C. Элеганс отслеживания и поведенческих измерений

Фенотипирование.Локомоция морской элегантности является важным инструментом в открытии генов и нейронов, участвующих в поведении морской элегантности. Морская элегантность претерпевает стереотипные локомоторные движения, такие как движения вперед и назад и различные типы поворотов, изменяя свою форму. Чтобы количественно оценить эти движения на больших расстояниях и с высоким пространственным и временным разрешением, мы создали червячный трекер, чтобы запечатлеть движение морской элегантности, когда она ползет по поверхности агаровой плиты.

Мы также разработали программное обеспечение для количественной изоляции и анализа этих движений с помощью специальных программ, написанных в лабораторном виде и matlab. Сложность всех систем видеослежения заключается в том, что они генерируют огромное количество данных, которые имеют высокую размерность. Наша программа обработки изображений и анализа данных в связи с этой задачей, сведя формы червя к набору независимых компонентов, мы всесторонне реконструировали поведение червя как функцию только трех-четырех измерений.

Агаровая пластина подсвечивается волоконным источником света и визуализируется с помощью камеры. Эта система монтируется на столик преобразования XY. Столик перемещается стандартными шаговыми двигателями, которые подключены к контроллеру шагового двигателя.

Контроллер и камера подключаются к компьютеру и управляются специальными программами, написанными в лабораторном режиме. Камера снимает поверхность агаровой пластины и идентифицирует темные объекты на светлом фоне. Калибровочная метка для процесса автоматической калибровки делается путем протыкания поверхности агара.

С помощью червячной кирки качество изображения регулируется таким образом, чтобы компьютерная программа могла количественно оценивать объекты в режиме реального времени. Усиление, яркость и скорость затвора камеры можно отрегулировать так, чтобы обеспечить темный объект на белом фоне. Отфильтрованное двоичное изображение, которое используется программой слежения, может быть проверено.

Программное обеспечение имеет функцию автоматической калибровки, которая вычисляет калибровочную матрицу путем перемещения тестового объекта. Фиксированное расстояние. Расстояния в пикселях калибруются в соответствии с шагами, выполненными шаговым двигателем с помощью калибровочной матрицы.

После калибровки система готова к работе и не нуждается в повторной калибровке, если не будет изменено увеличение или если камера не будет перемещена. Медное кольцо будет использоваться для загона червей и предотвращения их миграции к краю пластины. Сначала нагрейте кольцо, поместив его на нагревательный блок или его эквивалент.

Кольцо следует нагреть примерно в течение минуты. Поместите кольцо на свежую агаровую пластину и слегка прижмите, чтобы встроить его в поверхность агара. А агаровая пластина, заполненная буфером NGM, будет использоваться для промывки червей стадии L и молодых взрослых особей от остатков пищи.

После сбора червей в буфер NGM дайте им поплавать в течение нескольких минут. Осторожно поместите одного из промытых червей на пластину слежения в центре кольца. Эта пластина в дальнейшем будет использоваться для отслеживания червей.

Поместите подготовленную тарелку на ступень для отслеживания червей. Запустите программу просмотра лабораторных работ и при необходимости выберите параметры, такие как местоположение изображений, типы изображений, измерения и настройки камеры. С помощью джойстика перемещайте микроскоп до тех пор, пока изображение червя не окажется в поле зрения на экране компьютера.

Затем нажмите «Отслеживание», чтобы активировать программу отслеживания. Здесь мы показываем червя, отслеживаемого в режиме реального времени. Компьютерная программа измеряет движения двоичных отфильтрованных изображений, как показано, и может выполнять измерения этого изображения в режиме реального времени.

После слежения по движениям шагового двигателя можно сделать реконструкцию глобальной траектории, при этом детально рассмотреть локальные изменения формы червяка. Ползают черви, совершая волнообразные движения. Мы фиксируем эти движения, скелетизируя червя в одну центральную кривую, а затем описываем эту кривую в виде набора углов.

Затем мы разлагаем скелеты на их фундаментальные формы, иначе известные как собственные векторы. С помощью этих собственных мод мы можем реконструировать формы червя и количественно оценить движения червя. Используя первые два режима, мы можем точно зафиксировать фазовое положение волнообразного цикла червя, как показано на второй панели.

На первой панели показано совместное распределение первого и второго режимов, выделен круговой предельный цикл. Фазовое движение в одном направлении соответствует движению вперед, а движение по фазе в другом направлении — движению назад. Таким образом, фазовая скорость соответствует скорости червя.

В реальном пространстве сильную корреляцию фазы и скорости реального мира можно увидеть на последней панели. Используя полученную фазовую скорость в собственной моде, мы можем раскрыть некоторые тонкие детали поведения морской элегантности, которые были бы упущены на глаз. Например, совместное распределение фазовой скорости и фазы ясно указывает на то, что черви выходят и входят в прямое состояние преимущественно в определенные фазы движения.

Здесь мы продемонстрировали простую в использовании систему слежения, которая записывает подробные изображения поведения кремния в виде ползания по поверхности и пластинам ACA. Объем информации, содержащейся в этих изображениях, огромен и очень многомерен, поэтому мы также создали метод уменьшения размерности данных по четырем основным показателям. Эти меры легко интерпретировать применительно к поведению червя.

Эта работа создана для измерения поведенческих червей при более низких модификациях, и система также может быть использована для измерения нейронной активности с использованием генетически генетически и покрытых областей. Система в целом является гибкой по конструкции и может использоваться с другими системами сканирования, такими как Doof law, LOEs.