SwarmSight: Śledzenie w czasie rzeczywistym ruchów anteny owadów i odruchu wysuwania trąbki przy użyciu zwykłego preparatu i konwencjonalnego sprzętu

Ten protokół opisuje kroki korzystania z nowatorskiego oprogramowania, SwarmSight, do śledzenia klatka po klatce pozycji anteny owada i trąbki z konwencjonalnych kamer internetowych przy użyciu konwencjonalnych komputerów. Darmowe oprogramowanie typu open source przetwarza klatki około 120 razy szybciej niż ludzie i działa z dokładnością lepszą niż ludzka.

Ogólnym celem tej procedury jest szybki pomiar ruchów czułków i trąbek owadów na podstawie nagrań wideo z pospolitego preparatu zwierzęcego przy użyciu oprogramowania typu open source do lokalizacji roju oraz konwencjonalnej kamery i sprzętu komputerowego. Metody te mogą być wykorzystywane do szybkiego uzyskiwania pomiarów o wysokiej rozdzielczości ruchów anteny i trąby. Zastosowanie tych metod może wyjaśnić, w jaki sposób zmieniają się ruchy anteny i trąbki w odpowiedzi na manipulacje chemiczne, rozwojowe i genetyczne.

Główną zaletą tej techniki jest to, że może szybko mierzyć ruchy za pomocą bezpłatnego oprogramowania i nie wymaga wyrafinowanego sprzętu wideo ani komputerowego. Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w reakcje zapachowe pszczół miodnych, można ją również zastosować do innych systemów owadzich. Na początek użyj fiolek, aby zebrać pszczoły robotnice z wejścia do ula i na krótko umieść fiolki w lodowej zawiesinie.

Za pomocą taśmy klejącej zabezpiecz każdą pszczołę w rurze uprzęży, a następnie nałóż taśmę na górną część rury, aby ukryć nogi. Upewnij się, że nogi nie są widoczne z górnej części rury uprzęży. Następnie, pod mikroskopem preparacyjnym, użyj lutownicy niskotemperaturowej, aby nałożyć podgrzany wosk na tył głowy każdej pszczoły, aby ją unieruchomić.

Użyj małego pręta, aby trzymać antenę z dala od wosku i upewnij się, że anteny mogą się swobodnie poruszać. Użyj uchwytu na kamerę internetową, aby ustawić kamerę bezpośrednio nad głową pszczoły i użyj oprogramowania do nagrywania, aby sprawdzić wideo i powiększyć głowę. Po nałożeniu taśmy i wosku wyświetl podgląd sceny za pomocą kamery i poszukaj wszystkiego, co może się poruszać lub zmieniać, co nie jest anteną lub trąbką.

Następnie dostosuj taśmę i wosk w razie potrzeby. Następnie użyj ustawień oprogramowania do nagrywania, aby utrzymać stałą ekspozycję aparatu i dostosować suwak ekspozycji do żądanej wartości. Dostosuj suwaki kontrastu, jasności i ostrości, aby poprawić wykrywanie anteny.

Dostosuj oświetlenie otoczenia, aby zredukować cienie anteny. Użyj rozproszonego źródła światła, takiego jak laboratoryjna lampa na gęsiej szyi lub latarka z papierem, aby oświetlić pszczołę. Następnie umieść diodę LED umieszczoną w widoku kamery, aby wskazać, kiedy dostarczony zostanie zapach bodźca.

W dygestorii przygotuj wkłady zapachowe, które posłużą do stymulacji pszczół podczas nagrań wideo. Umieść źródło dostarczania zapachów w pobliżu rurki wiązki przewodów, uważając, aby nie zasłaniać kamery view. Umieść źródło podciśnienia naprzeciwko źródła zapachu, aby usunąć zapachy bodźcowe i włącz je przed prezentacją zapachu.

Po unieruchomieniu pszczół i zakończeniu przygotowań do kamery, sfilmuj każdą pszczołę w każdych warunkach eksperymentalnych jako osobny plik wideo. Następnie w module śledzenia anteny roju kliknij przycisk przeglądania, aby otworzyć plik wideo. Po załadowaniu pliku wideo umieść widżet czujnika anteny nad głową pszczoły.

Użyj ikon obrotu i skali, aby dostosować wyrównanie widżetu. Widżet powinien obejmować pełny zakres ruchu na antenie pszczoły. Następnie umieść widżet czujnika leczenia nad diodą LED, która wskazuje, kiedy dostarczany jest zapach bodźca.

Kliknij przycisk odtwarzania w lewym dolnym rogu, aby rozpocząć wyświetlanie pliku wideo klatka po klatce. Prawdopodobne punkty anteny i trąbki zostaną podświetlone na żółto, a żółte pierścienie wskażą końcówki wyrostka. Dostosuj suwaki w sekcji filtrów, aby zoptymalizować czułość filtra.

Po osiągnięciu idealnej czułości w kadrze zostaną podświetlone tylko przydatki pszczoły. Przewiń do przodu kolejne części filmu, aby upewnić się, że czułość filtra jest zoptymalizowana w całym filmie. Przetestuj swoją konfigurację, tworząc krótki przykładowy film z owadem i przeanalizuj go za pomocą oprogramowania, szukając obcych poruszających się obiektów, które wykrywa oprogramowanie.

Dostosuj scenę, oświetlenie i kąt kamery, aż oprogramowanie odizoluje ruchy anten i trąbki. Po skonfigurowaniu widżetów i filtrów wstrzymaj wideo, uruchom je ponownie i odtwórz od początku do końca. Na koniec rozwiń sekcję zapisywania, kliknij przycisk zapisz dane śledzenia i wybierz folder, w którym chcesz zapisać plik.

Aby zweryfikować oprogramowanie do śledzenia wyrostków, dwóch oceniających zlokalizowało końcówki anten w 425 klatkach wideo, które następnie zostały przeanalizowane przez oprogramowanie. Odległość między dwoma oceniającymi ludźmi jest pokazana na tym rysunku, przy czym odległość między ludźmi i odległość między lokalizacjami wykrytymi przez oprogramowanie a ludźmi oceniającymi jest pokazana przy użyciu odległości najbliższej człowiekowi w oprogramowaniu. Dystans między ludźmi był niewielki w przypadku klatek na początku, a następnie zwiększył się w drugiej połowie filmu.

Poziomy odległości od ludzi najbliższe oprogramowaniu pozostają niezmienne przez cały film. 23 samice pszczół miodnych były wystawione na pięć różnych warunków zapachowych, a filmy z prób zostały przeanalizowane za pomocą oprogramowania do śledzenia wyrostków. Z wyjątkiem warunków kontrolnych, oprogramowanie było w stanie wykryć znaczące różnice w średnich zmianach kąta anten po wystawieniu na eksperymentalne warunki zapachowe.

Dodatkowo mapy gęstości kątów anten ujawniły klastry preferencji lokalizacji anteny. Czerwone skupiska na mapie wskazują, że anteny preferują kąty oddalone od źródła zapachu wkrótce po pojawieniu się zapachu i preferują kąty w kierunku źródła zapachu wkrótce po wywnioskowaniu zapachu. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o dokładnym sprawdzeniu każdej sceny wideo przed nagraniem pod kątem optymalnego rozmieszczenia pszczół i oświetlenia.

Dodatkowo ważne jest, aby oznaczyć ramki doprowadzające zapach wskaźnikiem wizualnym. Po wykonaniu tej procedury można wykonać inne metody, takie jak kondycjonowanie zapachu. Ta procedura jest również przydatna do badania wrodzonych reakcji u pszczół miodnych i innych owadów.

Nie zapominaj, że praca z pszczołami i niektórymi chemikaliami może być niebezpieczna. Podczas wykonywania tego zabiegu należy zawsze nosić odpowiednie środki ochrony osobistej. Po opanowaniu procedura ta może być wykorzystana do efektywnego uzyskania danych o ruchu anteny i trąbki dla dużej liczby owadów i warunków eksperymentalnych.

Swarm Sight, oprogramowanie typu open source używane w tej procedurze, można pobrać z firmy swarmsight.org.