ד"ר מארק פריי במחלקה למדעי הפיזיולוגיה באוניברסיטת קליפורניה לוס אנג'לס.
היום נראה לכם כיצד לרכוש ולבצע אופטימיזציה לתמונות וידאו לצורך ניתוח זווית הגוף במכשיר ריסון מגנטי ריחני. כמו כן, נתאר שני ניסויים לבחינת השפעת רמזים חזותיים על מעקב אחר ריח. אנו משתמשים בהליך זה במעבדתנו כדי לחקור בקרת תעופה המתווכת על ידי חושים חזותיים וריחניים בזבובים פירות.
אם כך, נתחיל. אופטימיזציה של תמונת הווידאו היא קריטית לאיכות הנתונים הנרכשים כדי לקבל תמונות נקיות יותר. ראשית, מקמו זבוב שנקשר זה עתה לזירה באמצעות פינצטה.
בשלב הבא, מקמו את המצלמה של לוח תרי העשירה (fire wire board) מתחת לתא הוואקום מאקריליק השקוף, כך שהמצלמה תופנה ישירות כלפי מעלה דרך תא הוואקום ודרך צינור הוואקום מזכוכית אל ההיבט הוונטרלי (הבטני) של הזבוב הקשור. ודאו כי על עדשת מערכת הווידאו אין ציפוי של מסנן תכלילי (אינפרא-אדום). כדי להאיר את הזבוב, השתמשו במערך מעגלי של נוריות LED אינפרא-אדומות, הממוקמות ממש מתחת לפאנלי ה-LED.
כוון כל LED לגוף הזבוב באופן נפרד כדי להבטיח תאורה אחידה, במטרה להפחית סנוור ממערכת הפאנלים ולמזער רמזים חזותיים שעלולים להיראות על ידי הזבוב. מומלץ לצפות את כל המשטחים המחזירים אור בטווח הראייה של המצלמה בצבע שחור מט, ויש לכבות את אורות החדר כדי להפחית סנוור ותנודות בבהירות שעלולות להיות מורגשות על ידי עינו של הזבוב. לאחר מכן, בצע בדיקה חזותית של המצלמה.
הזבוב צריך להיראות לבן בהיר על רקע שחור. אם התמונה מטושטשת, ייתכן שיהיה צורך להתמקד בעדשה. אם הזבוב נראה כהה, ייתכן שמערך ה-LED אינו ממוקד או שאינו מקבל אספקת חשמל מספיקה להארה נאותה.
לבסוף, רכשו וידאו באמצעות תתי-שגרות מותאמות שנכתבו ב-MATLAB באמצעות ה-image acquisition toolbox. ניסוי פשוט אחד ב-OMT הוא תצפית על זבוב רעב המאתר ועוקב באופן פעיל אחרי נפיחה של ריח מזון מושך. ניסויים אלו מבוצעים בדרך כלל בפורמט של בלוקים אקראיים כדי למזער כל הטיה בסדר הניסויי.
באמצעות מניפולציה של הסביבה החזותית, ניתן להשפיע על יכולתו של הזבוב לעקוב אחר ריח. כדי לבצע ניסוי זה, מקמו זבוב שנקשר זה עתה בזירה באמצעות פינצטה לפני כל ניסוי המשתמש בתצוגה החזותית; סובבו את הזבוב מספר סיבובים כדי להבטיח תנועה חלקה לאורך כל ציר ה-YA ב-360 מעלות. השליכו את הזבוב אם הוא אינו מסתובב בצורה חלקה.
אם הבעיה נמשכת, ייתכן שהמגנטים אינם מיושרים. לאחר מכן, העמידו את הזבוב בתנאי הניסוי הבאים. בסדר אקראי: תבנית פסים בניגודיות גבוהה עם אדי מים הנפלטים מפתח הריח.
תבנית פסים בניגודיות גבוהה עם אדי ריח מושכים. פס אנכי בודד בהיסט של 90 מעלות מפתח הריח עם אדי מים, ופס בודד בהיסט של 90 מעלות עם אדי ריח במרווחים של 1/32, עובדים היטב בניסויים שבהם הזבובים נדרשים לאתר את מקור הריח בעצמם. רכשו וידאו בתדר של 30 hertz למשך כל תנאי ניסויי והשתמשו ב-MATLAB כדי לנתח את התמונות באופן לא מקוון. בעת שימוש בריכוזי ריח גבוהים, ייתכן שריח שיורי ישתחרר מפתח הריח לאחר כיבוי הריח; יש לפעול כדי למזער השפעות אלו.
ניתן לסובב את הזבוב למשך מספר שניות באמצעות פנורמה מסתובבת כדי לאפשר למערכת לשטוף שאריות ריח. פעולה זו מסייעת גם לסובב את הזבוב באופן חזותי בין הטיפולים הניסיוניים. כך נשמרים הזבובים במצב של מעורבות פעילה בניסוי ונמנע מצב שבו הם נשארים בנקודה אחת.
ניסוי בסיסי שני ב-OMT הוא גרירה חזותית של זבוב אל תוך נפיחת ריח, שינוי מיידי של התנאים החזותיים ולאחר מכן מדידת יכולתו להישאר בנפיחה. הניסויים מבוצעים בפורמט של בלוקים אקראיים כדי למזער הטיות כלשהן בסדר הניסויים. בעזרת פינצטה, הניחו זבוב שנקשר acabado בזינה.
בשלב הבא, כבדיקה דיאגנוסטית, סבבו ויזואלית את הזבוב מספר פעמים סביב הזירה. פעולה זו מבטיחה כי לבעל החיים יש את היכולת להכווין את עצמו לכל כיוון. לפני כל תנאי, הפעילו את הריח הניסויי, מים או חומץ, וגררו ויזואלית את הזבוב אל תוך הענן הריחוני על ידי תנודה של פס אנכי קטן במיקום הענן.
כעת, לאחר שהזבוב מופנה לעבר הענן, הסירו את הפס המתונד. לאחר מכן, הציגו את התנאים הוויזואליים הבאים: פסי פנורמה בניגודיות גבוהה עם אדי מים, רקע אחיד עם אדי מים, פסי פנורמה בניגודיות גבוהה עם אדי ריח ורקע אחיד עם אדי ריח.
הקליטו וידאו בתדר של 30 hertz לאורך כל תנאי ניסוי. לאחר מכן, השתמשו בשגרות תוכנה מותאמות שנכתבו ב-MATLAB כדי לנתח את התמונות באופן לא מקוון (offline). בעת אופטימיזציה של תמונת הוידאו ב-OMT, זכרו כי היא צריכה להציג מבט ברור של הזבוב המואר על רקע שחור כהה.
ניתן לשפר תמונות בהירות מדי על ידי הפחתת הפרעות הרקע, הורדת עוצמת נורות ה-LED האינפרא-אדומות, או על ידי כיבוי אורות החדר. אם הזבוב מואר כראוי, כיוונון המיקוד של נורות ה-LED האינפרא-אדומות או שינוי העוצמה שלהן עשויים לפתור את הבעיה.
בבדיקה שבה הזבוב נדרש לאתר בעצמו נפיخة ריח, הוא לעולם לא אמור לאתר נפיקה של אדי מים במידה משמעותית, אך הוא תמיד אמור לאתר נפיקה של ריח בנוכחות רמזים חזותיים פנורמיים עשירים. מבחן שני הוא גרירה חזותית של הזבוב ישירות לתוך נפיקה של ריח, ובדיקה האם הוא מסוגל לשמור על כיוונו בתוך הנפיקה אל מול מגוון רקעים חזותיים סטטיים. אם הזבוב נגרר לתוך נפיקה של אדי מים, הוא אמור להסיט את כיוונו במהירות.
אם הזבוב נגרר לתוך נפיخة ריח וישנם רמזים חזותיים מספיקים כדי לתווך מעקב חזק, הזבוב יישאר בנפיחה. הרגע הצגנו בפניכם כיצד למטב את תמונת הווידאו שנרכשה עבור התקן קישור מגנטי ריחני. כמו כן, תיארנו שני פרוטוקולים ניסיוניים לבחינת השפעתם של רמזים חזותיים על מעקב אחר ריח.
בעת ביצוע ניסויים אלו, חשוב לזכור כי אופטימיזציה של תמונת הווידאו היא קריטית לאיכות הנתונים הנרכשים. כמו כן, ללא קשר לפרוטוקול הניסויי, חשוב לשמור על הזבובים במצב טוב ובמעורבות פעילה. זהו כל העניין.
תודה שצפיתם ובהצלחה בניסוייכם.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה דן באופטימיזציה של דימוי וידאו עבור מכשיר קישור מגנטי ריחני (OMT) המשמש לחקר מיזוג חזותי-ריחני. הוא מפרט פרוטוקולים ניסיוניים לבדיקה כיצד רמזים חזותיים משפיעים על התנהגות מעקב אחר ריח בחרקים מעופפים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- ביולוגיה התנהגותית
- מחקר ריח (Olfaction)
רקע
- חרקים מעופפים משתמשים ברמזים חזותיים לצורך התייצבות במהלך מעקב.
- התייצבות חזותית מסייעת במעקב נגד הרוח ובמעקב אחר ריחות.
- מערכת ה-OMT מאפשרת לבחון את ההשפעה החזותית על מעקב אחר ריחות.
- דימות נכון הוא קריטי לניתוח התנהגותי מדויק.
מטרת המחקר
- לאופטימיזציה של דימוי וידאו עבור מכשיר ה-OMT.
- לחקירת תפקידם של רמזים חזותיים בהתנהגות של מעקב אחר ריח.
- לאספקת פרוטוקולים לביצוע ניסויים על מיזוג חזותי-אולפקטורי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- כיוונון עוצמת נורות ה-LED באינפרא-אדום לצילום אופטימלי של זבובים.
- ניתוח בזמן אמת של זווית הגוף במהלך מעקב אחר ריח.
- מעקב ויזואלי אחר זבובים בתגובה לענני ריח של מזון.
- שימוש בתוכנת ניתוח למדידה והקלטה של נתוני התנהגות.
תוצאות עיקריות
- תאורה נאותה היא קריטית להדמיה ברורה של זבובים.
- רמזים חזותיים משפיעים באופן משמעותי על כיוון הפנייה של זבובים.
- התנהגות מעקב עקבית נצפית כאשר זבובים נחשפים לענני ריח.
- המחקר מספק מסגרת למחקרים עתידיים על אינטגרציה חושית.
מסקנות
- אופטימיזציה של תנאי הדימות משפרת את איכות הנתונים ההתנהגותיים.
- רמזים חזותיים ממלאים תפקיד חיוני בתהליך מעקב הריח של חרקים.
- הממצאים תורמים להבנת האינטגרציה החושית בניווט.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הבנת האופן שבו רמזים חזותיים מווסתים מעקב אחר ריחות באורגניזמי מודל מספקת מידע לאסטרטגיות של תיקוף מטרות (target validation), על ידי חשיפת מנגנונים של אינטגרציה רב-חושית הרלוונטיים לנוירופרמקולוגיה. מערכת בדיקה זו מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית של תרכובות המשפיעות על מסלולי עיבוד חושי באמצעות פלטים התנהגותיים מדידים. גישה זו תומכת בשלבי גילוי מוקדמים על ידי אספקת מערכת רלוונטית למחלה להערכת מעורבות המטרה (target engagement) במעגלים עצביים השולטים בניווט ובקבלת החלטות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות הכוללות אינטגרציה תחושתית ותפקוד של מעגלים עצביים.
- ערך תפעולי: מספק פלטפורמה ניתנת לשחזור להערכת השפעות של מודולציה של מטרות על התנהגויות מורכבות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר מדידות כמותיות של משתנים תלויים (זווית הגוף, עקביות הכיוון) לצורך זיהוי פגיעות (hits).
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של תנאי הבדיקה באמצעות הצגה מבוקרת של גירויים חזותיים וריחוניים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תואם לגישות של סריקה פנוטיפית עבור מודלים של הפרעות נוירופסיכיאטריות ותחושתיות.
- ערך תפעולי: מקל על שיתוף פעולה בין-תחומי באמצעות נקודות קצה התנהגותיות משותפות ודרישות לשחזור.
שילוב בקו עיבוד (Pipeline) ובזרימת עבודה
השיטה משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים על ידי כך שהיא מאפשרת בדיקת השערות לגבי crosstalk חזותי-אולפקטורי לפני שלבי זיהוי המולקולות המובילות (lead identification).
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבירור מסלולים ובהפחתת סיכונים ביולוגיים של מטרות המעורבות בעיבוד חושי.
- סקר (Screening): מספק מוכנות לבדיקה באמצעות מעקב בזמן אמת אחר זווית הגוף ומדדי לוקליזציה של פלומה (plume).
- אנליטיקה: מספקת פלטי סטטיסטיקה להשוואת תנאים ולהערכת השפעות של תרכובות על דיוק המעקב.
- מחקר תרגומי: מקשר לרצף פרה-קליני באמצעות מנגנונים עצביים שמורים של אינטגרציה חושית.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס יכולת הניתנת לשימוש חוזר לפיתוח בדיקות רב-חושיות לאורך פרויקטי גילוי.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון ניבוי בתיקוף המטרה באמצעות הפחתת סיכונים מכניסטית של מודולטורים של מסלולים תחושתיים.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה ויכולת שחזור באמצעות רכישת וידאו מותאמת ובקרות סביבתיות.
- ערך אסטרטגי: שיפור בקבלת החלטות go/no-go על ידי הפחתת עמימות בפנוטיפים התנהגותיים.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף מטרות מותאם סיכון על בסיס תיקוף פונקציונלי במערכות רלוונטיות למחלה.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בתכנון בדיקות נוירו-התנהגותיות ובניתוח מעקב מבוסס וידאו.
- הצורך בציוד כולל מערכות רתמה מגנטית, תאורה באינפרא-אדום ומכשור להעברת ריחות.
- סטנדרטיזציה בין צוותים מחייבת כיול עקבי של גירויים ויזואליים ותיקוף של פיזור הריח.
- שיקולי התאמה כוללים חדות ראייה וספי רגישות ריח הספציפיים למין.
- מגבלות מעשיות כוללות תלות ברתמה יציבה ובתנאים סביבתיים מבוקרים כדי למזער משתנים מתערבים.
