여기서 프로토콜은 광수용체 세포의 유사 동공 현상 및 동공 메커니즘을 사용하여 자동 장치에 의해 매핑 된 집파리 눈의 시각적 축의 공간 조직의 측정을 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
이 논문은 ommatidia라고 불리는 수천 개의 시각 단위로 구성된 곤충 복합 눈의 시각 축의 공간 조직의 자동 측정을 설명합니다. 각 옴마티듐은 시각적 축을 중심으로 대략 가우시안 분포 감도(1° 정도의 절반 너비)를 사용하여 작은 고체 각도에서 광학 정보를 샘플링합니다. 함께 옴마티디아는 거의 파노라마 시야에서 시각 정보를 수집합니다. 따라서 시각적 축의 공간 분포는 눈의 공간 해상도를 결정합니다. 복합 눈의 광학 조직과 시력에 대한 지식은 시각 정보의 신경 처리에 대한 양적 연구에 중요합니다. 여기서 우리는 광수용체 세포의 본질적인, 생체 내 광학 현상, 의사 동공 및 동공 메커니즘을 사용하여 복합 눈의 시각 축을 매핑하기위한 자동화 된 절차를 제시합니다. 우리는 곤충 눈을 스캔하기위한 광역학적 설정을 간략하게 설명하고 집파리, Musca domestica에서 얻은 실험 결과를 사용하여 측정 절차의 단계를 설명합니다.
서론
곤충 시각 시스템의 컴팩트 함과 고도로 발달 된 시각 정보 처리를 보여주는 소유자의 민첩성은 과학적 배경과 비 과학적 배경을 가진 사람들에게 흥미를 불러 일으켰습니다. 곤충 복합 눈은 급성 및 다재다능한 시각 능력 1,2을 가능하게하는 강력한 광학 장치로 인식되었습니다. 예를 들어, 파리는 움직이는 물체에 대한 빠른 반응으로 잘 알려져 있으며, 꿀벌은 색각과 편광 비전2를 가진 것으로 유명합니다.
절지 동물의 복합 눈은 해부학적으로 유사한 수많은 단위 인 옴마티디아 (ommatidia)로 구성되며, 각각은 패싯 렌즈로 덮여 있습니다. Diptera (파리)에서는 각막으로 통칭되는 패싯 렌즈의 조립이 종종 반구에 근사합니다. 각 옴마티듐은 1° 정도의 반폭을 갖는 작은 고체 각도에서 입사광을 샘플링합니다. 두 눈의 옴마티디아는 대략 전체 고체 각도를 샘플링하지만 옴마티디아의 시각적 축은 고르게 분포되어 있지 않습니다. 특정 눈 영역에는 시각적 축의 밀도가 높기 때문에 구어체로 fovea라고 불리는 높은 공간 예민한 영역을 만듭니다. 눈의 나머지 부분은더 거....
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프로토콜
이 프로토콜은 대학의 곤충 관리 지침에 따라 진행됩니다.
1. 하우스 플라이의 준비, 무스카 국내
- 실험실에서 사육 된 인구에서 파리를 수집하십시오. 플라이를 황동 홀더에 놓습니다(그림 1).
- 구속 튜브의 윗부분에서 6mm를 자릅니다 (재료 표 참조). 튜브의 새로운 상부는 4mm의 외부 직경과 2.5mm의 내부 직경을 가지고 있습니다 (그림 1A). 살아있는 파리를 튜브 내부에 놓고 파리의 손상을 방지하기 위해 튜브를 면으로 밀봉한 다음 머리가 튜브에서 튀어 나와 몸체가 구속되도록 파리를 밀어 넣습니다 (그림 1B). 눈이 드러나지 않도록 밀랍으로 머리를 고정시킵니다(그림 1C-E).
- 튜브 길이가 10mm가 되도록 튜브를 다시 자릅니다(그림 1C). 플라이가 있는 플라스틱 튜브를 황동 홀더에 놓으면 홀더가 탁상용 위에 놓일....
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결과
동물 및 광학 자극
실험은 흐로 닝겐 대학 (University of Groningen)의 진화 유전학과에서 유지 한 문화에서 얻은 집파리 (Musca domestica)에서 수행됩니다. 측정 전에, 파리는 잘 맞는 튜브에 저융점 왁스로 접착하여 고정시킵니다. 파리는 이후 전동 고니오미터의 무대에 장착됩니다. 두 회전 스테이지의 중심은 현미경 셋업(24)의 초점과 일치한다. 에피 조명 광선은 광원에 의해 공급되며, 광원은 하프 미러를 통해 파리의 눈에 이미지화되는 다이어프램에 빛을 집중시킵니다. 따라서, 이는 제한된 세트의 광수용체 세포의 동공 메커니즘을 활성화시킨다(그림 3). 이러한 광수용체를 품고 있는 옴마티디아의 광학 축은 파리를 작은 단계로 회전시키고 현미경에 부착된 컬러 디지털 카메라로 각 단계 후에 사진을 찍음으로써 평가됩니다(
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토론
집파리 눈의 시각적 축의 공간 분포는 복합 눈의 의사 동공 현상과 빛에 의존하는 동공 메커니즘에 의한 반사 변화를 사용하여 차트화 할 수 있습니다. 따라서 조사 된 파리는 고니오메트릭 시스템에 장착되어있어 디지털 카메라가 장착 된 현미경 설정으로 로컬 패싯 패턴을 검사 할 수 있으며 모두 컴퓨터 제어하에 있습니다. 이미지 분석은 아이맵을 생성합니다. 직면 한 근본적인 어려움은 측정 초기에 눈을 조심스럽게 배치하지 않으면 눈과 의사 동공의 볼 위치가 goniometric 장치의 작은 회전으로도 상당히 바뀔 수 있다는 것입니다. 이러한 변화는 깊은 의사 동공이 관찰되는 고니오메트릭 회전 중심에 안구 중심을 배치함으로써 최소화됩니다. 후속적으로 측정된 이미지들을 상관시킴으로써, 패싯 패턴이 추적될 수 있다. 중요한 것은 패싯 패턴이 매우 규칙적인 영역에서는 상관 절차가 잘못된 결과를 얻기 쉽기 때문에 회전 각도를 다소 작은 값으로 조정해야한다는 것입니다.
여기에서는 곤충 눈의 시력에 .......
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공개 사항
저자는보고 할 이해 상충이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 공군 과학 연구 사무소 / 항공 우주 연구 개발 AFOSR / EOARD (FA9550-15-1-0068, D.G.S.에 부여)에 의해 재정적으로 지원되었습니다. 많은 도움이 되는 토론을 해주신 Primož Pirih 박사님과 Kehan Satu, Hein Leertouber, Oscar Rincón Cardeño에게 도움을 주신 것에 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 디지털 카메라 | PointGrey | BFLY-U3-23S6C-C | PC를 통한 증폭 이미지 및 디지털 통신 획득 |
| 고출력 스타 LED | Velleman | LH3WW | 관찰 및 이미징을위한 광원 |
| 된 플라이 | Groningen | 다양한 디자인은 대학 워크샵 | |
| 에서 제조되었습니다.ELERO | ELERO Junior 1, 버전 C | 상부 현미경을 위아래로 움직입니다. (부하 300N, 스트로크 속도 15mm/s, 공칭 전류 1.2A) | |
| 저온 용융 왁스 | 다양한 | 저온 융점 왁스는 파리를 고정시키고 홀더에 고정시키는 역할을 합니다. | |
| 현미경 | Zeiss | 모든 대체 현미경 브랜드가 할 수 있습니다. 선호되는 목표는 5x | |
| 모터 및 LED 컨트롤러 | 흐로닝언 대학교 | Z-o1 | 흐로닝언 대학교에서 설계 및 제작했으며 Arduino 및 Adafruit 기술을 기반으로 합니다. |
| 전동 스테이지 | 스탠다(리투아니아 빌뉴스) | 8MT175-50XYZ-8MR191-28 | 5자유도를 갖도록 수정된 6축 전동 스테이지 |
| 광학 구성 요소 | LINUS | 에피 조명 시스템을 형성하는 여러 다이어그램 및 렌즈 (Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002 참조) | |
| 흐로 닝언 | 실행하는 PC | PC는 PointGrey 카메라의 이미지를 처리하고, LED 강도를 제어하고, 시스템 | |
| 전원 공급 장치 (36V, 3.34A) | Standa (리투아니아 빌뉴스) | PUP120-17 | STANDA 모터 컨트롤러 전용 전원 공급 장치 |
| 납땜 인두 | 다양한 | 왁 | |
| 스테퍼 및 DC 모터 컨트롤러 | Standa (리투아니아 빌뉴스) | 8SMC4-USB-B9-B9 | 와 통신할 수 있는 STANDA 전동 스테이지 전용 컨트롤러 |
| FINNTIP-61, 200-1000μ L | FINNPIPETTE용 피펫 팁, 400/BOX. 그것은 플라이 | ||
| 조각 펜 성형 / 스레드 굽기 도구 | 최대 왁 | 조각 펜의 끝은 왁스를 플라이 | |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, 미국 | 주요 프로그램과 이미지 획득, 이미지 분석 및 계측기 제어 도구 상자의 | 알고리즘을 구현하는 데 사용되는 프로그래밍 언어 |
참고문헌
- 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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