Визуально опосредованного отслеживание запаха во время полета у дрозофилы

Летающие насекомые используют визуальные ориентиры для стабилизации своего курса в воздушном потоке. Таким образом, визуальная стабилизация при движении против ветра напрямую способствует отслеживанию запаха. Используя установку для ольфакторного магнитного привязывания (ОМП), мы можем изучить, влияют ли визуальные ориентиры непосредственно на поведение по отслеживанию запаха независимо от воздушных сигналов.

Процедура начинается с оптимизации освещения мухи путем регулировки интенсивности инфракрасного светодиода для получения четкого изображения. Недостаточное освещение приведет к тусклому изображению, а избыточное — к перенасыщенному, когда муха будет правильно зафиксирована на снимке. Программное обеспечение для анализа измеряет угол наклона тела в режиме реального времени; визуальное перемещение мухи в шлейф запаха пищи приводит к стабильному направлению движения в сторону пространственного расположения шлейфа.

Однако это происходит только в том случае, если визуальная панорама содержит выраженные визуальные ориентиры. Тестирование той же мухи в визуальной арене с такой же средней яркостью, но без визуальных границ, приводит к плохому отслеживанию шлейфа, так как муха теряет пространственную ориентацию. Здравствуйте, я Брайан ДеМарс из лаборатории доктора Марка Фрая с кафедры физиологических наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Сегодня мы покажем вам, как получать и оптимизировать видеоизображения для анализа угла наклона тела в ольфакторном аппарате с магнитным привязом. Мы также опишем два эксперимента по изучению влияния визуальных стимулов на отслеживание запаха. Мы используем эту процедуру в нашей лаборатории для изучения управления полетом у плодовых мушек посредством зрительных и обонятельных механизмов.

Итак, приступим. Оптимизация видеоизображения имеет решающее значение для качества получаемых данных и получения более четких изображений. Сначала с помощью пинцета поместите в арену недавно привязанную муху.

Далее расположите камеру платы с проволокой для фиксации под прозрачной акриловой вакуумной камерой таким образом, чтобы камера была направлена строго вверх через камеру и стеклянную вакуумную трубку на вентральную сторону зафиксированной мухи. Убедитесь, что на объективе видеосистемы отсутствует инфракрасный фильтрующий слой. Для освещения мухи используйте круговой массив инфракрасных светодиодов, расположенных непосредственно под светодиодными панелями.

Индивидуально направьте каждый светодиод на тело мухи для обеспечения равномерного освещения, чтобы уменьшить блики от панельной системы и свести к минимуму визуальные стимулы, воспринимаемые мухой. Рекомендуется покрыть все отражающие поверхности в поле зрения камеры матовой черной краской; освещение в помещении следует выключить, чтобы уменьшить блики и модуляцию яркости, которые могут быть зафиксированы глазом мухи. Затем визуально проверьте камеру.

Муха должна быть ярко-белой на черном фоне. Если изображение размыто, возможно, потребуется настроить фокус объектива. Если муха выглядит темной, возможно, светодиодная матрица расфокусирована или ее мощности недостаточно для надлежащего освещения.

Наконец, выполните видеозапись с помощью пользовательских подпрограмм, написанных в MATLAB с использованием инструментария image acquisition toolbox. Одним из простых экспериментов в OMT является наблюдение за голодной мухой, которая обнаруживает шлейф привлекающего запаха пищи и активно следует за ним. Такие эксперименты обычно проводятся в формате рандомизированных блоков, чтобы свести к минимуму любое влияние порядка проведения экспериментов.

Манипулируя визуальным окружением, можно повлиять на способность мухи отслеживать запах. Чтобы провести этот эксперимент, перед каждым использованием визуального дисплея поместите недавно привязанную муху в арену с помощью пинцета, затем прокрутите муху на несколько оборотов, чтобы убедиться в плавности движения по всей оси YA на 360 градусов. Если муха вращается неравномерно, ее следует заменить.

Если проблема сохраняется, возможно, магниты смещены. Далее создайте для мухи следующие экспериментальные условия: в случайном порядке предъявляйте высококонтрастный полосатый паттерн с подачей водяного пара из порта подачи запаха.

Высококонтрастный полосатый паттерн с привлекательным запахом паров. Для экспериментов, в которых мухам предлагается самостоятельно найти источник запаха, хорошо подходят одна вертикальная полоса, смещенная на 90 градусов от порта подачи запаха с водяным паром, и одна полоса, смещенная на 90 градусов с парами запаха через интервалы в 1/32. Записывайте видео с частотой 30 Гц на протяжении всего времени каждого экспериментального условия и используйте MATLAB для последующего анализа изображений. При использовании высоких концентраций запаха для минимизации любых эффектов может потребоваться время для выхода остаточного запаха из порта после выключения подачи.

В течение нескольких секунд муху можно заставить вращаться с использованием панорамного обзора, чтобы система могла удалить остаточные запахи. Это также помогает визуально развернуть муху между экспериментальными воздействиями. Такая процедура поддерживает активность мух в эксперименте и не позволяет им оставаться на одном месте.

Вторым базовым экспериментом в OMT является визуальное перемещение мухи в шлейф запаха с мгновенным изменением визуальных условий и последующим измерением её способности оставаться в этом шлейфе. Эксперименты проводятся в формате рандомизированных блоков для минимизации систематической ошибки, связанной с последовательностью проведения опытов. С помощью пинцета поместите свежезафиксированную муху в арену.

Затем, в качестве диагностической проверки, несколько раз визуально переместите муху по кругу по всей арене. Это позволяет убедиться, что животное способно ориентироваться в любом направлении. Перед началом каждого испытания включите экспериментальный запах (воду или уксус) и визуально завлеките муху в шлейф, перемещая небольшую вертикальную полосу в области расположения шлейфа.

Теперь, когда муха ориентирована в сторону шлейфа, уберите осциллирующую полосу. Затем создайте следующие визуальные условия: высококонтрастные панорамные полосы с водяным паром, однородный фон с водяным паром, высококонтрастные панорамные полосы с парообразным запахом и однородный фон с парообразным запахом.

Производите запись видео с частотой 30 hertz на протяжении всего времени каждого экспериментального условия. Затем используйте специализированные программные процедуры, написанные в MATLAB, для офлайн-анализа изображений. При оптимизации видеоизображения OMT помните, что на нем должна быть четко видна освещенная муха на темно-черном фоне.

Слишком яркие изображения можно улучшить, уменьшив фоновые помехи, снизив интенсивность инфракрасных светодиодов или выключив свет в помещении. Если муха освещена правильно, проблему может решить регулировка фокуса инфракрасных светодиодов или модуляция их интенсивности.

При проверке способности мухи самостоятельно найти шлейф запаха она не должна в значительной степени локализовать шлейф водяного пара, однако она всегда должна локализовать шлейф запаха при наличии насыщенных панорамных визуальных ориентиров. Второй тест заключается в том, чтобы визуально «затянуть» муху непосредственно в шлейф запаха и проверить ее способность удерживать курс внутри шлейфа на фоне различных статичных визуальных фонов. Если муху затянуть в шлейф водяного пара, она должна быстро отвернуться.

Если муха попадает в шлейф запаха и имеются достаточные визуальные стимулы для обеспечения устойчивого отслеживания, она останется в этом шлейфе. Мы только что продемонстрировали, как оптимизировать полученное видеоизображение для установки с ольфакторным магнитным удерживателем. Мы также описали два экспериментальных протокола для изучения влияния визуальных стимулов на отслеживание запаха.

При проведении этих экспериментов важно помнить, что оптимизация видеоизображения имеет решающее значение для качества получаемых данных. Также, независимо от протокола эксперимента, важно поддерживать благоприятные условия для мух, чтобы они оставались активными. На этом все.

Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.