מעקב סי אלגנס ומדידת התנהגות

פנוטייפ.התנועה של אלגנטיות הים היא כלי חשוב בגילוי גנים ונוירונים המעורבים בהתנהגות אלגנטיות ים. אלגנטיות הים עוברת התנהגויות תנועתיות סטריאוטיפיות כגון תנועות קדימה ואחורה וסוגים שונים של סיבובים על ידי שינוי צורתם. כדי לכמת את התנועות הללו למרחקים ארוכים וברזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה, בנינו גשש תולעים כדי ללכוד את תנועת האלגנטיות של הים כשהוא זוחל על פני השטח של לוח אגר.

פיתחנו גם תוכנה לבידוד וניתוח כמותי של תנועות אלה באמצעות תוכנות מותאמות אישית שנכתבו בתצוגת המעבדה וב-matlab. האתגר של כל מערכות מעקב וידאו הוא שהן מייצרות כמות עצומה של נתונים בעלי מימד רב. תוכנית עיבוד התמונה וניתוח הנתונים שלנו עקב אתגר זה על ידי צמצום צורות התולעת לקבוצה של רכיבים עצמאיים, שחזרנו באופן מקיף את התנהגות התולעת כפונקציה של שלושה עד ארבעה ממדים בלבד.

צלחת אגר מוארת על ידי מקור אור סיבים ומצולמת במצלמה. מערכת זו מותקנת בשלב תרגום XY. הבמה מועברת על ידי מנועי צעד סטנדרטיים, המחוברים לבקר מנוע צעד.

הבקר והמצלמה מחוברים למחשב ונשלטים על ידי תוכנות מותאמות אישית הכתובות בתצוגת מעבדה. המצלמה מצלמת את פני השטח של לוחית אגר ומזהה עצמים כהים על רקע בהיר. סימן כיול לתהליך הכיול האוטומטי נעשה על ידי חיטוט במשטח האגר.

עם בחירת תולעת, איכות התמונה מותאמת כך שתוכנת המחשב יכולה לכמת אובייקטים בזמן אמת. ניתן לכוונן את הרווח, הבהירות ומהירות התריס של המצלמה כדי לספק אובייקט כהה על רקע לבן. ניתן לבדוק את התמונה הבינארית המסוננת, המשמשת את תוכנית המעקב.

לתוכנה תכונת כיול אוטומטי המחשבת את מטריצת הכיול על ידי הזזת אובייקט בדיקה. מרחק קבוע. המרחקים בפיקסלים מכוילים לצעדים שננקטו על ידי מנוע הצעד על ידי מטריצת הכיול.

לאחר הכיול, המערכת מוכנה לפעולה ואין צורך לכייל אותה מחדש אלא אם כן ההגדלה משתנה או אם המצלמה ממוקמת מחדש. טבעת נחושת תשמש כדי לכלוא את התולעים ולמנוע מהן לנדוד לקצה הצלחת. מחממים את הטבעת תחילה על ידי הנחתה על גוש חום או שווה ערך.

יש לחמם את הטבעת כדקה. מניחים את הרינג על צלחת אגר טרייה ולוחצים מעט כלפי מטה כדי להטמיע אותה במשטח האגר. וצלחת אגר מלאה במאגר NGM תשמש לשטיפת תולעים בשלב L ארבע וצעירות של שאריות מזון.

לאחר איסוף תולעים לתוך מאגר ה-NGM, תנו להן לשחות במשך כמה דקות. הנח בזהירות את אחת התולעים השטופות על לוחית המעקב ליד מרכז הטבעת. צלחת זו תשמש מאוחר יותר לגשש התולעים.

הנח את הצלחת המוכנה על גשש התולעת stage. הפעל את תוכנית תצוגת המעבדה ובחר אפשרויות במידת הצורך, כגון מיקום לתמונות, סוגי תמונות, מדידות והגדרות מצלמה. באמצעות הג'ויסטיק, הזז את המיקרוסקופ עד שתמונה של התולעת תהיה בשדה הראייה על מסך המחשב.

לאחר מכן לחץ על המסלול כדי להפעיל את תוכנית המעקב. כאן אנו מראים תולעת שעוקבת אחריה בזמן אמת. תוכנת המחשב מודדת את התנועות של תמונות מסוננות בינאריות כפי שמוצג ויכולה לבצע מדידות של תמונה זו בזמן אמת.

לאחר המעקב ניתן לבצע שחזור של המסלול הגלובלי מתנועות מנוע הצעד בעוד שניתן לראות בפירוט את שינויי הצורה המקומיים של התולעת. תולעים זוחלות על ידי ביצוע תנועות גליות. אנו לוכדים את התנועות האלה על ידי שלד התולעת לעקומה מרכזית אחת, ואז מתארים את העקומה הזו כקבוצה של זוויות.

לאחר מכן אנו מפרקים את השלדים לצורתם הבסיסית, הידועה גם בשם וקטורים עצמיים. בעזרת מצבי ה-eigen האלה, אנו יכולים לשחזר את צורות התולעת ולכמת את תנועות התולעת. באמצעות שני המצבים הראשונים, אנו יכולים ללכוד באופן ספציפי את מיקום הפאזה של מחזור הגידול של התולעת כפי שניתן לראות בפאנל השני.

הפאנל הראשון מציג את ההתפלגות המשותפת של מצבים אחד ושני, ומדגיש מחזור גבול מעגלי. תנועת הפאזה בכיוון אחד תואמת לתנועה קדימה, ותנועת הפאזה בכיוון השני תואמת לתנועה לאחור. לפיכך, מהירות הפאזה תואמת את מהירות התולעת.

בחלל האמיתי, ניתן לראות את המתאם החזק בין הפאזה למהירות העולם האמיתי בפאנל האחרון. באמצעות מהירות הפאזה הנגזרת ממצב Eigen, אנו יכולים לחשוף כמה פרטים עדינים של התנהגות אלגנטיות ים שהעין. לדוגמה, ההתפלגות המשותפת של מהירות הפאזה והפאזה מצביעה בבירור על כך שהתולעים עוזבות ונכנסות למצב קדימה באופן מועדף בשלבי תנועה ספציפיים.

כאן הדגמנו מערכת מעקב קלה לשימוש המתעדת תמונות מפורטות של התנהגות סיליקון כזחילה על פני השטח ולוחות ACA. כמות המידע הכלולה בתמונות אלה היא עצומה וממדית מאוד, ולכן יצרנו גם שיטה להפחתת הממדים של הנתונים בארבעת המדדים הבסיסיים. קל לפרש מדדים אלה ביחס להתנהגות התולעת.

עבודה זו נוצרת כדי למדוד את התולעים ההתנהגותיות בשינויים נמוכים יותר, והמערכת יכולה לשמש גם למדידת פעילות עצבית באמצעות גנטיקה גנטית ואזורים מצופים. המערכת בכללותה גמישה בעיצובה וניתן להשתמש בה עם מערכות זחילה אחרות כגון Doof law, LOEs.