Name: Visivamente monitoraggio Odore mediata durante il volo in Drosophila (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-01-26T00:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Scopri come ottimizzare l'imaging video per l'apparato OMT e studiare l'influenza dei segnali visivi sul tracciamento degli odori in Drosophila. Questo metodo consente analisi comportamentali accurate sul controllo di volo.

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L&#39;OMT è un adattamento di un sistema di legare magnetico 1, intesa a incorporare un simulatore virtuale 2 pennacchio. I seguenti protocolli spiega come ottimizzare le immagini video acquisite (Parte 1) ed eseguire due tipi di base visuo-olfattiva esperimenti (parte 2 e 3). Parte 1: Acquisizione Video Ottimizzare l&#39;immagine video è di fondamentale importanza per la qualità dei dati acquisiti. Seguire questi passaggi per immagini più nitide. <ol><li> Mettere una mosca appena legato in campo con un paio di pinze. </li><li> Posizionare la firewire board camera (Fuoco-I 1394store.com) sotto la camera a vuoto in acrilico trasparente in modo che la telecamera è direttamente verso l&#39;alto attraverso la camera, attraverso un tubo di vetro, per l&#39;aspetto ventrale della mosca legato. Assicuratevi che non ci sia rivestimento filtro IR sull&#39;obiettivo del sistema video. </li><li> Per illuminare il volo, utilizzare un array circolare di LED a infrarossi (Small-Parts Inc) posizionato appena sotto i pannelli a LED. Attenzione ogni LED sul corpo della mosca individualmente per un&#39;illuminazione uniforme. </li><li> Per ridurre i riflessi dal sistema di pannello e per ridurre al minimo segnali visivi osservato dalla mosca, è utile per ricoprire tutte le superfici riflettenti all&#39;interno della telecamera con vernice nera opaca. Luci della stanza deve essere spento per ridurre l&#39;abbagliamento e modulazioni luminosità rilevabile ad occhio della mosca. </li><li> Ispezionare visivamente l&#39;immagine della telecamera. La mosca dovrebbe essere bianco luminoso su uno sfondo nero. Se l&#39;immagine è sfocata la lente può essere necessario a fuoco. Se il volo è scuro, la matrice di LED può essere sfocata o non sufficientemente alimentato per l&#39;illuminazione adeguata. Se lo sfondo contiene oggetti luminosi, montare un disco di carta gregge nero appena sopra al volo per minimizzare riflessione di fondo. </li><li> Noi acquisire video con subroutine personalizzati scritti in Matlab utilizzando la casella degli strumenti di acquisizione di immagini. </li></ol> Parte 2: La mosca trovare il pennacchio odore Un semplice esperimento in OMT si assiste ad un affamato (affamato) volano localizzare e poi attivo il monitoraggio di un pennacchio di odore di cibo attraente. Manipolando l&#39;ambiente influenza la capacità visiva della mosca di tenere traccia con fermezza un odore appetitivo cibo. Si noti che gli esperimenti sono tipicamente eseguiti in un formato blocco casuale di ridurre al minimo ogni pregiudizio in ordine sperimentale. Tutto l&#39;hardware esterno (multiplexer gas, arena LED, acquisizione video) sono controllati da routine software personalizzati scritti in Matlab (Mathworks). <ol><li> Mettere una mosca appena legato in campo con un paio di pinze. </li><li> Prima di ogni esperimento, con un&#39;indicazione sul display, ruotare il volano per alcuni giri 3 per garantire un movimento fluido intorno l&#39;intero asse di imbardata 360. Se il volo non gira senza problemi lo scarto. Se il problema persiste, la causa probabile è magneti allineata. Nota: Se la distribuzione di campo in direzione di traiettorie diverse nel corso del processo di spin mostra picchi significativi (cioè non è piatto a 360 gradi), molto probabilmente c&#39;è un bias di orientamento a causa di magneti allineati. </li><li> Presente al volo con le seguenti condizioni campione sperimentale in ordine casuale: i) ad alto contrasto modello a strisce con il vapore acqueo proveniente dal porto odore, ii) ad alto contrasto motivo a righe con odore di vapore attraente; iii) una striscia singola offset verticale di 90 gradi dall&#39;ugello vapore acqueo, e iv) una singola striscia di offset di 90 gradi con vapore odore. Nella nostra esperienza, intervalli di 30 secondi funzionano bene per gli esperimenti in cui sono sfidati vola a individuare la fonte degli odori per conto proprio. Noi acquisire video a 30 Hz per la durata di ogni condizione sperimentale e analizzare le immagini in linea con le routine software personalizzato scritto in Matlab (una delle più utili funzioni built-in Matlab è regionprops.m che analizza le proprietà geometriche di un&#39;ellisse. </li><li> Quando si usano concentrazioni elevate odore, l&#39;odore residuo può essere rilasciato dal porto odore dopo che l&#39;odore è spento. Per minimizzare eventuali effetti che questo può avere, è utile per far girare al volo per qualche secondo con un panorama di rotazione per consentire al sistema per scovare ogni odore residuo. </li><li> E &#39;utile anche per ruotare visivamente al volo tra i trattamenti sperimentali (i) mantenere le mosche attivamente impegnati nella sperimentazione e di (ii) mantenere vola da rimanere fermi in un posto. Un esperimento esempio può avere il seguente ordine: i) ventiduesimo giro iniziale di diagnosi; ii) cinque secondo giro intermedi; iii) venti coppia seconda condizione # 1; iv) cinque secondo giro intermedi; v) venti coppia seconda condizione # 2. </li></ol> Parte 3: La mosca rimanendo entro il pennacchio odore Un secondo esperimento di base nella OMT è quello di trascinare visivamente una mosca in un pennacchio odore, istantaneamente il cambiamento delle condizioni visive, e quindi misurare la sua capacità di rimanere nel pennacchio. Anche in questo caso, si noti che tutti gli esperimenti vengono eseguiti in un blocco casuale format per minimizzare ogni pregiudizio in ordine sperimentale. <ol><li> Mettere una mosca appena legato in campo con un paio di pinze. </li><li> Visivamente ruotare (spin) i tempi di volo diversi in tutto il campo prima di ogni esperimento come un controllo diagnostico per garantire che l&#39;animale ha la capacità di orientarsi in ogni direzione (cfr. parte 2.2). </li><li> Prima di ogni condizione, accendere l&#39;odore sperimentale (acqua o aceto) e visivamente &quot;trascinare&quot; la mosca nel pennacchio da oscillanti una piccola striscia verticale in corrispondenza della posizione del pennacchio. Questa sfrutta il comportamento potente fissazione striscia osservato nei moscerini [4]. </li><li> Ora che il volo è orientata verso il pennacchio, rimuovere la striscia oscillante e presentano le condizioni di esempio seguente visiva: i) strisce ad alto contrasto panoramica con il vapore acqueo (Fig. 1A), ii) sfondo uniforme con il vapore acqueo (Fig. 1B); iii) strisce ad alto contrasto panoramica con l&#39;odore del vapore (Fig. 1C), iv) di sfondo uniforme, con odore di vapore (Fig. 1D). Acquisire video come in 2.3. Un esperimento esempio può avere il fluire ordine: i) ventiduesimo giro diagnostica iniziale, ii) cinque secondi oscillazione striscia pennacchio, iii) venti coppia seconda condizione # 1; iv) cinque secondi oscillazione striscia pennacchio; v) venti coppia seconda condizione # 2 . </li></ol> Rappresentante dei risultati: <img src="/files/ftp_upload/old/1110_2009_1_22_1/Fig 1.png" alt="Figura 1" width="600" height="195" /> Figura 1 Parte 1 spiega come ottimizzare le immagini video OMT. L&#39;immagine video deve avere una chiara visione della mosca illuminato su uno sfondo scuro nero. Eccessivamente immagini luminose può essere migliorata riducendo le interferenze di fondo, riducendo l&#39;intensità dei LED a infrarossi, o spegnendo le luci della stanza. Se il volo è illuminato in modo improprio, regolando la messa a fuoco dei LED IR o modulando l&#39;intensità dei LED IR potrebbe risolvere il problema. Parti 2 e 3 descrivono per condurre semplici esperimenti per verificare il corretto funzionamento di un OMT. In tutti i casi, una mosca dovrebbe essere visivamente &quot;forzato&quot; (via risposte optomotor) per ruotare alcuni giri in campo per garantire un regolare e completa gamma di movimento. Nella parte 2 una mosca è sfidato a trovare un pennacchio odore di per sé. Per mantenere il volo impegnati nell&#39;esperimento, per ridurre l&#39;effetto del rilascio di odori residui, e per mantenere vola da mantenere una sola voce tutto l&#39;esperimento, è utile per ruotare visivamente al volo per alcuni secondi tra prove. Una mosca non dovrebbe mai localizzare un pennacchio di vapore acqueo in misura significativa, e deve sempre localizzare un pennacchio di odore in presenza di ricchi spunti visuali panoramiche. Nella parte 3 una mosca è visivamente trascinato direttamente in un pennacchio odore e sfidato a mantenere la sua voce all&#39;interno del pennacchio contro una varietà di ambienti visuali fisse. Se il volo viene trascinato in un pennacchio di vapore acqueo, dovrebbe allontanarsi rapidamente. Se il volo viene trascinato in un pennacchio odore e non ci sono sufficienti indizi visivi per mediare inseguimento robusto, la mosca rimarrà nel pennacchio.

<ol><li>Bender, J. A., Dickinson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+stimulation+of+saccades+in+magnetically+tethered+Drosophila%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Visual stimulation of saccades in magnetically tethered Drosophila.</a> J Exp Biol. 209, 3170-3182 (2006).</li>
<li>Duistermars, B. J., Frye, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crossmodal+visual+input+for+odor+tracking+during+fly+flight%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Crossmodal visual input for odor tracking during fly flight.</a> Curr Biol. 18, 270-275 (2008).</li>
<li>Reiser, M. B., Dickinson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modular+display+system+for+insect+behavioral+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A modular display system for insect behavioral neuroscience.</a> J Neurosci Methods. 167, 127-139 (2008).</li>
<li>Götz, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Course-control%2C+metabolism+and+wing+interference+during+ultralong+tethered+flight+in+Drosophila+melanogaster%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Course-control, metabolism and wing interference during ultralong tethered flight in Drosophila melanogaster.</a> J. Exp. Biol. 128, 35-46 (1987).</li>
</ol>

L&#39;acquisizione delle immagini di questo sistema utilizza una telecamera a bordo poco costoso firewire e software scritto in Matlab. Immagini chiare sono cruciali per ottenere precise tracce di dati. Le strategie sopra descritte sono utili per ripulire le immagini in questo sistema. Altri video di procedure di monitoraggio per questo sistema sono stati descritti 1. Inoltre, questo sistema potrebbe essere facilmente modificato per includere in tempo reale il monitoraggio video. I protocolli sperimentali ese...

<table><tbody><tr><td>Telecamera Firewire</td><td>1394store.com</td><td>Telecamera a pannello Fire-I in bianco e nero</td><td>Lente da 4,3 mm senza rivestimento IR</td></tr><tr><td>LED a infrarossi</td><td>Small Parts, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vernice in spray nera</td><td>Rustoleum</td><td></td><td>Nero opaco</td></tr><tr><td>Carta fustellata nera</td><td>Edmund Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema a pannelli</td><td>Caltech</td><td></td><td>&lt;sup&gt;3&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>Matlab 2006a</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Toolbox di acquisizione immagini</td></tr></tbody></table>

visivamente monitoraggio odore mediata durante il volo in drosophila

Visually Mediated Odor Tracking During Flight in Drosophila

Insetti volanti utilizzare segnali visivi di stabilizzare la loro voce in un flusso di vento. Molti animali inoltre traccia odori portato dal vento. Come tale, la stabilizzazione visiva di bolina monitoraggio direttamente aiuti nel monitoraggio degli odori. Ma i segnali olfattivi influenzano direttamente il comportamento visivo di tracciamento indipendente di spunti vento? Inoltre, recenti progressi nella olfattiva genetica molecolare e la neurofisiologia hanno motivato romanzo analisi quantitative comportamentali per valutare l&#39;influenza del comportamento di (ad esempio) geneticamente inattivando specifici circuiti di attivazione olfattiva. Abbiamo modificato un sistema magnetico tether originariamente ideato per gli esperimenti di visione dotando l&#39;arena con pennacchi strette a flusso laminare odore. Qui ci concentriamo su esperimenti che può essere eseguita dopo una mosca è legato ed è in grado di navigare in campo magnetico. Mostriamo come acquisire immagini video ottimizzato per la misurazione dell&#39;angolo del corpo, come giudicare il monitoraggio stabile odore, e ci illustrano due esperimenti per esaminare l&#39;influenza dei riferimenti visivi sul monitoraggio degli odori.

Qui si descrivono come ottimizzare l&#39;immagine video acquisiti per un olfattivo magnetico-legare (OMT) apparato. Ci descrivono anche due protocolli campione sperimentale per lo studio visuo-olfattiva fusione.

Visivamente monitoraggio Odore mediata durante il volo in Drosophila

Gli insetti volanti utilizzano stimoli visivi per stabilizzare la propria direzione all'interno di un flusso d'aria. Molti animali, inoltre, tracciano gli odori trasportati dal vento. Di conseguenza, l'informazione visiva...

Gli insetti volanti utilizzano indizi visivi per stabilizzare la loro direzione di volo in una corrente d'aria. Pertanto, la stabilizzazione visiva del percorso controvento contribuisce direttamente al seguire una traccia odorosa. Utilizzando un apparato olfattivo con vincolo magnetico, o OMT, possiamo esaminare se gli indizi visivi influenzino direttamente il comportamento di seguire una traccia odorosa, indipendentemente dagli indizi anemotattici.La procedura inizia ottimizzando l'illuminazione della mosca regolando l'intensità di un LED a infrarossi per ottenere un'immagine chiara della mosca. Una luminosità insufficiente produrrà un'immagine scarsamente visibile, mentre un'eccessiva luminosità porterà a un'immagine sovrasatura una volta che la mosca viene correttamente ripresa. Un software di analisi misura in tempo reale l'angolo del corpo; spostando visivamente la mosca all'interno di una nube di odore di cibo, si ottiene un orientamento costante verso la posizione spaziale della nube.Mais solo quando il panorama visivo contiene forti indizi visivi. Sottoponendo la stessa mosca a un test in un'arena visiva con luminanza media uguale, ma priva di bordi visivi, si ottiene un scarso inseguimento della scia, poiché la mosca perde l'orientamento spaziale. Ciao, sono Brian DeMars del laboratorio del Dott. Mark Fry del Dipartimento di Scienze Fisiologiche dell'Università della California di Los Angeles.Oggi vi mostreremo come acquisire e ottimizzare immagini video per analizzare l'angolo del corpo in un apparato magnetico vincolato olfattivo. Descriveremo inoltre due esperimenti per esaminare l'influenza dei segnali visivi sul seguire l'odore. Utilizziamo questa procedura nel nostro laboratorio per studiare il controllo del volo mediato da stimoli visivi e olfattivi nei moscerini della frutta.Iniziamo. Ottimizzare l'immagine video è fondamentale per la qualità dei dati acquisiti, al fine di ottenere immagini più pulite. Posizionare innanzitutto una mosca appena fissata nell'arena utilizzando una pinzetta.Successivamente, posizionare la videocamera con scheda firewire sotto la camera a vuoto in acrilico trasparente in modo che la telecamera sia rivolta direttamente verso l'alto attraverso la camera e il tubo di vetro a vuoto, fino all'aspetto ventrale della mosca fissata. Assicurarsi che non vi sia alcun filtro infrarosso sulla lente del sistema video. Per illuminare la mosca, utilizzare un array circolare di LED infrarossi, posizionati appena al di sotto dei pannelli LED.Concentrare ogni LED singolarmente sul corpo della mosca per ottenere un'illuminazione uniforme, riducendo così l'abbagliamento proveniente dal sistema di pannelli e minimizzando gli stimoli visivi percepiti dalla mosca. È utile ricoprire tutte le superfici riflettenti entro il campo visivo della telecamera con vernice nera opaca; le luci della stanza devono essere spente per ridurre l'abbagliamento e le modulazioni di luminosità rilevabili dall'occhio della mosca. Successivamente, ispezionare visivamente la telecamera.Il moscerino dovrebbe apparire bianco brillante su uno sfondo nero. Se l'immagine è sfocata, potrebbe essere necessario mettere a fuoco l'obiettivo. Se il moscerino appare scuro, l'array di LED potrebbe non essere a fuoco o non ricevere alimentazione sufficiente per una corretta illuminazione.Infine, acquisire il video utilizzando subroutine personalizzate scritte in MATLAB con il toolbox di acquisizione immagini. Un esperimento semplice nell'OMT consiste nell'osservare una mosca a digiuno mentre localizza e segue attivamente un pennacchio di odore attraente di cibo. Questi esperimenti vengono tipicamente eseguiti in un formato a blocchi casuali per minimizzare eventuali bias nell'ordine sperimentale.Modificando l'ambiente visivo, è possibile influenzare la capacità della mosca di seguire un odore. Per eseguire questo esperimento, posizionare una mosca appena fissata nell'arena utilizzando una pinzetta prima di ogni esperimento; utilizzando il display visivo, ruotare la mosca per diverse rivoluzioni per assicurare un movimento uniforme lungo tutto l'asse YA di 360 gradi. Scartare la mosca se non ruota in modo uniforme.Se il problema persiste, i magneti potrebbero essere disallineati. Successivamente, presentare alla mosca le seguenti condizioni sperimentali. In ordine casuale, un modello a strisce ad alto contrasto con vapore acqueo proveniente dalla porta dell'odore.Un modello a strisce con alto contrasto e vapore di odore attraente. Una singola striscia verticale sfalsata di 90 gradi rispetto al porto dell'odore, con vapore acqueo, e una singola striscia sfalsata di 90 gradi con vapore odoroso a intervalli di 32° funzionano bene per esperimenti in cui i moscerini devono individuare autonomamente la fonte dell'odore. Acquisire video a 30 hertz per tutta la durata di ogni condizione sperimentale e utilizzare MATLAB per analizzare le immagini in modalità offline. Quando si utilizzano concentrazioni elevate di odore, potrebbe essere rilasciato odore residuo dal porto dell'odore dopo lo spegnimento dell'erogazione; tale effetto va minimizzato.Questo può far ruotare la mosca per alcuni secondi con un panorama rotante, permettendo al sistema di eliminare qualsiasi odore residuo. Aiuta inoltre a ruotare visivamente la mosca tra i diversi trattamenti sperimentali. Questo mantiene le mosche attivamente coinvolte nell'esperimento e impedisce loro di rimanere ferme in un unico punto.Un secondo esperimento fondamentale nell'OMT consiste nel trascinare visivamente una mosca all'interno di una scia di odore, cambiare istantaneamente le condizioni visive e quindi misurare la sua capacità di rimanere nella scia. Gli esperimenti vengono eseguiti in un formato a blocchi casuali per minimizzare eventuali bias nell'ordine sperimentale. Utilizzando pinzette, posizionare una mosca appena fissata nell'arena.Successivamente, come controllo diagnostico, ruotare visivamente la mosca più volte all'interno dell'arena. Questo garantisce che l'animale abbia la capacità di orientarsi in ogni direzione. Prima di ogni condizione, attivare l'odore sperimentale, acqua o aceto, e trascinare visivamente la mosca all'interno del pennacchio oscillando una piccola striscia verticale nella posizione del pennacchio.Ora che la mosca è orientata verso la nube, rimuovere la striscia oscillante. Quindi presentare le seguenti condizioni visive: strisce panoramiche ad alto contrasto con vapore acqueo, sfondo uniforme con vapore acqueo, strisce panoramiche ad alto contrasto con vapore di odore e sfondo uniforme con vapore di odore.Acquisire video a 30 hertz per tutta la durata di ciascuna condizione sperimentale. Successivamente, utilizzare routine software personalizzate scritte in MATLAB per analizzare le immagini in modalità offline. Quando si ottimizza l'immagine video del TOM, ricordare che deve mostrare chiaramente la mosca illuminata su uno sfondo nero scuro.Le immagini eccessivamente luminose possono essere migliorate riducendo l'interferenza di fondo, diminuendo l'intensità dei LED a infrarossi o spegnendo le luci della stanza. Se la mosca è correttamente illuminata, regolando il fuoco dei LED a infrarossi o modulandone l'intensità si potrebbe risolvere il problema.Quando si mette alla prova una mosca chiedendole di individuare da sola un pennacchio odoroso, non dovrebbe mai localizzare in misura significativa un pennacchio di vapore acqueo, ma dovrebbe sempre localizzare un pennacchio odoroso in presenza di ricchi indizi visivi panoramici. Un secondo test consiste nel trascinare visivamente la mosca direttamente all'interno di un pennacchio odoroso e verificarne la capacità di mantenere la direzione all'interno del pennacchio contro una varietà di sfondi visivi fissi. Se la mosca viene trascinata in un pennacchio di vapore acqueo, dovrebbe girarsi rapidamente verso l'esterno.Se la mosca viene trascinata all'interno di una scia di odore e sono presenti stimoli visivi sufficienti a garantire un inseguimento efficace, la mosca rimarrà all'interno della scia. Vi abbiamo appena mostrato come ottimizzare l'immagine video acquisita per un apparato olfattivo con treno magnetico. Abbiamo inoltre descritto due protocolli sperimentali per esaminare l'influenza degli stimoli visivi sull'inseguimento dell'odore.Quando si eseguono questi esperimenti, è importante ricordare che l'ottimizzazione dell'immagine video è fondamentale per la qualità dei dati acquisiti. Inoltre, indipendentemente dal protocollo sperimentale, è essenziale mantenere le mosche in buone condizioni e attivamente coinvolte. Questo è tutto.Grazie per aver guardato e buona fortuna con i vostri esperimenti.

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Robot Insect-controllato: una piattaforma mobile Robot per valutare la capacità odore-tracking di un insetto

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Registrazione elettrofisiologica da<em&gt; Drosophila</em&gt; Senso Trichoide in risposta a Odoranti di bassa volatilità

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