ここでのプロトコルは、擬似瞳孔現象と視細胞の瞳孔機構を用いて、自動装置によってマッピングされたイエバエの目の視覚軸の空間的組織化の測定を記述する。
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この記事について
サマリー
要約
本稿では、昆虫複眼の視覚軸の空間的組織化の自動測定について述べるが、これはオンマチディアと呼ばれる数千の視覚単位からなる。各オンマチジウムは、視軸を中心とするおおよそのガウス分布感度(1°程度の半値幅)で、小さな立体角から光学情報をサンプリングします。一緒に、ommatidiaはほぼパノラマの視野から視覚情報を収集します。したがって、視覚軸の空間分布は、目の空間分解能を決定する。複眼の光学的組織化とその視力に関する知識は、視覚情報の神経処理の定量的研究にとって極めて重要である。ここでは、内在的な 生体内 光学現象、疑似瞳孔、および視細胞の瞳孔機構を使用して、複眼の視覚軸をマッピングするための自動化された手順を提示する。昆虫の目をスキャンするための光力学的セットアップを概説し、イエバエ、 Musca domesticaから得られた実験結果を使用して、測定手順のステップを説明します。
概要
昆虫の視覚システムのコンパクトさとその所有者の敏捷性は、高度に発達した視覚情報処理を実証し、科学的背景と非科学的背景の両方から人々を魅了してきました。昆虫複眼は、急性で汎用性の高い視覚能力を可能にする強力な光学デバイスとして認識されています1,2。例えば、ハエは動く物体に対する反応が速いことでよく知られており、ミツバチは色覚と偏光視力を持つことで有名です2。
節足動物の複眼は、解剖学的に類似した多数の単位、オマチジアで構成され、それぞれがファセットレンズによってキャップされている。双翅目(ハエ)では、角膜として総称されるファセットレンズの集合体は、しばしば半球に近似する。各オンマチジウムサンプルは、半値幅が1°程度の小さな立体角から光を入射します。2つの目のオンマチディアは、ほぼ完全な立体角をサンプリングしますが、オンマチディアの視覚軸は均等に分布していません。特定の目の領域は視覚軸の密度が高く、口語的に中心窩と呼ばれる高い空間的鋭敏さの領域を作り出します。次に、眼の残りの部分は、より粗い空間分解能3,4,5,6,7,8,9を有する。
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プロトコル
プロトコルは、大学の昆虫ケアガイドラインに準拠しています。
1.イエバエ、ムスカドメカの準備
- 実験室で飼育された人口からハエを集める。フライを真鍮ホルダーに入れます(図1)。
- 拘束チューブの上部から6 mm切ります(材料表を参照)。チューブの新しい上部の外径は4mm、内径は2.5mmです(図1A)。生きたフライをチューブの中に置き、フライを傷つけないようにチューブを綿で密封し、頭がチューブから突き出して体が拘束されるようにフライを押します(図1B)。目が覆われていないままになるように、ミツロウで頭を固定します(図1C-E)。
- チューブの長さが10mmになるようにチューブをもう一度切断します(図1C)。フライの入ったプラスチックチューブを真鍮ホルダーに置き、ホルダーが卓上に置かれているときにフライの片目が上を向くようにします(図1D、....
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結果
動物と光刺激
実験は、フローニンゲン大学の進化遺伝学部によって維持されている培養物から得られたイエバエ(Musca domestica)に対して行われる。測定の前に、ハエは、よくフィットするチューブ内の低融点ワックスで接着することによって固定化される。フライはその後、電動ゴニオメーターのステージに取り付けられます。2つの回転ステージの中心は、顕微鏡セットアップ24の焦点と一致する。落射照明光ビームは、ハーフミラー を介して フライの目で撮像されるダイアフラムに光を集光する光源によって供給される。したがって、それは、制限された光受容体細胞のセットの瞳孔機構を活性化する(図3)。これらの感光体を保有するオンマチディアの光軸は、ハエを小さなステップで回転させ、各ステップの後に顕微鏡にカラーデジタルカメラを取り付けて写真を撮ることによって評価されます(図2)。瞳孔色素顆粒は主に長波長域で反射するため、デジ.......
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ディスカッション
イエバエの目の視覚軸の空間分布は、複眼の擬似瞳孔現象と光依存の瞳孔機構による反射変化を用いてチャート化することができる。したがって、調査されたハエはゴニオメトリックシステムに取り付けられ、デジタルカメラを備えた顕微鏡セットアップで局所的なファセットパターンを検査することができ、すべてコンピュータの制御下で行われる。画像解析により、アイマップが生成されます。遭遇する本質的な困難は、測定の開始時に眼を慎重に位置決めしなければ、ゴニオメトリック装置の小さな回転であっても、眼と疑似瞳孔の両方の視認位置がかなり変化する可能性があることである。これらの変化は、深い疑似瞳孔が観察されるゴニオメトリック回転中心に眼中心を配置することによって最小限に抑えられる。その後に測定された画像を相関させることによって、ファセットパターンを追跡することができる。重要なのは、ファセットパターンが非常に規則的な領域では、相関手順が誤った結果になりやすいため、回転角度をかなり小さな値に調整する必要があることです。
ここでは、昆虫の目における視力の高度に自動化されたマッピングの実現可能性を示す部分的なアイマップ(
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開示事項
著者らには報告すべき利益相反はありません。
謝辞
この研究は、空軍科学研究局/欧州航空宇宙研究開発局AFOSR/EOARD(助成金FA9550-15-1-0068、D.G.S.)の財政的支援を受けた。多くの有益な議論をしてくれたプリモシュ・ピリ博士、そしてケハン・サトゥ、ハイン・リールトゥーワー、オスカー・リンコン・カルデーニョの支援に感謝します。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| デジタルカメラ | PointGrey | BFLY-U3-23S6C-C | PCによる増幅画像とデジタル通信の取得 |
| 高出力スターLED | Velleman | LH3WW | 観察とイメージングのための光源 |
| 調査されたフライのための複眼ホルダー | フローニンゲン | 大学のワークショップでは、さまざまなデザインが製造されました | |
| リニアモーター | エレロ | エレロジュニア 1、バージョンC | 上部顕微鏡を上下に作動させます。(負荷300N、ストローク速度15mm/s、公称電流1.2A) |
| 低温融解ワックス | 様々な | 低温融点ワックスは、ハエを固定し、ホルダーに固定 | |
| 顕微鏡 | ツァイス | 任意の代替顕微鏡ブランドは、好ましい目的は、フロー | |
| ニンゲン | Z-o1 | によって設計され、構築され、ArduinoとAdafruitの技術に基づいています。 | |
| 電動ステージ | スタンダ (リトアニア、ビリニュス) | 8MT175-50XYZ-8MR191-28 | 5 自由度を持つように改造された 6 軸電動ステージ。 |
| 光学部品 | LINUS | 落射照明システムを形成するいくつかの図とレンズ (Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002を参照) | |
| MATLAB | フローニンゲン | を実行しているPC PCは、PointGreyカメラの画像を処理し、LED強度を制御し、システムのモーターコトローラーに制御コマンドを送信することができます | |
| 電源(36V、 3.34A) | Standa(リトアニア、ビリニュス) | PUP120-17 | STANDAモーターコントローラー専用電源 |
| んだごて | 各種 | ワックスを溶かすために使用 | |
| ステッパーとDCモーターコントローラー | Standa(リトアニア、ビリニュス) | 8SMC4-USB-B9-B9 | MATLABと通信できるSTANDA電動ステージ専用コントローラー |
| Finntip-61 | Finnpipette Ky, Helsinki | FINNTIP-61、200-1000μL | ピペット用ピペットチップ、400個/箱。ハエの |
| カービングペンのシェーピング/スレッドバーニングツール | マックスワックス | カービングペンの先端は、ハエ | |
| のMATLAB | Mathworks、Natick、MA、 | USAのメインプログラムに加えて、画像取得、画像解析、および機器制御ツールボックス。 | アルゴリズムの実装に使用されるプログラミング言語 |
参考文献
- 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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再版と許可
