SwarmSight: Acompanhamento em tempo real dos movimentos de antena do inseto e reflexo de extensão Proboscis usando uma preparação comum e Hardware convencional

O objetivo geral deste procedimento é medir rapidamente os movimentos das antenas e trombas dos insetos a partir do vídeo de uma preparação animal comum usando software de site de enxame de código aberto e câmera convencional e hardware de computador. Esses métodos podem ser usados para obter rapidamente medições de alta resolução dos movimentos da antena e da tromba. A aplicação desses métodos pode elucidar como os movimentos da antena e da probóscide mudam em resposta a manipulações químicas, de desenvolvimento e genéticas.

A principal vantagem dessa técnica é que ela pode medir rapidamente os movimentos usando software livre e não requer vídeo sofisticado ou hardware de computador. Embora esse método possa fornecer informações sobre as respostas ao odor nas abelhas, ele também pode ser aplicado a outros sistemas de insetos. Para começar, use frascos para coletar as abelhas operárias da entrada da colmeia e coloque brevemente os frascos em uma pasta de gelo.

Com fita adesiva, prenda cada abelha em um tubo de arnês e, em seguida, aplique fita adesiva por cima do tubo para esconder as pernas. Certifique-se de que as pernas não possam ser vistas da parte superior do tubo do arnês. Em seguida, sob um microscópio de dissecação, use um ferro de solda de baixa temperatura para aplicar cera aquecida na parte de trás da cabeça de cada abelha para imobilizá-la.

Use uma pequena haste para manter a antena longe da cera e garantir que as antenas possam se mover livremente. Use um suporte para webcam para posicionar uma câmera diretamente acima da cabeça da abelha e use o software de gravação para inspecionar o vídeo e ampliar a cabeça. Depois que a fita e a cera forem aplicadas, visualize a cena usando a câmera e procure por qualquer coisa que possa estar se movendo ou mudando que não seja a antena ou a tromba.

Em seguida, ajuste a fita e a cera conforme necessário. Em seguida, use as configurações do software de gravação para manter a exposição constante da câmera e ajuste o controle deslizante de exposição para o valor desejado. Ajuste os controles deslizantes de contraste, brilho e nitidez para aprimorar a detecção de antenas.

Ajuste a iluminação ambiente para reduzir as sombras da antena. Use uma fonte de luz difusa, como uma lâmpada de pescoço de ganso de laboratório ou uma lanterna com papel para iluminar a abelha. Em seguida, coloque uma luz LED colocada na câmera view para indicar quando o odor do estímulo é fornecido.

Em uma capela de exaustão, prepare cartuchos de odor, que serão usados para estimular as abelhas durante as gravações de vídeo. Posicione a fonte de fornecimento de odor perto do tubo do arnês, tomando cuidado para não obstruir a câmera view. Posicione uma fonte de vácuo oposta à fonte de odor para remover odores de estímulo e ligue-a antes da apresentação do odor.

Depois que as abelhas estiverem contidas e os preparativos da câmera estiverem concluídos, filme cada abelha individualmente em cada condição experimental como um arquivo de vídeo separado. Em seguida, no módulo de rastreamento de antena do site de enxame, clique no botão Procurar para abrir um arquivo de vídeo. Depois que o arquivo de vídeo for carregado, coloque o widget do sensor da antena sobre a cabeça da abelha.

Use os ícones de rotação e escala para ajustar o alinhamento do widget. O widget deve cobrir toda a amplitude de movimento da antena da abelha. Em seguida, coloque o widget do sensor de tratamento sobre a luz LED que indica quando o odor do estímulo está sendo fornecido.

Clique no botão play no canto inferior esquerdo para iniciar a exibição quadro a quadro do arquivo de vídeo. Os prováveis pontos da antena e da tromba serão destacados em amarelo e os anéis amarelos indicarão as pontas do apêndice. Ajuste os controles deslizantes na seção de filtros para otimizar a sensibilidade do filtro.

Quando a sensibilidade ideal for alcançada, apenas os apêndices da abelha serão destacados no quadro. Avance rapidamente pelas partes subsequentes do vídeo para garantir que a sensibilidade do filtro seja otimizada em todo o vídeo. Teste sua configuração fazendo um pequeno vídeo de amostra do inseto e analise-o com o software, procurando objetos estranhos em movimento que o software detecta.

Ajuste a cena, a iluminação e o ângulo da câmera até que o software isole as antenas e os movimentos da tromba. Depois de configurar os widgets e filtros, pause o vídeo, reinicie-o e reproduza-o do início ao fim. Por fim, expanda a seção salvar, clique no botão salvar dados de rastreamento e selecione uma pasta na qual deseja salvar o arquivo.

Para validar o software de rastreamento de apêndices, dois avaliadores humanos localizaram as pontas das antenas em 425 quadros de vídeo, que foram então analisados pelo software. A distância entre os dois avaliadores humanos é demonstrada nesta figura, com distância inter-humana e distância entre locais detectados pelo software e os avaliadores humanos são demonstrados com a distância humana mais próxima do software. A distância inter-humana era pequena para quadros no início e depois aumentou durante a segunda metade do vídeo.

Os níveis de distância humana mais próximos do software permanecem constantes ao longo do vídeo. 23 abelhas fêmeas foram expostas a cinco condições diferentes de odor, e os vídeos dos testes foram analisados usando o software de rastreamento de apêndices. Com exceção da condição de controle, o software foi capaz de detectar diferenças significativas nas mudanças médias do ângulo das antenas após a exposição a condições experimentais de odor.

Além disso, os mapas de densidade de ângulo da antena revelaram clusters de preferência de localização da antena. Aglomerados vermelhos no mapa indicam que as antenas preferem ângulos longe da fonte de odor logo após o início do odor e preferem ângulos em direção à fonte de odor logo após a conclusão do odor. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de inspecionar cuidadosamente cada cena de vídeo antes de gravar para obter o posicionamento e a iluminação ideais das abelhas.

Além disso, é importante marcar os quadros de entrega de odor com um indicador visual. Após a realização deste procedimento, outros métodos, como o condicionamento de odores, podem ser realizados. Este procedimento também é útil para explorar respostas inatas em abelhas e outros insetos.

Não se esqueça de que trabalhar com abelhas e certos produtos químicos pode ser perigoso. Equipamento de proteção individual apropriado deve sempre ser usado durante a execução deste procedimento. Uma vez dominado, este procedimento pode ser usado para obter com eficiência dados de movimento de antenas e trombas para um grande número de insetos e condições experimentais.

Swarm Sight, o software de código aberto usado neste procedimento, pode ser obtido no swarmsight.org.