C. elegans Acompanhamento e Medição do Comportamento

A locomoção da elegância do mar é uma ferramenta importante na descoberta de genes e neurônios envolvidos no comportamento da elegância do mar. A elegância do mar sofre comportamentos locomotores estereotipados, como movimentos para frente e para trás e vários tipos de curvas, mudando sua forma. Para quantificar esses movimentos em longas distâncias e em alta resolução espacial e temporal, construímos um rastreador de minhocas para capturar o movimento da elegância do mar enquanto ele rasteja na superfície de uma placa de ágar.

Também desenvolvemos software para isolar e analisar esses movimentos quantitativamente usando programas personalizados escritos na visualização de laboratório e matlab. Um desafio de todos os sistemas de rastreamento de vídeo é que eles geram uma enorme quantidade de dados altamente dimensionais. Nosso programa de processamento de imagens e análise de dados devido a esse desafio, reduzindo as formas do verme em um conjunto de componentes independentes, reconstruímos de forma abrangente o comportamento do verme em função de apenas três a quatro dimensões.

Uma placa de ágar é iluminada por uma fonte de luz de fibra e fotografada com uma câmera. Este sistema é montado em um estágio de tradução XY. A platina é movida por motores de passo padrão, que são conectados a um controlador de motor de passo.

O controlador e a câmera são conectados ao computador e controlados por programas personalizados escritos em lab view. A câmera fotografa a superfície de uma placa de ágar e identifica objetos escuros em um fundo claro. Uma marca de calibração para o processo de calibração automática é feita cutucando a superfície do ágar.

Com uma picareta de minhoca, a qualidade da imagem é ajustada para que o programa de computador possa quantificar objetos em tempo real. O ganho, o brilho e a velocidade do obturador da câmera podem ser ajustados para fornecer um objeto escuro em um fundo branco. A imagem binária filtrada, que é usada pelo programa de rastreamento, pode ser verificada.

O software possui um recurso de calibração automática que calcula a matriz de calibração movendo um objeto de teste. Uma distância fixa. As distâncias em pixels são calibradas de acordo com as etapas executadas pelo motor de passo pela matriz de calibração.

Após a calibração, o sistema está pronto para funcionar e não precisa ser recalibrado, a menos que a ampliação seja alterada ou se a câmera for reposicionada. Um anel de cobre será usado para encurralar os vermes e evitar que migrem para a borda da placa. Aqueça o anel primeiro, colocando-o em um bloco de calor ou equivalente.

O anel deve ser aquecido por aproximadamente um minuto. Coloque o anel em uma placa de ágar fresco e pressione levemente para incorporá-lo na superfície do ágar. E uma placa de ágar preenchida com tampão NGM será usada para lavar L quatro e vermes adultos jovens de resíduos alimentares.

Depois de pegar minhocas no tampão NGM, deixe-as nadar por alguns minutos. Coloque cuidadosamente uma das minhocas lavadas na placa de rastreamento perto do centro do anel. Esta placa será usada posteriormente para o rastreador de minhocas.

Coloque a placa preparada no rastreador de minhoca stage. Execute o programa de visualização de laboratório e selecione opções, se necessário, como localização de imagens, tipos de imagens, medições e configurações da câmera. Usando o joystick, mova o microscópio até que uma imagem do verme esteja no campo de view na tela do computador.

Em seguida, pressione rastrear para ativar o programa de rastreamento. Aqui estamos mostrando um worm rastreado em tempo real. O programa de computador mede os movimentos de imagens binárias filtradas como mostrado e pode fazer medições dessa imagem em tempo real.

Após o rastreamento, uma reconstrução da trajetória global pode ser feita a partir dos movimentos do motor de passo, enquanto as mudanças de forma local do verme podem ser vistas em detalhes. Os vermes rastejam fazendo movimentos ondulatórios. Capturamos esses movimentos esqueletizando o verme em uma única curva central e, em seguida, descrevendo essa curva como um conjunto de ângulos.

Em seguida, decompomos os esqueletos em suas formas fundamentais, também conhecidas como vetores próprios. Com esses modos próprios, podemos reconstruir as formas do verme e quantificar os movimentos do verme. Usando os dois primeiros modos, podemos capturar especificamente a posição de fase do ciclo ondulatório do verme, conforme visto no segundo painel.

O primeiro painel mostra a distribuição conjunta dos modos um e dois, destacando um ciclo limite circular. O movimento de fase em uma direção corresponde ao movimento para frente, e o movimento de fase na outra direção corresponde ao movimento para trás. Assim, a velocidade de fase corresponde à velocidade do verme.

No espaço real, a forte correlação da fase e da velocidade do mundo real pode ser vista no último painel. Usando a velocidade de fase derivada do modo Eigen, podemos descobrir alguns detalhes sutis do comportamento da elegância do mar que passariam despercebidos a olho nu. Por exemplo, a distribuição conjunta da velocidade de fase e da fase indica claramente que os vermes saem e entram no estado direto preferencialmente em fases específicas do movimento.

Aqui demonstramos um sistema de rastreamento fácil de usar que registra imagens detalhadas do comportamento dos silícios como um rastreamento na superfície e placas ACA. A quantidade de informação contida nestas imagens é vasta e altamente dimensional, pelo que criámos também um método para reduzir a dimensionalidade dos dados nas quatro medidas fundamentais. Essas medidas são fáceis de interpretar em relação ao comportamento do verme.

Este trabalho é gerado para medir os vermes comportamentais em modificações mais baixas, e o sistema também pode ser usado para medir a atividade neuronal usando genético e regiões revestidas. O sistema como um todo é flexível em design e pode ser usado com outros sistemas de rastreamento, como Doof law, LOEs.