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La Figura 1 illustra la geometria dell'arena, la configurazione dell'illuminazione e la posizione della telecamera utilizzate per registrare le interazioni sociali naturali in Drosophila. L'installazione garantisce un'illuminazione uniforme e condizioni di imaging stabili adatte alla stima della posa e all'estrazione delle coordinate.
La stima automatica della posa è stata applicata a tutti i video registrati per estrarre coordinate bidimensionali per i punti anatomici chiave predefiniti di ogni mosca. Il modello ha identificato costantemente testa, torace, addome e articolazioni alari tra i telai, anche durante interazioni a distanza ravvicinata. La Figura 2 mostra un fotogramma rappresentativo con punti chiave sovrapposti, dimostrando un tracciamento accurato multi-fly e una rilevazione stabile dei punti chiave durante tutta la registrazione. L'affidabilità di questo passaggio garantisce che la serie temporale di coordinate estratte possa costituire una solida base per analisi quantitative a valle. La Figura 3 illustra il flusso di lavoro analitico.
Utilizzando le coordinate estratte e la proporzione di frame per ciascuna coordinata, abbiamo generato heatmap di occupazione spaziale per visualizzare la distribuzione cumulativa delle posizioni di fly all'interno dell'arena. Queste heatmap riassumono la densità di probabilità delle posizioni delle mosche nel tempo e evidenziano le regioni di occupazione preferenziale. La Figura 4 e la Figura 5 presentano mappe di calore rappresentative per i voli w1118 e Canton-S (CS). Le differenze nei modelli di utilizzo spaziale tra le zone centrale e periferica nei due genotipi sono facilmente osservabili, riflettendo tendenze distinte nell'esplorazione dell'arena e nella preferenza delle zone.
Oltre ai modelli di occupazione, abbiamo ricostruito le traiettorie locomotorie dalle serie temporali di coordinate per catturare dinamiche di movimento su scala fine. Le traiettorie venivano generate collegando le coordinate bidimensionali delle mosche di ogni fotogramma successivo senza alcuna levigatura. Le traiettorie mostrate in Figura 4 e Figura 5 illustrano i percorsi di movimento individuali per le mosche w1118 e CS, rivelando differenze specifiche per genotipo nella portata di movimento, nella complessità del percorso e nelle transizioni tra zone ad alta occupazione. Insieme, i risultati di rilevamento dei punti chiave, le heatmap e le ricostruzioni delle traiettorie dimostrano che la pipeline combinata di stima della posa e analisi basata su coordinate cattura e differenzia efficacemente la struttura comportamentale delle Drosophila che interagiscono liberamente tra i genotipi.
Abbiamo anche definito l'interazione sociale in ogni frame basandoci sulle coordinate bidimensionali di cinque punti chiave anatomici. Una coppia era considerata socialmente impegnata quando entrambi i criteri venivano soddisfatti simultaneamente: una distanza testa a testa superiore a 0,5 mm ma inferiore a 20 mm, e una differenza di orientamento superiore a 30°28,29,30,31. Di conseguenza, abbiamo misurato la proporzione di tempo trascorso nell'interazione sociale per ogni coppia (sei coppie per genotipo). Il nostro metodo può misurare in modo affidabile il comportamento sociale delle mosche, come mostrato nella Figura 6. I rapporti sociali medi per le mosche W1118 e CS erano rispettivamente 0,270 ± 0,001 e 0,252 ± 0,005, in sei esperimenti replicati indipendenti, suggerendo una forte riproducibilità tra diversi gruppi sperimentali. È inoltre coerente con il risultato che non vi è una differenza significativa nel rapporto sociale tra i due ceppi di mosche di tipo selvatico.

Figura 2: Risultati rappresentativi della rilevazione dei punti chiave. La stima automatica della posa identificava tutti i punti anatomici chiave predefiniti per ogni mosca attraverso i fotogrammi. I marcatori sovrapposti illustrano un tracciamento accurato di più mosche durante le interazioni sociali naturali. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Flusso di lavoro dell'analisi. Il flusso di lavoro principale comprende preprocessing, preparazione dei dati, addestramento del modello e validazione, e alla fine produce coordinate bidimensionali di Drosophila, seguite da un'analisi basata su interfaccia grafica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Mappa del calore rappresentativa dell'attività e traiettorie locomotorie delle mosche w1118. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La heatmap mostra l'occupazione spaziale cumulativa all'interno dell'arena per oltre 10 minuti, rivelando le zone di attività preferite per ogni mosca w1118. Le traiettorie sovrapposte illustrano percorsi di movimento individuali ricostruiti da serie temporali di coordinate.

Figura 5: Mappa del calore rappresentativa dell'attività e traiettorie locomotorie delle mosche Canton-S (CS). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La heatmap mostra la distribuzione spaziale di occupazione di ogni mosca CS durante l'interazione libera per 10 minuti. Le traiettorie ricostruite evidenziano la portata di movimento e la struttura del percorso, permettendo il confronto con i modelli comportamentali w1118.

Figura 6: Rapporto sociale nelle mosche di tipo selvatico. Quantificazione del comportamento sociale dopo 10 minuti nella camera. Per sei accoppiamenti di ciascun genotipo in un piccolo campo, per determinare la percentuale di contatto sociale. I valori del rapporto sociale per le mosche W1118 e CS erano rispettivamente 0,270 ± 0,001 e 0,252 ± 0,005. I dati sono presentati come media ± SD. I confronti statistici sono stati effettuati utilizzando un test Student a due code non accoppiato e a due linee. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Fascicolo supplementare 1. Tutti i file di codifica necessari per eseguire il protocollo.Clicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo supplementare 2. Applicazione GUI standaloneClicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo supplementare 3. Requisiti PythonClicca qui per scaricare questo file.