दिखने में ड्रोसोफिला में उड़ान के दौरान मध्यस्थता गंध ट्रैकिंग

Summary

यहाँ हम का वर्णन कैसे एक घ्राण चुंबकीय पघा (OMT) तंत्र के लिए अधिग्रहीत वीडियो छवि का अनुकूलन करने के लिए. हम भी दो visuo-घ्राण संलयन का अध्ययन करने के लिए नमूना प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का वर्णन.

Abstract

फ्लाइंग कीड़े दृश्य cues का उपयोग करने के लिए एक हवा की धारा में अपने शीर्ष स्थिर. कई जानवरों को अतिरिक्त हवा में किया जाता है odors को ट्रैक. जैसे हवा आने की दिशा के दृश्य स्थिरीकरण सीधे गंध ट्रैकिंग में एड्स ट्रैकिंग. लेकिन घ्राण संकेतों सीधे दृश्य ट्रैकिंग व्यवहार स्वतंत्र प्रभाव हवा cues से? इसके अतिरिक्त, घ्राण आणविक आनुवंशिकी और Neurophysiology में हाल के अग्रिमों उपन्यास मात्रात्मक व्यवहार विश्लेषण से प्रेरित है (जैसे) आनुवंशिक विशिष्ट घ्राण सक्रियण सर्किट निष्क्रिय के व्यवहार प्रभाव का आकलन. हम एक चुंबकीय पगहा प्रणाली के मूल में संकीर्ण लामिना का प्रवाह गंध plumes के साथ क्षेत्र लैस द्वारा दृष्टि प्रयोगों के लिए तैयार संशोधित. यहाँ हम प्रयोगों के बाद एक मक्खी सीमित किया जा सकता है है और चुंबकीय क्षेत्र में नेविगेट करने में सक्षम है पर ध्यान केंद्रित. हम बताते हैं कि कैसे प्राप्त करने के लिए वीडियो शरीर कोण को मापने के लिए अनुकूलित छवियाँ, कैसे करने के लिए स्थिर गंध ट्रैकिंग न्यायाधीश, और हम दो प्रयोगों का वर्णन करने के लिए गंध ट्रैकिंग पर दृश्य cues के प्रभाव की जांच.

Protocol

OMT एक चुंबकीय पगहा ¹ प्रणाली के लिए एक आभासी पंख ^{सिम्युलेटर} 2 को शामिल करने के लिए डिज़ाइन की एक रूपांतर है. निम्नलिखित प्रोटोकॉल की व्याख्या कैसे करेंगे अधिग्रहीत वीडियो छवियों (भाग 1) का अनुकूलन करने के लिए और बुनियादी visuo घ्राण प्रयोगों के दो प्रकार (भाग 2 और 3) को चलाने के .

भाग 1: वीडियो अधिग्रहण

वीडियो छवि का अनुकूलन अधिग्रहीत डेटा की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण है. क्लीनर छवियों के लिए इन चरणों का पालन करें.

1. संदंश की एक जोड़ी का उपयोग क्षेत्र में एक नया सीमित उड़ रखें.
2. स्थिति स्पष्ट एक्रिलिक ऐसी है कि कैमरा दृश्य कक्ष के माध्यम से सीधे ऊपर की ओर से एक ग्लास ट्यूब के माध्यम से, निर्वात चैम्बर के तहत FireWire बोर्ड (अग्नि - मैं 1394store.com) कैमरा सीमित मक्खी के उदर पहलू. यकीन है कि वहाँ वीडियो प्रणाली के लेंस पर कोई आईआर फिल्टर कोटिंग है.
3. मक्खी रोशन करने के लिए, अवरक्त एल ई डी के एक परिपत्र सरणी (छोटे पार्ट्स इंक) एलईडी पैनल के तहत तैनात का उपयोग करें. समान रोशनी के लिए है मक्खी के शरीर पर एलईडी व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक ध्यान दें.
4. पैनल सिस्टम से चमक को कम करने और मक्खी द्वारा मनाया दृश्य cues के कम से कम, यह फ्लैट काले रंग के साथ कैमरे के दृश्य के भीतर सभी चिंतनशील सतहों कोट करने के लिए उपयोगी है. कक्ष रोशनी बंद किया जाना चाहिए करने के लिए चमक और चमक उड़ आँख द्वारा detectable modulations को कम करने.
5. दिखने में कैमरा छवि का निरीक्षण किया. उड़ एक काले रंग की पृष्ठभूमि के खिलाफ सफेद चमकदार होना चाहिए. यदि छवि धुंधला है लेंस ध्यान केंद्रित किया जाना चाहिए सकता है. यदि मक्खी अंधेरा है, एलईडी सरणी अनफोकस्ड या अपर्याप्त उचित रोशनी के लिए संचालित किया जा सकता है. यदि पृष्ठभूमि उज्ज्वल वस्तुओं में शामिल है, बस के ऊपर उड़ काले झुंड कागज के एक डिस्क को माउंट करने के लिए पृष्ठभूमि reflectance कम से कम.
6. हम कस्टम छवि अधिग्रहण toolbox का उपयोग Matlab में लिखा subroutines के साथ वीडियो हासिल.

भाग 2: गंध पंख ढूँढने मक्खी

OMT में एक सरल प्रयोग में एक भूख (भूखे) का पता लगाने मक्खी देख है और फिर सक्रिय रूप से आकर्षक भोजन की गंध के एक पंख ट्रैकिंग. दृश्य आसपास चालाकी से उड़ान भरने के लिए robustly एक appetitive खाना गंध ट्रैक करने की क्षमता को प्रभावित करती है. नोट करें कि प्रयोगों आमतौर पर एक यादृच्छिक ब्लॉक स्वरूप में चलाए जा रहे हैं प्रयोगात्मक क्रम में किसी भी पूर्वाग्रह कम से कम. सभी बाहरी हार्डवेयर (गैस multiplexers, एलईडी क्षेत्र, वीडियो अधिग्रहण) कस्टम सॉफ्टवेयर Matlab (Mathworks) में लिखा दिनचर्या के द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं.

1. संदंश की एक जोड़ी का उपयोग क्षेत्र में एक नया सीमित उड़ रखें.
2. हर प्रयोग से पहले, दृश्य प्रदर्शन का उपयोग करते हुए, कई क्रांतियों के लिए उड़ान ^भरने 3 बारी बारी से करने के लिए पूरे 360 रास्ते से हटना अक्ष के चारों ओर निर्बाध गति सुनिश्चित है. यदि उड़ स्पिन नहीं है सुचारू रूप त्यागें. यदि समस्या बनी रहती है, संभावित कारण misaligned मैग्नेट है. नोट: यदि क्षेत्र स्पिन परीक्षण के दौरान कई trajectories के लिए शीर्षक का वितरण महत्वपूर्ण चोटियों (अर्थात् 360 डिग्री पर फ्लैट नहीं है) से पता चलता है, वहाँ की संभावना एक अभिविन्यास misaligned मैग्नेट के कारण पूर्वाग्रह है.
3. यादृच्छिक क्रम में निम्न नमूना प्रयोगात्मक शर्तों के साथ उड़ पेश: i) उच्च विपरीत जल वाष्प गंध बंदरगाह से उत्पन्न के साथ धारीदार पैटर्न; ii) उच्च विपरीत आकर्षक गंध वाष्प के साथ धारीदार पैटर्न, iii) एक एकल खड़ी धारी 90 डिग्री ऑफसेट जल वाष्प नोक से, और iv) एक एकल 90 डिग्री गंध वाष्प के साथ धारी ऑफसेट. हमारे अनुभव में, 30 सेकंड के अंतराल प्रयोगों जहां मक्खियों अपने दम पर गंध के स्रोत का पता लगाने के लिए चुनौती दी है के लिए अच्छी तरह से काम करते हैं. हम प्रत्येक प्रयोगात्मक हालत के अवधि के लिए 30 हर्ट्ज पर वीडियो और अधिग्रहण और विश्लेषण ऑफ़लाइन छवियों कस्टम सॉफ्टवेयर Matlab में लिखा दिनचर्या का उपयोग (एक के सबसे अधिक उपयोगी बनाया Matlab कार्यों में regionprops.m जो एक दीर्घवृत्त के ज्यामितीय गुणों का विश्लेषण करती है है.
4. है जब उच्च गंध सांद्रता का उपयोग कर, अवशिष्ट गंध गंध बंदरगाह से जारी किया जा सकता है के बाद गंध बंद है. कोई प्रभाव यह हो सकता है यह उपयोगी है कुछ सेकंड के लिए एक rotating चित्रमाला के साथ उड़ करने के लिए प्रणाली किसी भी अवशिष्ट गंध फ्लश करने के लिए अनुमति स्पिन है कम से कम करने के लिए.
5. यह भी फायदेमंद है नेत्रहीन के लिए प्रयोगात्मक उपचार के बीच उड़ान भरने को घुमाएगी (i) के रखने मक्खियों सक्रिय रूप से प्रयोग में और (ii) एक जगह में शेष से मक्खियों रखने लगे. , Ii) पांच दूसरा मध्यवर्ती स्पिन; iii) बीस दूसरी शर्त जोड़ी # 1; iv) पाँच दूसरा मध्यवर्ती स्पिन; v) बीस दूसरी शर्त जोड़ी # 2: i) बीस दूसरा प्रारंभिक निदान स्पिन एक उदाहरण प्रयोग निम्न क्रम हो सकता है.

भाग 3: गंध पंख के भीतर शेष मक्खी

OMT में एक दूसरे बुनियादी प्रयोग नेत्रहीन एक गंध पंख में एक मक्खी खींचें है, तत्क्षण दृश्य स्थितियों को बदलने के लिए, और तब अपने पंख में रहने की क्षमता को मापने. फिर से ध्यान दें, कि सभी प्रयोगों एक यादृच्छिक ब्लॉक प्रपत्र में किया जाता हैटी प्रयोगात्मक क्रम में किसी भी पूर्वाग्रह को कम करने के लिए.

1. संदंश की एक जोड़ी का उपयोग क्षेत्र में एक नया सीमित उड़ रखें.
2. नेत्रहीन (स्पिन) एक निदान करने के लिए सुनिश्चित करें कि जानवर हर दिशा में उन्मुख करने के लिए क्षमता है (पार्ट 2.2 देखें) चेक के रूप में हर प्रयोग से पहले क्षेत्र के चारों ओर उड़ कई बार बारी बारी से.
3. प्रत्येक हालत पहले, प्रयोगात्मक गंध पानी (या सिरका) पर बारी और नेत्रहीन पंख की स्थिति में एक छोटे से खड़ी धारी oscillating द्वारा मक्खी "खींचें" पंख में. यह शक्तिशाली धारी निर्धारण [4] मक्खियों में मनाया व्यवहार का लाभ लेता है.
4. अब जब कि मक्खी पंख की ओर उन्मुख है, oscillating धारी को हटाने और निम्न नमूना दृश्य स्थितियों मौजूद: i) पानी (छवि 1 ए) वाष्प के साथ उच्च विपरीत नयनाभिराम धारियों; ii) जल वाष्प (छवि 1B) के साथ एक समान पृष्ठभूमि; iii) उच्च विपरीत गंध वाष्प (छवि 1C) के साथ नयनाभिराम धारियों; iv) गंध वाष्प (छवि 1D) के साथ वर्दी पृष्ठभूमि. 2.3 में के रूप में वीडियो मोल. Ii) पाँच दूसरा पंख धारी दोलन; iii) बीस दूसरी शर्त जोड़ी # 1; iv) पाँच दूसरा पंख धारी दोलन, v) बीस दूसरी शर्त जोड़ी # 2 i) बीस दूसरा प्रारंभिक निदान स्पिन: एक उदाहरण प्रयोग बह क्रम हो सकता है .

प्रतिनिधि परिणाम:

चित्रा 1

भाग 1 बताते हैं कि कैसे OMT वीडियो छवियों का अनुकूलन करने के लिए. वीडियो छवि एक गहरे काले रंग की पृष्ठभूमि पर प्रबुद्ध मक्खी की एक स्पष्ट दृष्टिकोण होना चाहिए. पीढ़ी उज्ज्वल छवियाँ पृष्ठभूमि हस्तक्षेप को कम करने, IR एल ई डी की तीव्रता को कम करने, या बंद कमरे की रोशनी मोड़ द्वारा द्वारा सुधार किया जा सकता है. यदि मक्खी अनुचित तरीके से प्रबुद्ध है, IR एल ई डी या IR एल ई डी के modulating तीव्रता का ध्यान केंद्रित का समायोजन समस्या को ठीक 2 & 3 पार्ट्स हो सकता है सरल प्रयोगों का वर्णन करने के लिए एक OMT के समुचित संचालन सत्यापित आचरण. सभी मामलों में, एक मक्खी नेत्रहीन हो "मजबूर" चाहिए (optomotor प्रतिक्रियाओं) के माध्यम से क्षेत्र में कई क्रांतियों का बारी बारी से करने के लिए गति की एक चिकनी और पूरी श्रृंखला को सुनिश्चित करने. भाग 2 में एक मक्खी के अपने दम पर एक गंध पंख मिल चुनौती दी है . प्रयोग में लगे हुए उड़ रखने के लिए, अवशिष्ट गंध रिलीज के प्रभाव को कम करने के लिए, और प्रयोग भर में एक शीर्ष एकल बनाए रखने से मक्खियों रखने के लिए, यह उपयोगी है नेत्रहीन परीक्षणों के बीच एक कुछ सेकंड के लिए उड़ान भरने को घुमाएगी. एक मक्खी एक महत्वपूर्ण डिग्री करने के लिए एक पानी वाष्प पंख नहीं स्थानीयकरण, और हमेशा अमीर नयनाभिराम दृश्य cues की उपस्थिति में एक गंध पंख स्थानीयकरण चाहिए. भाग 3 में एक मक्खी नेत्रहीन एक गंध पंख में सीधे घसीटा और स्थिर दृश्य पृष्ठभूमि की एक किस्म के खिलाफ अपने पंख के भीतर बढ़ बनाए रखने की चुनौती दी. यदि मक्खी एक पानी वाष्प पंख में घसीटा है, इसे जल्दी से दूर बारी चाहिए. यदि मक्खी एक गंध पंख में घसीटा है और वहाँ पर्याप्त दृश्य cues मजबूत ट्रैकिंग मध्यस्थता कर रहे हैं, मक्खी पंख में रहेगा.

Discussion

इस प्रणाली के लिए छवि अधिग्रहण एक सस्ती FireWire बोर्ड कैमरा और Matlab में लिखा सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल. साफ छवियों सटीक डेटा निशान प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण हैं. ऊपर वर्णित रणनीति इस प्रणाली में छवियों की सफाई के लिए उपयोगी होते हैं. इस प्रणाली के लिए अन्य वीडियो ट्रैकिंग ^की प्रक्रिया 1 में वर्णित किया गया है. इसके अलावा, इस प्रणाली को आसानी से करने के लिए वास्तविक समय वीडियो ट्रैकिंग शामिल करने के लिए संशोधित किया जा सकता है. उदाहरण के प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल यहाँ वर्णित करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के लिए एक OMT के समुचित संचालन सुनिश्चित होना चाहिए. यह संभव है अलग दृश्य प्रदर्शित करता है के साथ प्रयोग और भी विभिन्न odors को.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Firewire camera	1394store.com	Fire-I board camera BW	4.3mm lens no IR coating
IR LEDs	Small Parts, Inc.
Black spray paint	Rustoleum		Flat black
Black flock paper	Edmund Scientific
Panel system	Caltech		3
Matlab 2006a	Mathworks		Image acquisition toolbox