ショウジョウバエのフライトの間に視覚的に仲介臭気の追跡

サマリー

ここでは、嗅覚磁気テザー（OMT）装置のために取得されたビデオ画像を最適化する方法について説明します。我々はまたvisuo -嗅覚融合を研究するための2つのサンプルの実験プロトコルを記述する。

要約

フライング昆虫は、風の流れでその見出しを安定させるために視覚的な手がかりを使用してください。多くの動物は、さらに風で運ばれた匂いを追跡。このように、風上の視覚的な安定は、臭気の追跡に直接補助追跡。しかし、嗅覚の信号は、直接風の手がかりから独立して視覚的な追跡の動作に影響を与えるのですか？さらに、嗅覚の分子遺伝学と神経生理学の最近の進歩は、（例えば）遺伝的に特定の嗅覚のアクティベーション回路を不活性化の行動の影響を評価する新たな定量的な行動解析を動機としている。我々は元々狭い層流臭プルームでアリーナを搭載することにより、ビジョンの実験のために考案された磁気テザーシステムを変更。ここでは、フライがつながれた後に実行し、磁気の分野でナビゲートすることができることができる実験に焦点を当てる。我々は、安定した臭いの追跡を判断する方法、身体の角度を測定するために最適化されたビデオ画像を取得する方法を示して、そして我々は、臭気の追跡を視覚的合図の影響を調べるために2つの実験を示しています。

プロトコル

OMTは、仮想プルームシミュレータ^2を組み込むために設計された磁気テザーシステム¹の適応です。次のプロトコルは、取得されたビデオ画像（その1）を最適化し、基本的なvisuo -嗅覚の実験（第2＆3）の2つのタイプを実行する方法を説明します。

パート1：ビデオの取得

ビデオ画像を最適化すると、取得したデータの品質にとって重要です。の少ない画像の次の手順を実行します。

1. ピンセットを使ってアリーナで新鮮なテザーフライを置きます。
2. カメラビューは、テ​​ザーハエの腹側面に、ガラス管を介して、チャンバーを介して直接上向きになるように透明なアクリルの真空チャンバーの下の位置のFireWireボードカメラ（火- I 1394store.comを）。ビデオシステムのレンズにはIRフィルターコーティングがないことを確認してください。
3. フライを照らす、LEDパネルのすぐ下に置か赤外線LED（小型部品株式会社）の円形配列を使用してください。それぞれが個別に均一な照明のためのフライのボディにLEDが焦点。
4. パネルのシステムからのまぶしさを軽減し、その場で観測された視覚的な手掛かりを最小限に抑えるために、それは平らな黒い塗料でカメラのビュー内のすべての反射面のコートに便利です。室内の照明は、フライアイでは検出まぶしさと明るさ調節を減らすためにオフに切り替える必要があります。
5. 視覚的にカメラ画像を検査する。ハエは黒い背景に明るい白色にする必要があります。画像がぼやけている場合、レンズは、焦点が必要になることがあります。ハエが暗い場合、LEDアレイは、焦点の定まらないまたは不十分に適切な照明用電源があります。背景が明るいオブジェクトが含まれている場合、背景の反射率を最小限に抑えるためにだけその場の上に黒のフロックの紙のディスクをマウントします。
6. 我々は、Image Acquisition Toolboxを使用して、MATLABで記述されたカスタムサブルーチンでビデオを取得する。

パート2：臭羽毛を見つけるフライ

OMTの1つの簡単な実験では、位置空腹（飢餓）フライを観察し、積極的に魅力的な食べ物の匂いのプルームを追跡しています。視覚的な環境を操作すると、確実に食欲の食品の匂いを追跡するハエの能力に影響を与えます。実験は、一般的に、実験の順序で任意のバイアスを最小限に抑えるために、ランダム、ブロック形式で実行されることに注意してください。すべての外部ハードウェアは、（ガスのマルチプレクサ、LEDの舞台、映像の取得）のMatlab（Mathworks社）で記述されたカスタムソフトウェアルーチンによって制御されます。

1. ピンセットを使ってアリーナで新鮮なテザーフライを置きます。
2. すべての実験の前に、視覚的な表示を使用して、全体360のヨー軸周りの滑らかな動きを確保するためにいくつかの革命のためのフライ^3を回転させます。フライが回転しない場合はスムーズにそれを捨てる。問題が解決しない場合、考えられる原因は、位置がずれて磁石です。注：スピンの試験中にいくつかの軌道に向かって競技場の分布が著しいピーク（すなわち、360度以上のフラットではない）表示された場合、位置がずれて磁石に起因する方向のバイアスがある可能性がある。
3. ランダムな順序で、次のサンプルの実験条件でフライを紹介：私水蒸気、臭気のポートから放射されると）、高コントラストの縞模様、ⅱ）魅力的な臭気蒸気で高コントラストな縞模様、ⅲ）単一の垂直のストライプが90度をオフセット水蒸気のノズルから、およびiv）臭気の蒸気を持つ単一の90度オフセットストライプ。我々の経験では、30秒間隔では、ハエが独自に臭気源を見つけるために挑戦されている実験のためにうまく働く。我々は（ほとんどの有用な組み込みMATLAB関数のいずれかを各実験条件の期間中、30Hzで映像を取得し、オフラインでのMatlabで書かれたカスタムソフトウェアルーチンを使用して画像を分析する楕円の幾何学的特性を分析regionprops.mです。
4. 匂いがオフされた後に高い臭気濃度を使用する場合は、残留臭気は臭気のポートから放出される可能性がある。すべての影響を最小限に抑えるために、これは、システムが任意の残臭をフラッシュできるように回転するパノラマで数秒間その場を回転させると便利ですがあります。
5. それは維持（i）を視覚的に実験的な治療の間にフライを回転させることも有益です積極的に実験に及び（ii）1つの場所に残っているからハエを保つに従事して飛ぶ。 、ⅱ）5秒の中間スピン、III）は20番目の条件のペア＃1、IV）5秒の中間スピン、V）は20番目の条件のペア＃2 I）第二十二初期診断スピン：実験例では、次の順序を持​​つことができます。

パート3：臭羽毛内に残っているハエ

OMTにおける第2の基本実験は視覚的に臭羽毛にフライをドラッグすると、瞬時に視覚的な条件を変更してから、プルームのままにその能力を測定する。もう一度、すべての実験はランダムブロックフォーマで行われていることに注意してくださいtは、実験の順序で任意のバイアスを最小限に抑えます。

1. ピンセットを使ってアリーナで新鮮なテザーフライを置きます。
2. 視覚的に動物が（ 第2.2を参照）すべての方向の向きに能力を持っていることを確認するための診断チェックなど、すべての実験の前に（スピン）アリーナの周りフライを数回回転させる。
3. 各条件の前に、実験的な臭気（水または酢）をオンにし、視覚的にプルームの位置に小さな縦のストライプを発振することによりプルームにフライを"ドラッグ"。これは、ハエ[4]で観測された強力なストライプの固定の動作を活用します。
4. 今ハエがプルームに向かって配向していること、振動のストライプを削除し、次のサンプルビジュアルな条件を提示：水蒸気（ 図1A）を持つ私は）、高コントラストパノラマのストライプ、ⅱ）水蒸気（ 図1B）を持つ一様な背景。 ⅲ）匂い蒸気（ 図1C）、高コントラストのパノラマストライプ、IV）臭気、蒸気（ 図1D）を持つ一様な背景が。 2.3のようにビデオを取得する。第二十二条件のペア＃2 V）、ⅱ）5秒のプル​​ームのストライプ発振; III）は20番目の条件のペア＃1、IV）5秒のプル​​ームのストライプの発振i）は第二十二初期診断スピン：実験例では、流れるような順番があるかもしれません。

代表的な結果：

図1

第1部では、OMTのビデオ画像を最適化する方法を説明します。ビデオ画像が暗い黒い背景に照らされたその場での明確な見解を持つ必要があります。過度に明るい画像は赤外LEDの輝度を減少させる、バックグラウンドの干渉を低減することにより、または室内の照明をオフにすることで改善することができます。フライが不適切に点灯している場合は、IRのLEDまたはIR LEDの変調強度のフォーカスを調整することにより問題が解決する可能性があります。 パーツ2＆3は、OMTの適切な動作を検証するために実施する簡単な実験を記述する。すべてのケースでは、ハエが視覚的に動きのスムーズかつ完全な範囲を確保するために競技場で数回転を回転させる（微細運​​動応答を経由して）"強制"する必要があります。 第2部ではフライが独自に臭羽毛を見つけるために挑戦されています。実験に従事しているハエを保つために、残留臭気の放出の影響を減らすために、実験を通して見出し、単一の維持からハエを保つために、それは視覚的に試験の間に数秒間その場を回転させると便利です。フライは、かなりの程度に水蒸気の噴煙をローカライズすることはないはず、と常に豊富なパノラマの視覚的手がかりの存在下で臭羽毛をローカライズする必要があります。 パート3ではフライは、視覚的に臭羽毛に直接ドラッグして、その静止視覚的背景の多様性に対するプルーム内の見出しを維持するために要求されます。フライは、水蒸気の煙にドラッグされた場合、それはすぐに離れて回してください。ハエが臭羽毛にドラッグするとロバストなトラッキングを仲介するのに十分な視覚的な手がかりがある場合は、ハエはプルームのままになります。

ディスカッション

このシステムのための画像取得には、MATLABで書かれた安価なFireWireのボードカメラとソフトウェアを利用しています。明確な画像は、正確なデータのトレースを取得するために重要です。上記の戦略は、このシステムで画像をクリーンアップするのに便利です。このシステムの他のビデオトラッキングの手順は¹記載されている。さらに、このシステムは、簡単にリアルタイムのビデオトラッキングを含むように変更することができます。例の実験プロトコルは、OMTの適切な動作を保証するための出発点であることを意図ここで説明する。それも、さまざまな視覚的なディスプレイと異なる匂いを試してみることが可能です。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Firewireカメラ	1394store.com	Fire-I ボードカメラ BW	4.3mm レンズ（IRコーティングなし）
IR LED	Small Parts, Inc.
黒色スプレー塗料	Rustoleum		フラットブラック
黒色フロッキー紙	Edmund Scientific
パネルシステム	Caltech		3
Matlab 2006a	Mathworks		Image acquisition toolbox