Drosophila melanogaster stanowi doskonały organizm modelowy do badania funkcji komórkowych i molekularnych w modelach chorób neuronalnych stworzonych przez modyfikację genów1, leczenie farmakologiczne2, oraz senescence3. Wysoka ochrona szlaków biologicznych, właściwości fizycznych i związanych z chorobą homologicznych genów między ludźmi a Drosophila sprawia, że muszka owocowa jest idealnym naśladowcą od poziomu molekularnego do behawioralnego4. W wielu modelach chorób niedobór behawioralny jest ważnym wskaźnikiem, stanowiącym pomocny model dla różnych ludzkich neuropatii5,6. Drosophila jest obecnie wykorzystywana do badania wielu chorób ludzkich, rozwoju neurologicznego i chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona i stwardnienie zanikowe boczne7,8. Wykrycie zdolności motorycznych modeli choroby ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia postępu choroby i może zapewnić fenotypową korelację z mechanizmami molekularnymi leżącymi u podstaw procesu chorobowego.
Ostatnio opracowano dostępne na rynku narzędzia programowe i opłacalne programy do wykrywania lokomotorycznego Drosophila, takie jak testy o wysokiej przepustowości u zgrupowanych much9,10 i pomiar lokomocji w czasie rzeczywistym11,12. Jednym z takich konwencjonalnych podejść jest szybka interaktywna geotaksja ujemna (RING), zwana również testem wspinaczkowym, która obejmuje wiele kanałów, które pozwalają na powstrzymanie dużej populacji much tej samej płci i wieku, zmniejszając zmienność podczas zbierania danych9,13. Inną metodą wstępnego testowania do analizy zachowań lokomotorycznych jest TriKinetics Drosophila activity monitor (DAM), urządzenie, które wykorzystuje wiele wiązek do wykrywania ruchu aktywności much w cienkiej szklanej rurce14. Urządzenie rejestruje pozycję w sposób ciągły, co reprezentuje zautomatyzowaną lokomocję poprzez obliczanie przecięć wiązki w celu zbadania aktywności i rytmu dobowego much w dłuższym okresie czasu15. Chociaż metody te są szeroko stosowane w analizie wad behawioralnych u muszek owocowych w celu określenia zmian w lokomocji behawioralnej, zawsze wymagają specjalnego sprzętu testowego lub złożonych procesów analitycznych i ograniczają ich zastosowanie w niektórych modelach za pomocą ograniczonego, prostego urządzenia. Grupowe strategie śledzenia zwierząt do testowania dorosłych osobników Drosophila, takie jak FlyGrAM11 i Drosophila island assay10, implementują rekrutację społeczną i śledzenie indywidualne na wcześniej zdefiniowanym obszarze. Niemniej jednak społeczne ograniczenia indywidualne w obszarach zagrożonych mogą mieć negatywny wpływ na identyfikację na obrazach, spowodowany kolizją lub nakładaniem się much. Mimo że niektóre metody oparte na materiałach typu open source, takie jak TRex16, MARGO12 i FlyPi17, mają sytuację awaryjną, mogą przyspieszyć śledzenie much dzięki elastycznemu zastosowaniu w testach behawioralnych. Te podejścia testowe są związane ze skomplikowanymi instalacjami aparatury eksperymentalnej, specjalnymi wymaganiami dotyczącymi oprogramowania lub profesjonalnymi językami komputerowymi. W przypadku larw, pomiar całkowitej odległości przebytej przez liczbę linii granicznych siatki w jednostce czasu18, lub zgrubne liczenie skurczów ścian ciała u osobników ręcznie19, są dominującymi metodami oceny ich zdolności lokomotorycznych. Ze względu na brak precyzji w sprzęcie lub urządzeniach i metodach analizy, niektóre lokomocja behawioralna larw może uniknąć wykrycia, co utrudnia dokładną ocenę ruchu behawioralnego, zwłaszcza drobnego ruchu15.
Aktualnie opracowana metoda wykorzystuje interfejs programowania aplikacji AnimalTracker (API), kompatybilny z programem do przetwarzania obrazów Fidżi (ImageJ), do systematycznej oceny aktywności lokomotorycznej zarówno dorosłych, jak i larw much, analizując ich zachowanie na podstawie filmów w wysokiej rozdzielczości (HD). Fiji to dystrybucja ImageJ o otwartym kodzie źródłowym, która może łączyć solidne biblioteki oprogramowania z wieloma językami skryptowymi, co skutkuje szybkim prototypowaniem algorytmów przetwarzania obrazu, co czyni ją popularną wśród biologów ze względu na możliwości analizy obrazu20. W obecnym podejściu, integracja Fidżi z API AnimalTracker jest wykorzystywana do opracowania unikalnego testu behawioralnego Drosophila ze spersonalizowanym wstawieniem algorytmu i stanowi użyteczny krok dla szczegółowej dokumentacji i samouczków wspierających solidne możliwości analityczne zachowania lokomotorycznego (Rysunek 1). Aby obejść komplikacje związane z obiektywnymi identyfikacjami na obrazach spowodowanymi zderzeniem lub nakładaniem się much, każda arena jest ograniczona do goszczenia tylko jednej muchy. Po ocenie precyzji śledzenia tego podejścia, wdrożono je w celu śledzenia i ilościowego określenia ruchów lokomotorycznych Drosophila, które były podawane z toksycznym lekiem rotenonem, który jest zwykle stosowany w zwierzęcych modelach choroby Parkinsona, ostatecznie odkrywając upośledzenie lokomocji w leczeniu farmakologicznym21. Ta metodologia, która wykorzystuje otwarte i wolne oprogramowanie, nie wymaga kosztownego oprzyrządowania i może precyzyjnie i powtarzalnie analizować lokomocję behawioralną Drosophila.