Summary

מעקב סי אלגנס ומדידת התנהגות

Published: November 17, 2012
doi:

Summary

פתחנו מערכת מיקרוסקופ מעקב וידאו שיעור שיכול להקליט ולכמת<em> ג elegans</em> התנהגות ברזולוציה גבוהה ומהירויות גבוהות. יש לנו גם פתחו שיטות חישוביות לצמצום הממדי של תמונות תולעת למערכת יסודית של מדידות המתארות את הצורה של התולעת לחלוטין.

Abstract

פתחנו מכשור, עיבוד תמונה, וטכניקות ניתוח נתונים לכמת את התנהגות locomotory של ג elegans כפי שהוא זוחל על פני השטח של צלחת אגרה. לצורך המחקר של בסיס הגנטי, הביוכימי והעצבי של התנהגות, ג elegans הוא אורגניזם אידיאלי כי זה גנטי צייתן, נוח למיקרוסקופיה, ומציג מספר ההתנהגויות מורכבות, כולל מוניות, למידה ו1,2 אינטראקציה חברתיות. ניתוח התנהגותי המבוסס על המעקב אחר התנועות של תולעים כפי שהם זוחלים על צלחות אגרו היה שימושי במיוחד בחקר התנהגות חושית 3, נידות 4, וphenotyping מוטציוני כללי 5. המערכת שלנו פועלת על ידי העברת מערכת המצלמה ותאורה כתולעים זוחלים על צלחת אגר נייחת, מה שמבטיח שאף גירוי מכאני מועבר לתולעת. מערכת המעקב שלנו היא קלה לשימוש וכוללת תכונת כיול אוטומטית למחצה. צ'הllenge של כל מערכות מעקב וידאו הוא שהוא מייצר כמות עצומה של נתונים שבמהותו גבוהה ממדי. עיבוד התמונה שלנו ותוכניות ניתוח נתונים להתמודד עם אתגר זה על ידי הפחתת צורת תולעים לקבוצה של רכיבים עצמאיים, שמשחזרים באופן מקיף את התנהגות התולעים כפונקציה של מידות 3-4 רק 6,7. כדוגמה לתהליך שאנו מראים כי התולעת נכנסה ויוצאת מצב היפוכה באופן ספציפי שלב.

Protocol

1. תיאור של מיקרוסקופ מעקב צלחת אגרה היא מואר על ידי מקור אור סיבים וצלמה עם מצלמה. מערכת זו היא רכובה על X, Y שלב תרגום. השלב מועבר על ידי stepper מנועים סטנדרטיים, אשר מחוברים לבקר מנוע צעד. <li sty…

Representative Results

דוגמה: כשהם מחפשים מזון, ג מעברי elegans מקדימה כדי להפוך תנועה, לעתים קרובות ביצוע ארגון מחדש (תור אומגה) לפני ההחזרה למצב התנועה קדימה. כימות המעבר הזה הוא חשוב בהבנת דפוסי האיסוף של תנועה וגם בשליטה המוטורית של התולעת. הכח לחשוף פרטים עדינים של התנהגות תנועה נ…

Discussion

המחקר של תנועה והתנהגות טבעית דורש טכניקות מעקב בלתי פולשניות בשותף עם טכניקות הפחתת נתונים. כאן יש לנו הפגנו קל לשימוש מערכת מעקב שמתעדת תמונות מפורטות של ג elegans התנהגות כפי שהוא זוחל על פני השטח של צלחת אגרה. כמות המידע שנמצאה בתמונות האלה היא עצומה וגבוה ממדים…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

Name of the part Company Catalogue number Comments (optional)
CCD camera Basler A601f
Lens Edmund Optics MMS series
Fiber Illumination Dolan Jenner DC-950H
Translation stage Deltron LS3-4
Stepper Motor US digital MS23C
Stepper motor drive Gecko G201
Stepper motor control SimpleStep SSXYZ
All programming code is available. Please send a request email to the corresponding author.

References

  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., 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., 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).

Play Video

Cite This Article
Likitlersuang, J., Stephens, G., Palanski, K., Ryu, W. S. C. elegans Tracking and Behavioral Measurement. J. Vis. Exp. (69), e4094, doi:10.3791/4094 (2012).

View Video