Методическая статья

C. Элеганс отслеживания и поведенческих измерений

DOI:

10.3791/4094

⸱

17 ноября 2012 г.

 ,  ,  , 
1Donnelly Centre, University of Toronto, 2Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit, 3Okinawa Institute of Science and Technology, 4Department of Physics, University of Toronto

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы создали видео-курс отслеживания микроскопа, который может записывать и количественно C. Элеганс Поведение с высоким разрешением и высокой скоростью. Мы также разработали вычислительных методов снижения размерности червь изображения на фундаментальный набор измерений, которые полностью описывают форму червя.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы разработали методы приборов, обработки изображений и анализа данных для количественной оценки двигательного поведения C. Элеганс как он ползает на поверхности агар пластины. Для изучения генетических, биохимических и нейронные основы поведения, C. Элеганс является идеальным организма, потому что это генетически послушный, поддаются микроскопии, а также показывает ряд комплексных поведения, в том числе такси, обучения и социальной 1,2 взаимодействия. Поведенческий анализ, основанный на отслеживании движений червей, как они ползают по агаром были особенно полезны при изучении сенсорных поведение 3, локомоции 4, а общее мутационные фенотипирование 5. Наша система работает посредством перемещения камеры и системы освещения, как черви ползает на неподвижной пластины агара, который обеспечивает отсутствие механических стимулов передается на червя. Наша система слежения проста в использовании и включает в себя полуавтоматическую калибровку функции. Чаllenge всех систем видео слежения является то, что она порождает огромное количество данных, которые по своей сути высокой размерности. Наш обработки изображений и программ анализа данных справиться с этой задачей за счет сокращения червей форму в набор независимых компонентов, которые всесторонне восстановить червей поведение как функция только 3-4 размеры 6,7. В качестве примера этого процесса мы покажем, что червь входит и выходит из ее разворот состояния в фазу специфическим образом.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Описание отслеживания Микроскоп

  1. Агаром освещается волокном источником света и полученную с камеры. Эта система устанавливается на X, Y стадии перевода.
  2. Этап переносится на стандартных шаговых двигателей, которые связаны с контроллером шагового двигателя.
  3. Контроллер и камера подключена к компьютеру и управляется пользовательских программ, написанных в LabVIEW.
  4. Изображения с камеры на поверхности пластины агара и определяет темных объектов на светлом фоне.
  5. Качество изображения регулируется таким образом, что компьютерные программы позволяют количественно оценить объектов в реальном времени. Коэффициент усиления, яркости и скорости затвора камеры может регулироваться, чтобы обеспечить темный объект на белом фоне.
  6. Калибровка знак для автоматического процесса калибровки сделан, тыкая поверхность агара с червем выбор.
  7. Фильтром, бинарных изображений, который используется программа отслеживания может быть проверена.
  8. Такftware имеет автоматической калибровки функция, которая вычисляет калибровки матрицы путем перемещения объекта испытаний фиксированном расстоянии.
  9. Расстояние в пикселях откалиброван для шагах, предпринятых шагового двигателя при калибровке матрицы.
  10. После калибровки, система готова к работе и не нуждается в повторной калибровке, если увеличение будет изменено или, если камера перемещаются.

2. Подготовка отслеживания Плиты и C. Элеганс для отслеживания

  1. Медное кольцо используется для загон червей и удержать их от перехода на край тарелки. Меди обеспечивает местный химический барьер и не влияет на движение червь в противном случае в течение всего срока эксперимента (<1 часа). Нагреть кольцо сначала поместить его на блок тепла или эквивалент.
  2. Место кольцо на свежие пластины агара (1,7% Bacto агар, 0,25% Бакто-пептон, 0,3% NaCl, 1 мМ CaCl 2, 1 мМ MgSO 4, 25 мМ калий-фосфатный буфер, 5 мкг / млхолестерин) и надавите слегка вставлять его в поверхность агара.
  3. Выберите L4 сцене или молодых взрослых червей на пластинке агара заполнены некоторые буфера NGM (0,3% NaCl, 1 мМ CaCl 2, 1 мМ MgSO 4, 25 мМ калий-фосфатный буфер), чтобы вымыть их от остатков пищи. Пусть черви плавают в течение нескольких минут.
  4. Аккуратно положите одного червя на отслеживание пластины недалеко от центра кольца. А затем поместите пластину на червя трекера.

3. Worm слежения

  1. Запустите программу LabVIEW и выберите опцию, если нужно (место для изображений, типы изображений, измерений, настройки камеры).
  2. С помощью джойстика переместите микроскопом, пока изображение червя находится в поле зрения (экран компьютера). Нажмите "дорожка" заниматься программу слежения.
  3. Компьютерная программа на самом деле измеряет движения двоичной отфильтрованные изображения, как показано и может сделать измерения на эту фотографию в реальном времени
  4. Кормовойэ отслеживания реконструкции глобальной траектории могут быть сделаны из шаговых движений двигателя, в то время как локальные изменения формы червя можно увидеть в подробностях.

4. Анализ данных

  1. Выполнить скелетируя сценарий (MATLAB) для параметризации формы червя. (Рис. 2)
  2. Рассчитать мод каркасно данных. (Рис 3,4)
  3. Показать Рисунок 5. Читайте легенде фигура или представителем результаты.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Пример: Живя, C. Элеганс переходы с прямого на обратный ход, часто выполняя переориентации (омега очередь) перед возвращением в состояние движения вперед. Количественная этот переход является важным в понимании кормления паттернов движения, а также в управление двигателем червя. Мощность выявить тонкие детали передвижения поведение можно увидеть, используя наш трекер.

В качестве примера мы посмотрим на переднем чтобы обратить вспять и обратить вспять направить переход от захвата изо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Изучение движения и естественное поведение требует неинвазивных методов отслеживания в партнера методов обработки данных. Здесь мы продемонстрировали простой в использовании системой слежения, которая записывает детальные изображения C. Элеганс поведение как она ползает на поверхности агар пластины. Количество информации, содержащейся в этих образов является обширной и многомерной, и поэтому мы также разработали методы снижения размерности данных в только четыре основных мер. Эти меры носят комплексный характер...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Нет конфликта интересов объявлены.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Название части Компания Номер в каталоге Комментарии (по желанию)
ПЗС-камеры Basler A601f
Объектив Эдмунд оптики MMS серии
Волоконно освещение Долан Дженнер DC-950H
Перевод этапе Deltron LS3-4
Шагового двигателя США цифровом MS23C
Шагового привода Геккон G201
Управления шаговым двигателем SimpleStep SSXYZ
Все программный код доступен. Пожалуйста, отправьте запрос электронной почте в соответствующую автора.

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 77 (1), 71-79 (1974).
  2. de Bono, M., Maricq, A. V. Neuronal substrates of complex behaviors in C. elegans. Annu. Rev. Neurosci. (28), 451-501 (2005).
  3. Pierce-Shimomura, J. T., Morse, T. M., Lockery, S. R. The fundamental role of pirouettes in Caenorhabditis elegans chemotaxis. J. Neurosci. 19 (21), 9557-9569 (1999).
  4. Gray, J. M., Hill, J. J., Bargmann, C. I. A circuit for navigation in Caenorhabditis elegans. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (9), 3184-3191 (2005).
  5. Baek, J. H., Cosman, P., Feng, Z., Silver, J., Schafer, W. R. Using machine vision to analyze and classify Caenorhabditis elegans behavioral phenotypes quantitatively. J. Neurosci. Methods. 118 (1), 9-21 (2002).
  6. Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. Dimensionality and Dynamics in the Behavior of C. elegans. PLoS Comput. Biol. 4 (1), e1000028(2008).
  7. Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. From modes to movement in the behavior of C. elegans. PLoS One. 5 (11), e13914(2010).
  8. Feng, Z., Cronin, C. J., Wittig, J. H. Jr, Sternberg, P. W., Schafer, W. R. An imaging system for standardized quantitative analysis of C. elegans behavior. BMC Bioinformatics. (5), 115(2004).
  9. Ramot, D., Johnson, B. E., Berry, T. L. Jr, Carnell, L., Goodman, M. B. The Parallel Worm Tracker: A Platform for Measuring Average Speed and Drug-Induced Paralysis in Nematodes. PLoS One. 3 (5), e2208(2008).
  10. Swierczek, N. A., Giles, A. C., Rankin, C. H., Kerr, R. A. High-throughput behavioral analysis in C. elegans. Nat. Methods. 8 (7), 592-598 (2011).
  11. Leifer, A. M., Fang-Yen, C., Gershow, M., Alkema, M. J., Samuel, A. D. Optogenetic manipulation of neural activity in freely moving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 147-152 (2011).
  12. Stirman, J. N., Crane, M. M., Husson, S. J., Wabnig, S., Schultheis, C., Gottschalk, A., Lu, H. Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 153-158 (2011).
  13. Ben Arous, J., Tanizawa, Y., Rabinowitch, I., Chatenay, D., Schafer, W. R. Automated imaging of neuronal activity in freely behaving Caenorhabditis elegans. J Neurosci Methods. 187 (2), 229-234 (2010).
  14. Wittenburg, N., Baumeister, R. Thermal avoidance in Caenorhabditis elegans: an approach to the study of nociception. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (18), 10477-10482 (1999).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

C elegans TrackingWorm TrackerImage ProcessingData AnalysisAgar PlateStepper MotorLabVIEW SoftwareEigen Mode AnalysisBehavioral MeasurementDimensionality Reduction

Похожие статьи