Il protocollo qui descrive la misurazione dell'organizzazione spaziale degli assi visivi degli occhi delle mosche domestiche, mappati da un dispositivo automatico, utilizzando il fenomeno pseudopupil e il meccanismo pupillare delle cellule fotorecettori.
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Articolo metodologico
Creazione automatica di grafici dello spazio visivo degli occhi composti di Housefly
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo documento descrive la misurazione automatica dell'organizzazione spaziale degli assi visivi degli occhi composti di insetti, che consistono in diverse migliaia di unità visive chiamate ommatidi. Ogni ommatidio campiona le informazioni ottiche da un piccolo angolo solido, con una sensibilità approssimativa distribuita gaussiana (mezza larghezza dell'ordine di 1°) centrata attorno a un asse visivo. Insieme, gli ommatidi raccolgono le informazioni visive da un campo visivo quasi panoramico. La distribuzione spaziale degli assi visivi determina quindi la risoluzione spaziale dell'occhio. La conoscenza dell'organizzazione ottica di un occhio composto e della sua acuità visiva è cruciale per gli studi quantitativi di elaborazione neurale dell'informazione visiva. Qui presentiamo una procedura automatizzata per mappare gli assi visivi di un occhio composto, utilizzando un fenomeno ottico intrinseco in vivo , lo pseudopupil e il meccanismo pupillare delle cellule fotorecettrici. Descriviamo la configurazione optomeccanica per la scansione degli occhi degli insetti e utilizziamo i risultati sperimentali ottenuti da una mosca domestica, Musca domestica, per illustrare le fasi della procedura di misurazione.
Introduzione
La compattezza dei sistemi visivi degli insetti e l'agilità dei loro proprietari, dimostrando un'elaborazione delle informazioni visive altamente sviluppata, hanno incuriosito persone provenienti da background sia scientifici che non scientifici. Gli occhi composti di insetti sono stati riconosciuti come potenti dispositivi ottici che consentono capacità visive acute e versatili 1,2. Le mosche, ad esempio, sono ben note per le loro risposte rapide agli oggetti in movimento e le api sono famose per possedere la visione dei colori e la visione polarizzazione2.
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Protocollo
Il protocollo è conforme alle linee guida per la cura degli insetti dell'Università.
1. Preparazione di una mosca domestica, Musca domestica
- Raccogli la mosca dalla popolazione allevata in laboratorio. Posizionare la mosca nel supporto in ottone (Figura 1).
- Tagliare 6 mm dalla parte superiore del tubo di ritenuta (vedi Tabella dei materiali). La nuova parte superiore del tubo ha un diametro esterno di 4 mm e un diametro interno di 2,5 mm (Figura 1A). Posizionare la mosca viva all'interno del tubo, sigillare il tubo con co....
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Risultati
Animali e stimolazione ottica
Gli esperimenti vengono eseguiti su mosche domestiche (Musca domestica) ottenute da una coltura mantenuta dal Dipartimento di Genetica Evoluzionistica dell'Università di Groningen. Prima delle misurazioni, una mosca viene immobilizzata incollandola con una cera a basso punto di fusione in un tubo ben aderente. La mosca viene successivamente montata sul palco di un goniometro motorizzato. Il centro dei due stadi rotanti coincide con il punto focale di una configur.......
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Discussione
La distribuzione spaziale degli assi visivi degli occhi delle mosche domestiche può essere tracciata utilizzando il fenomeno pseudopupil degli occhi composti e i cambiamenti di riflessione causati dal meccanismo della pupilla dipendente dalla luce. Pertanto, una mosca studiata è montata in un sistema goniometrico, che consente l'ispezione del modello di sfaccettatura locale con una configurazione del microscopio dotata di una fotocamera digitale, il tutto sotto il controllo del computer. L'analisi delle immagini produce .......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da segnalare.
Ringraziamenti
Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dall'Air Force Office of Scientific Research/European Office of Aerospace Research and Development AFOSR/EOARD (grant FA9550-15-1-0068, to D.G.S.). Ringraziamo il Dr. Primož Pirih per molte discussioni utili e Kehan Satu, Hein Leertouwer e Oscar Rincón Cardeño per l'assistenza.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Digital | Camera PointGrey | BFLY-U3-23S6C-C | Acquisizione di immagini amplificate e comunicazione digitale con PC |
| LED stella ad alta potenza | Velleman | LH3WW | Sorgente luminosa per l'osservazione e l'imaging dell'occhio composto |
| Supporto per la mosca indagata | Università di Groningen | Diversi design sono stati prodotti dall'officina universitaria | |
| Motore | lineareELERO | ELERO Junior 1, versione C | Aziona il microscopio superiore verso l'alto e verso il basso. (Carico 300N, velocità della corsa 15 mm/s, corrente nominale 1,2 A) |
| Cera di fusione a bassa temperatura | varie | La cera per punto di fusione a bassa temperatura serve a immobilizzare la mosca e fissarla al supporto | |
| Microscopio | Zeiss | Qualsiasi marca di microscopio alternativa andrà bene; l'obiettivo preferito è un 5x | |
| Motor and LED Controller | University of Groningen | Z-o1 | Progettato e costruito dall'Università di Groningen e basato sulle tecnologie Arduino e Adafruit. |
| Stadio motorizzato | Standa (Vilnius, Lituania) | 8MT175-50XYZ-8MR191-28 | Uno stadio motorizzato a 6 assi modificato per avere 5 gradi di libertà. |
| Componenti ottici | LINUS | Diversi diagrammi e lenti che formano un sistema di epi-illuminazione (vedi Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002) | |
| PC con MATLAB | Università di Groningen | Il PC è in grado di elaborare le immagini della telecamera PointGrey, controllare l'intensità del LED e inviare comandi di controllo ai rulli del motore del sistema | |
| Alimentazione (36V, 3.34A) | Standa (Vilnius, Lituania) | PUP120-17 | Alimentatore dedicato per i controller motore STANDA |
| Saldatore | vari | Utilizzato per sciogliere la cera | |
| Controllore passo-passo e motore CC | Standa (Vilnius, Lituania) | 8SMC4-USB-B9-B9 | Controller dedicati per lo stadio motorizzato STANDA in grado di comunicare con MATLAB |
| Finntip-61 | Finnpipette Ky, Helsinki | FINNTIP-61, 200-1000μ L | PUNTALI PER PIPETTE FINNPIPETTE, 400/CONF. Viene utilizzato per trattenere la mosca |
| Strumento per modellare la penna/bruciare i fili | Max Wax | La punta della penna da intaglio è progettata per trasferire la cera alla testa della mosca | |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, programma | principale USA più le cassette degli attrezzi per l'acquisizione delle immagini, l'analisi delle immagini e il controllo degli strumenti. | Linguaggio di programmazione utilizzato per implementare gli algoritmi |
Riferimenti
- Land, M. F., Nilsson, D. Animal Eyes. , Oxford University Press. (2012).
- Cronin, T. W., Johnsen, S., Marshall, N. J., Warrant, E. J. Visual Ecology. , Princeton University Press. (2014).
- Horridge, G. A.
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Ristampe e permessi
