Summary
Nous décrivons ici comment optimiser l'image vidéo acquise pour une olfactives magnétique attache (OMT) des appareils. Nous décrivons également deux protocoles échantillon expérimental pour l'étude de visio-olfactive de fusion.
Abstract
Les insectes volants utilisent des repères visuels pour stabiliser leur tête dans un flux de vent. Beaucoup d'animaux suivre également les odeurs transportées par le vent. En tant que tel, la stabilisation visuelle de vent suivi directement dans le suivi des aides d'odeur. Mais ne signaux olfactifs influencer directement le comportement de suivi visuel indépendamment de signaux vent? En outre, les progrès récents dans la génétique moléculaire et olfactives neurophysiologie ont motivé de nouvelles analyses comportementales quantitatives pour évaluer l'influence du comportement (par exemple) génétiquement inactivation spécifique d'activation des circuits olfactifs. Nous avons modifié un système d'ancrage magnétiques initialement conçu pour des expériences de la vision en équipant l'arène avec panache laminaire étroites odeur de flux. Ici nous nous concentrons sur des expériences qui peuvent être effectués après une mouche est attaché et est capable de naviguer dans l'arène magnétique. Nous montrons comment acquérir des images vidéo optimisé pour la mesure de l'angle du corps, comment juger de suivi odeurs stable, et nous montrent deux expériences pour étudier l'influence des repères visuels sur le suivi des odeurs.
Protocol
L'OMT est une adaptation d'un système d'ancrage magnétique 1 conçu pour incorporer un panache de 2 virtuels simulateur. Les protocoles suivants expliquent comment optimiser les images vidéo acquise (Partie 1) et exécuter deux types de base visuo-olfactive expériences (Partie 2 & 3).
Partie 1: Acquisition Vidéo
Optimisation de l'image vidéo est cruciale pour la qualité des données acquises. Suivez ces étapes pour des images plus nettes.
- Placez une mouche fraîchement attaché dans l'arène en utilisant une paire de pinces.
- Position de la caméra embarquée firewire (Fire-i 1394store.com) sous la chambre à vide en acrylique transparent de sorte que la vue de la caméra est directement vers le haut dans la chambre, à travers un tube de verre, à la face ventrale de la mouche attachés. Soyez sûr qu'il n'ya pas de revêtement filtre IR sur l'objectif du système vidéo.
- Pour éclairer la volée, utiliser un réseau circulaire de LED infrarouges (petites pièces Inc) placé juste sous les panneaux LED. Accent sur le corps de chaque LED de la mouche individuellement pour un éclairage uniforme.
- Pour réduire l'éblouissement causé par le système de panneaux et de minimiser les repères visuels observés par la mouche, il est utile d'enduire toutes les surfaces réfléchissantes dans la vue caméra avec la peinture noire à plat. Lumières de la pièce doivent être éteints afin de réduire les reflets et la luminosité des modulations détectable par l'œil de la mouche.
- Inspectez l'image de la caméra. La mouche doit être blanche et brillante sur un fond noir. Si l'image est floue de la lentille peut être nécessaire de se concentrer. Si la mouche est sombre, le tableau de LED peut être floue ou insuffisamment alimentés par un éclairage adéquat. Si le fond contient des objets lumineux, monter un disque de papier noir troupeau juste au-dessus de la volée afin de minimiser la réflectance de fond.
- Nous acquérons la vidéo avec sous-routines personnalisées écrites en Matlab utilisant la boîte à outils Image Acquisition.
Partie 2: La mouche de trouver le panache d'odeur
Une simple expérience dans l'OMT est l'observation d'un affamé (faim) volent localiser et ensuite activement le suivi du panache d'odeur des aliments attrayants. Manipuler les environs visuelle influence la capacité de la mouche de manière robuste suivre une odeur de nourriture appétitive. Notez que les expériences sont généralement exécutées dans un format de bloc aléatoire afin de minimiser tout biais dans l'ordre expérimental. Tout le matériel externe (multiplexeurs à gaz, à l'aréna de LED, de l'acquisition vidéo) sont contrôlés par des routines logicielles personnalisées écrites dans Matlab (Mathworks).
- Placez une mouche fraîchement attaché dans l'arène en utilisant une paire de pinces.
- Avant chaque expérience, en utilisant l'affichage visuel, faire tourner la volée pour plusieurs tours 3 pour assurer un mouvement fluide autour de l'axe de lacet 360 ensemble. Si la mouche ne tourne pas en douceur le jeter. Si le problème persiste, la cause probable est aimants mal alignées. Remarque: Si la distribution de l'aréna pour la rubrique plusieurs trajectoires au cours du procès de spin montre des pics significatifs (c'est à dire n'est pas plat sur 360 degrés), il ya probablement un biais en raison de l'orientation des aimants mal alignées.
- Présent à la volée avec les conditions de l'échantillon expérimental suivant dans un ordre aléatoire: i) à contraste élevé motif rayé de vapeur d'eau émanant du port d'odeur; ii) à contraste élevé motif rayé à odeur attrayante vapeur; iii) une seule rayure décalage vertical à 90 degrés de la buse vapeur d'eau, et iv) une seule bande de 90 degrés compensé avec de la vapeur d'odeur. Dans notre expérience, des intervalles de 30 secondes fonctionnent bien pour des expériences où les mouches sont mis au défi de localiser la source de l'odeur de leur propre chef. Nous acquérons la vidéo à 30 Hz pour la durée de chaque condition expérimentale et d'analyser les images hors ligne en utilisant des routines logicielles personnalisées écrites dans Matlab (l'un des plus utiles fonctions intégrées Matlab est regionprops.m qui analyse les propriétés géométriques d'une ellipse.
- Lors de l'utilisation des concentrations d'odeur forte, odeur résiduelle peut être libérée à partir du port d'odeur après que l'odeur est éteint. Pour minimiser les effets que cela peut avoir, il est utile de tourner à la volée pendant quelques secondes avec un panorama en rotation pour permettre au système pour débusquer toute odeur résiduelle.
- Il est également bénéfique pour tourner le visuel voler entre les traitements expérimentaux pour (i) tenir les mouches activement engagés dans l'expérimentation et à (ii) empêcher les mouches de rester en un seul endroit. Un exemple d'expérience peut avoir l'ordre suivant: i) vingt secondes centrifugation initiale de diagnostic; ii) cinq seconde vrille intermédiaires; iii) vingt paires deuxième condition n ° 1; iv) cinq seconde vrille intermédiaires; v) vingt paires deuxième condition n ° 2.
Partie 3: La mouche en restant dans le panache d'odeur
Une deuxième expérience de base dans les OMT est visuellement glisser une mouche dans un panache d'odeur, instantanément changer les conditions visuelles, puis de mesurer sa capacité à rester dans le panache. Là encore, notez que toutes les expériences sont faites dans un bloc aléatoire format pour minimiser les biais dans le but expérimental.
- Placez une mouche fraîchement attaché dans l'arène en utilisant une paire de pinces.
- Visuellement rotation (spin) des temps volent plusieurs autour de l'arène avant chaque expérience comme un test de diagnostic pour s'assurer que l'animal a la capacité de s'orienter dans toutes les directions (voir partie 2.2).
- Avant chaque condition, tournez sur l'odeur d'expérimentation (de l'eau ou du vinaigre) et visuellement "glisser" à la volée dans le panache en oscillant une petite bande verticale à la position du panache. Cette méthode tire parti du comportement de fixation à bande puissantes observées chez la mouche [4].
- Maintenant que la mouche est orientée vers le panache, retirez la bande oscillante et présentent les conditions de l'échantillon visuels suivants: i) bandes de contraste élevé panoramique avec la vapeur d'eau (figure 1A), ii) de fond uniforme avec la vapeur d'eau (Fig. 1B); iii) des bandes de contraste élevé panoramique avec une odeur de vapeur (Fig. 1C); fond uniforme iv) avec une odeur de vapeur (Fig. 1D). Acquérir la vidéo comme en 2.3. Un exemple d'expérience peut avoir l'ordre qui coule: i) vingt secondes centrifugation initiale de diagnostic; ii) cinq seconde oscillation piste panache; iii) vingt paires deuxième condition n ° 1; iv) cinq seconde oscillation piste panache; v) vingt paires deuxième condition n ° 2 .
Les résultats représentatifs:
Figure 1
La partie 1 explique comment optimiser les images vidéo OMT. L'image vidéo doit avoir une vision claire de la mouche allumé sur un fond noir foncé. Excessivement images lumineuses peut être améliorée en réduisant les interférences de fond, en réduisant l'intensité de la LED IR, ou en éteignant l'éclairage de la pièce. Si la mouche est mal éclairés, en ajustant la mise au point des LED IR ou de moduler l'intensité de la LED IR peut résoudre le problème. Parties 2 et 3 décrivent des expériences simples à effectuer pour vérifier le bon fonctionnement d'un OMT. Dans tous les cas, une mouche doit être visuellement «forcée» (via les réponses optomoteur) pour faire tourner plusieurs révolutions dans l'arène afin d'assurer une gamme complète de douceur et de mouvement. Dans la partie 2 d'une mouche est au défi de trouver un panache d'odeur sur ses propres. Pour garder la volée engagés dans l'expérimentation, afin de réduire l'effet de la libération d'odeur résiduelle, et pour empêcher les mouches de maintenir une seule rubrique tout au long de l'expérience, il est utile de faire pivoter l'avion visuellement pendant quelques secondes entre les essais. Une mouche ne doit jamais localiser un panache de vapeur d'eau à un degré significatif, et doit toujours de localiser un panache odeur en la présence de riches panoramiques des indices visuels. Dans la partie 3 est visuellement une mouche traîné directement dans un panache d'odeurs et mis au défi de maintenir sa position à l'intérieur du panache contre une variété de milieux stationnaires visuelle. Si la mouche est traîné dans un panache de vapeur d'eau, il devrait rapidement se détournent. Si la mouche est traîné dans un panache d'odeur et il ya suffisamment d'indices visuels de médiation suivi robuste, la mouche restera dans le panache.
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Discussion
L'acquisition d'image pour ce système utilise une caméra FireWire coûteux bord et un logiciel écrit en Matlab. Des images claires sont indispensables pour obtenir des informations précises traces de données. Les stratégies décrites ci-dessus sont utiles pour le nettoyage des images dans ce système. Autres procédures de suivi vidéo pour ce système ont été décrits 1. Par ailleurs, ce système pourrait facilement être modifié pour inclure le suivi vidéo en temps réel. Les protocoles expérimentaux décrits ici par exemple destiné à être un point de départ pour assurer le bon fonctionnement d'une OMT. Il est possible d'expérimenter avec différents affichages visuels et même des odeurs différentes.
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Acknowledgments
Financé par une subvention de la National Science Foundation à MF
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 |
References
- Bender, J. A., Dickinson, M. Visual stimulation of saccades in magnetically tethered Drosophila. J Exp Biol. 209, 3170-3182 (2006).
- Duistermars, B. J., Frye, M. A. Crossmodal visual input for odor tracking during fly flight. Curr Biol. 18, 270-275 (2008).
- Reiser, M. B., Dickinson, M. A modular display system for insect behavioral neuroscience. J Neurosci Methods. 167, 127-139 (2008).
- Götz, K. G. Course-control, metabolism and wing interference during ultralong tethered flight in Drosophila melanogaster. J. Exp. Biol. 128, 35-46 (1987).
