RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
FIM C gibi küçük hareketli nesneleri izlemek için tasarlanmış bir roman, maliyet etkin bir görüntüleme sistemi elegans, planaria veya Drosophila larvaları. Ekteki FIMTrack programı hızlı ve verimli veri analizi sunmak için tasarlanmıştır. Birlikte, bu araçlar davranışsal özelliklerin yüksek verim analizi sağlar.
nöronal ağ fonksiyonu analizi davranışsal özelliklerinin güvenilir bir ölçüm gerektirir. Serbest hareket eden hayvanlar arasında, belirli bir zaman bir dereceye kadar değişken olduğu için, pek çok hayvan istatistiksel olarak anlamlı veriler elde etmek için, analiz edilmesi gerekir. Bu da hareket desenleri bir bilgisayar destekli otomatik ölçümü gerektirir. Neredeyse saydam ve küçük hareketli nesnelerin yüksek kontrastlı görüntüler elde etmek için, FIM denilen sinirli toplam iç yansıma dayalı yeni bir görüntüleme tekniği geliştirilmiştir. Bu ayarda, hayvanlar sadece altta yatan tarama yüzeyi ile temas çok özel konumda kızılötesi ışık ile aydınlatılmış. Bu metodoloji çok yüksek kontrastlı görüntüler elde edilir. Daha sonra, bu yüksek kontrastlı görüntüler kurulan kontur izleme algoritmaları kullanılarak işlenir. Buna göre, kantitatif hareket yeteneği büyük bir çeşitlilik tanımlamak için gerekli olan bir dizi özellik elde etmek için karşılık vermektedir FIMTrack yazılımı geliştirmiştirözellikleri. Bu yazılım paketinin geliştirilmesi sırasında, biz daha fazla modüllerin kolay eklenmesini sağlayan bir açık kaynak mimarlık bizim çabaları yoğunlaşmıştır. Program platform bağımsız çalışır ve veri analizi ile kullanıcıya rehberlik sezgisel bir kullanıcı arayüzü eşlik ediyor. Tüm hareket parametre değerlerinin daha fazla veri analizleri izin csv dosyaları şeklinde verilmiştir. Buna ek olarak, izleme yazılımına entegre bir Sonuçları Görüntüleyici etkileşimli gözden ve uyarıcı entegrasyonu sırasında gerekebilecek gibi, çıkışını ayarlamak için fırsat sağlar. FIM ve FIMTrack gücü Drosophila larvalarının lokomosyon inceleyerek gösterilmiştir.
Çoğu hayvanlar son derece sofistike ve kontrollü bir şekilde hareket yeteneğine sahip. Genetik temeli altta yatan hareket kontrolünden deşifre kantitatif farklı davranış kalıpları değerlendirmek zorunludur. Bu bağlamda, Drosophila ideal bir model olarak hizmet edebilir. Özgürce uçan Drosophila Takip vermeyen 1-4 ama oluşur nispeten düşük hızda iki boyutta Drosophila larva tarama ve böylece kolayca izlenebilir edilir. Uygun aydınlatma ile birlikte kamera tabanlı kurulumları görüntüleri 5 elde etmek için kullanılır. Olay veya iletilen ışık ikisi de davranışsal deneyler 6,7 istihdam edilmektedir. Ancak, larva ve larva hareketlerin tarama yüzeyi sadık kayıt olası ışık yansımaları yarı-saydam vücut için zor olabilir. Bu tür sorunların üstesinden gelmek için bazı karmaşık yöntemler geliştirilmiştir. Son zamanlarda, karanlık alan aydınlatma ön / arka cont geliştirmek tanıtıldırast 8. Kamera tabanlı kayıt, lens daha az optik görüntüleme ve alternatif olarak görüntü sensörü-az on-chip satın alma teknikleri 9-11 tanıtıldı.
Çeşitli izleme programları piyasada mevcut yazılım 12 ve özel çözümler de dahil olmak üzere, son zamanlarda getirilmiştir. Yüksek verimli izleme programları için örnekler Çok Worm Tracker (MWT) olan 13 ve Multianimal Yürüme Ve Parça (MAGAT) 8. Çarpışan hayvanlar çok sayıda yeni hayvan kimlikleri yol böylece ikisi de ortak, birden fazla hayvan, tek bir açık alan arenada izlenebilir var. Bu sınırlamayı aşmak için, bir çok iyi Kur bireysel kuyuların 14 içine 12 hayvan ayıran tanıtıldı. Tek tek bireylerin lokomosyon kesin miktar mikroskop 15 ile birlikte hareketli bir izleme aşaması kullanılarak elde edilebilir. Ancak, tüm bu yaklaşımlar, ya maliyet verimsiz, eksikliği yeterli yenidençözüm veya yüksek verimli fenotipleme için alıcı çok zaman.
Sinirli Toplam İç Yansıma (FTIR) 16 (Şekil 1) dayalı, yukarıda belirtilen sınırlamaları aşmak için, biz geliştirdik FIM (FTIR-tabanlı Görüntüleme Yöntemi). Bu yeni görüntüleme yaklaşımı benzeri görülmemiş bir yüksek kontrast sağlar ve hatta hayvanların 16 emekleme çok renkli kaydedilmesini sağlar. Bu kullanışlı ve etkili bir yöntem yatan prensibi kolaydır. Akrilik cam plaka ışığı ile sular altında (örneğin, 875 kızılötesi nm). Nedeniyle akrilik cam ve hava farklı kırılma endekslerine göre, ışık tamamen cam / hava sınırında yansıtılır. Akrilik cam Isıtma yok 16 olduğunu kaydetti. Daha yüksek bir kırılma indeksine sahip nesneler aydınlık bir tablo dokunmayın Sadece eğer, bu nesneleri girebilirsiniz ışık olabilir. Hayvanlar yüzeye dokunursanız, ışık yansır ve (Şekil 1) aşağıdan yakalanabilir. Sonuç olarak, sadece kontakHayvanların alan genel bir siyah arka plan ile ayrıntılı görüntüleme sağlayan bir parlak nokta olarak görünür. Böylece, FIM-görüntüleme, bilgisayar görme algoritmaları için mükemmel filmler kaydetmenize olanak verir. FIM basit ve sağlam kullanımı artık erişemeyeceği içine karmaşık hayvan davranışları ayrıntılı yüksek kapasiteli analizini getiriyor ve işleme bilgisini çalışmak için kullanılabilir: örneğin, koku alma duyusunu 8, 16; vizyon 17 veya thermosensation 18.

Isı-uyaran entegrasyonu ve altta yatan fiziksel ilkeler 1. FIM kurulum Şekil. (A) FIM kurulum. Aydınlatma yoğunluğu ön panelde kontrol edilebilir. (B), bir ısı uyaran sunmak için, siyah, alüminyum levha boyalı her iki yanında sıcak ve soğuk su ile perfüze agar yüzeyi üzerinde 2 mm yerleştirildiğikendisi 2 mm kalınlığındadır. gradyan sıcaklık farkları ile radyatör plaka ve agar üzerine kurulmuştur (C) sinirli toplam iç yansıma fiziksel prensibi:. Bir akrilik cam plaka kızılötesi ışık ile aydınlatılıyor. θ 1, θ 2, θ ve 3 ışık yansıması açıları göstermektedir. n, A, 1, n = 2 ve n = 3 n, sırasıyla hava, akrilik cam, agar ve larva kırılma indislerine gösterir ve eşitsizliği n A <n, 1 <n, 2 <n, 3 yerine getirmektedir. Nedeniyle kırılma için, yansıma açısı geçişi sırasında değişir. Açı kritik açı altında ise, ışık artık yansıtılmamıştır katmanları geçebilir ve aşağıdan yakalanabilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
spFIM ile analiz edilebilir işlemlerin ectrum geniştir. Başka ayarlamalar olmadan FIM görüntüleme Drosophila (Şekil 5B) tüm larva evreleri izlemek için kullanılabilir veya Drosophila 19 yetişkin taban izlerine takip etmek için kullanılabilir. C. Aynı şekilde, yörüngeleri elegans veya planarian flatworms hareketi kolayca (Şekil 5C) kaydedilebilir. Mantar hif veya kök saç büyüme bile analizi mümkün 19 belirir. Mevcut FIM kurulumunda, 4 x 16 kızılötesi ışık yayan diyotlar (LED'ler IR) (Şekil 1) izleme tablosu olarak adlandırılan, 32 x 32 cm 2 akrilik cam plaka içine entegre edilmiştir. IR LED yoğunluğu kolaylıkla darbe genişlik modülasyonu (PWM) ile devresine bağlı bir mikro kontrol cihazı tarafından yapılabilir izleme masanın üzerine yerleştirilmiş, ağırlığına bağlı olarak ayarlanır. FIM aydınlatma şiddetleri geniş bir yelpazede üzerinde çok yüksek kontrastlı görüntüler verir. Önemlisi, bu genzaten düşük toplam kızılötesi irridation mükemmel sonuçlar, kalkış sırasında.
Kızılötesi filtre ile bir kamera kurulum içine ek uyaranların entegrasyonunu sağlayan izleme masası, aşağıda yer almaktadır. Isı uyarıcı kolayca radyatör plakası ile uygulanabilir ve hafif uyaran bir LCD projektör tarafından uygulanır. Ayrıca odorants basit kapak 8 ile geçişlerini bulunan edilebilir. Isı gradyanı deneyleri için, radyatör plaka, sırasıyla her iki tarafında, sıcak ve soğuk su ile perfüze edildi ve larvaları (Şekil 1B) 2 mm yukarısında, yerleştirilir.
yüksek kontrast, yüksek kaliteli filmleri nesil gelişmiş bilgisayar tabanlı görüntü analizi için olasılığını açar, böylece biz görüntülerden özellikleri büyük bir set ayıklamak için (Şekil 2) FIMTrack yazılımını uyguladı. İlk altı temel özellikleri hayvanın (Şekil 3A) ve konturdan tanımlanmıştır. Bu özellikler temel sağlarBelirli bir zaman noktasında (Şekil 3B) de hayvanlar şekil ve bazı uyaranlar onun konumunu tanımlayan altı ikincil özellikleri daha hesaplanması için. Şu anda, dokuz üçüncül özellikleri zamansal yönlerini entegre ve dolayısıyla birincil ve ikincil özellikleri (Şekil 3C) ile birlikte hayvan lokomosyon karakterize olduğu hesaplanmaktadır.

Şekil 2. FIMTrack genel bakış, algoritmik iş akışı ve larva gösterimi. (A) Nasıl FIMTrack kullanmak için. görüntüleri yüklenir. Gri değer eşik ve tek larvaları tanımlayan larva boyut eşikleri ayarlanması gerekir. larva alan [min-boyutu, maksimum boyut] olmalıdır. Takip Vurgulanan düğme ile başlatılır. (B) İzleme iş akışı. Start düğmesine tıkladıktan sonra, arka plan görüntüsü cayeniden hesaplanır (zaman içinde en az yoğunlukları). Sürece sol kare olduğu gibi, larva gri eşik ve min- ve maksimum boyutu eşiğine göre segmentlere ayrılmıştır. Larva temsiller hesaplanır tüm segmentlerinin için ((C) karşılaştırmak). Her yeni model geçerli parça mevcut ise, belirli bir yörünge için ilişkilidir. Son kare ulaşılırsa, sonuçlandırılması sonrası işleme çıkış kuşak tarafından takip yapilir. (C) Larva temsil. Hayvan bir baş ve kuyruk noktası (h t) oluşur. Bu noktalar arasında omurga noktaları s keyfi bir tek sayı i r yarıçaplı i ayarlanabilir. Ayrıca, kütle m ve açı γ bükme ana gövdenin merkez hesaplanır. Birkaç hareket ile ilgili parametreler mor çizgilerle çizilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
NOT: Burada, FIM kullanımı serbest hareketli koşullarında ve ısı uyaran etkisi altında tarama için larva lokomosyon kullanışlı yüksek verimlilik analizi için sunulmuştur. Böyle koku uyaranlara bağımlı hareket veya talep üzerine temin edilir protokol, ince değişiklikler gerekebilir haddeleme veya diğer davranışların yüksek çözünürlüklü görüntüleme analizi gibi diğer uygulamalar.
Deney 1. Set-up
2. Crawling Yüzey Hazırlama (Saydam Agar)
Not: FIM ayarda bir agar yüzeyinin nemli bir tarama yüzey temin etmek üzere ilave edilir. Buna ek olarak, aynı zamanda aydınlatma özelliklerini iyileştirir.
3. İsteğe bağlı: kursak bir Caydırıcı Agar Bariyer eklemeling Yüzey (Tuz Agar)
4. Fly Taşıma
5. Kayıtlar için FIM Görüntüleme Kur (Non Teşvik Şartları) ayarlanması
6. İsteğe bağlı: Kayıtlar için FIM Görüntüleme Kur (Kademeli Sıcaklık Uyarıcı Koşullar) ayarlanması
NOT: Isı degrade cihazı üst sitede bir mat siyah boya ve yalıtım malzemesi ile 42 x 42 x 0.2 cm 3 alüminyum plaka. Plaka iki ucunda kalorifer / soğutucular ve pompalara bağlı iki farklı devreler su ile perfüze (Şekil 1B bakınız). sıcaklıklar -5 den +50 ° C ayarlanabilir.
7. FIM Görüntüleme (Non Uyarıcı Koşullar)
8. İsteğe bağlı: FIM Görüntüleme (Kademeli Sıcaklık Uyarıcı Koşullar)
Larvaların Locomotion 9. İzleme
NOT: Daha fazla detay FIMTrack (ek) için ekli kılavuzuna bakın. Bir program akış şeması için Şekil 2'ye bakınız.
Verilerin Değerlendirilmesi 10.
Farklı çözünürlük özelliklerine sahip birkaç farklı kamera görüntüleme için (Şekil 4) test edilmiştir. Uygun bir IR filtresi ile donatılmış tüm kameralar. Bu testte en düşük fiyatlı kamera düşük çözünürlükte göre, görüş alanı 10 cm x 10 cm ile sınırlıdır. En iyi sonuçlar, bir 4 megapiksel (MP), kamera kullanılarak elde edildi. Bu üçüncü evre larva uzunluk başına 100 piksel çözünürlüğe yol açar ve kolayca iç yapıları tanımak için izin verdi. Buna ek olarak, hayvan peristalsis kolayca (Şekil 4A) elde edilebilir. Ancak, hala da FIMTrack tarafından analiz edilebilir az pahalı kameralar kullanarak yüksek kontrast filmleri elde edebilirsiniz. 8 bit derinliği ve 1.392 x 1,040 piksel çözünürlüğe sahip 1.4 MP kamera kullanarak yaklaşık yarı fiyatına ve görüş alanında Üçüncü dönem larva uzunluk başına 45 piksel çözünürlüğe izin verir. Baş ama diğer iç yapılar kabul edilebilir (Şekil 4B). İzleme ve peristaltizm tespiti mümkün ama doğruluk (Şekil 4B) azalır.
1.4 MP kamera ile karşılaştırılabilir bir mekansal çözünürlüğe sahip daha ucuz 0.8 MP kamera ile, larva kafa (Şekil 4C) artık sadakatle kabul edilemez. İzleme ve peristaltizmin analizi mümkün ancak artan gürültü dayalı daha fazla titremeleri dahil. Şaşırtıcı, hatta düşük çözünürlüklü USB web kamerası (20 €, Şekil 4D altında, 0.3 MP kamera) larva yörüngeleri hesaplamak için yeterli kalitede filmler sağlar. peristaltizmin alanından hesaplanabilir ancak ölçümler çok gürültülü.
Bizim kurulum biz rutin 4 MP kamera kullanın. Tarama için, bu kamera besbelli yüksek kapasiteli analizi mümkün olduğunu böylece aynı anda hayvanların çok sayıda analiz fırsatı sağlayan 22 cm x 22 cm arena, izleme sağlar. Bu ayarı kullanarak, larva uzunluk iHala kayıt ve peristaltizm analizine olanak 40 piksel tarafından temsil s. Bir ısı derecesinde 15 larva yörüngeleri örnek bir görüntü Şekil 5A'da verilmiştir. Buna ek olarak, bir makro lens kullanımı birçok iç organlar görünür hale gelir ve baş tanıma ayrıca (Şekil 5B) artırıldı çok yüksek çözünürlüklü görüntü larvaları sağlar. Ayrıca, bu geniş bir aralıkta 20 davranışlarının daha detaylı bir analizi için kullanılabilir. Aynı kurulumu kolay görüntü C tarama için de kullanılabilir elegans solucanlar (Şekil 5C).

Şekil farklı kameralar için 4. FIM görüntüleme ve izleme sonuçları. Sol (A): 10 fps ile 4 MP kamera kullanılarak çekilen bir 10 cm x 10 cm izleme sahnede tarama üç larva FIM görüntüleme. Orta:Kırpma ve bir tek larva kütle yörünge merkezi. hayvanın alanı gösterilir. Sağ: larva Alan 100 kare üzerinde çizilen. (A) eşdeğer ancak 0.8 MP kamera kullanılarak çekilen kırmızı ok kısaltıldı görüntünün zaman noktasını gösterir. (A) Eşdeğer ama 1.4 MP kamera kullanılarak çekilen (B). (C). (D) Eşdeğer ( A) ama 0.3 MP kamera kullanılarak çekilen. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5. Isı uyaran ve yüksek çözünürlüklü uygulamalar. (A), ısı uyaran uygulaması (Şekil 1 ile karşılaştırınız). Yörüngeler FI üzerinden hesaplananMTrack. (B) makro lens kullanarak, üçüncü, ikinci ve birinci evre larva Yüksek çözünürlüklü görüntü uygulaması. Üçüncü evre larva uzunluğunda ve 2.5 x 2.5 cm bir görüş alanı 400 pikseller ile temsil edilmektedir. (C) C elegans solucan FIM görüntüleme kullanarak ele geçirdi. Ölçek çubukları gösterilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok
FIM C gibi küçük hareketli nesneleri izlemek için tasarlanmış bir roman, maliyet etkin bir görüntüleme sistemi elegans, planaria veya Drosophila larvaları. Ekteki FIMTrack programı hızlı ve verimli veri analizi sunmak için tasarlanmıştır. Birlikte, bu araçlar davranışsal özelliklerin yüksek verim analizi sağlar.
Biz FIM kurulum yapımında yardım için bu projeyi başlattı S. Thomas J. Hermann ve U. Burgbacher müteşekkiriz. Bu çalışma DFG (SFB 629 B6) tarafından finanse edildi.
| FIM kurulumu | Özel | kurulumların inşası veya satın alınması için detaylar istek üzerine mevcuttur | |
| Akrilik cam plaka | Özel | Agar dökme için ek | |
| Isı radyatör plakası | Özel | Ayarlanabilir montaj ile karşılıklı bölgelere perfüze edilebilir alüminyum levha (mat siyah boya) | |
| Su kaloriferi/soğutma pompaları ve hortumları | Özel | GE healthcare MultiTempIII (No.: 18-1102-78) ve Dr Bruno Lange GmBH (Tipik: LTG013) temel alınmıştır | |
| Standart Kamera (4 MP) | Basler | acA2040-25gm | FIM kurulumu için varsayılan olarak kullanılan |
| kamera Test Kamerası (1.4 MP) | Büyütme | 1394 firewire (01- QIC-F-M-12 MONO) | Karşılaştırma için kullanılan kamera |
| Test Kamerası (0.8 MP) | Point Grey | Dragonfly 2 (DR2-13S2M/C-CS) | Karşılaştırma için kullanılan kamera |
| Test Kamerası (0.3 MP) | Sony | PS Eye USB2.0 kamera | Karşılaştırma için kullanılan kamera |
| Bilgisayar | Özel | en az i5 Intel işlemci veya daha iyisi, 16 GB RAM ve yeterli HDD depolama alanı ile donatılmış [>1TB] | |
| Standard Fly food | Custom | ||
| Standart Fly şişeleri 135 ml | Sarstedt AG& Co, Nü mbrecht, Almanya | 78.895 | |
| Petri kabı 9 cm | Sarstedt AG& Co, Nü mbrecht, Almanya | 821,473 | |
| Ultra saf deiyonize su | Merck Millipore, Darmstadt, Almanya | Synergy | |
| NaCl | Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Almanya | 3957.2 | |
| Gıda sınıfı agar | AppliChem GmbH, Darmstadt, Almanya | A0917,5000 | |
| Boya fırçası (küçük ve büyük) | Milan | Aquarell 310 Boyut 0 ve 2 | |
| Pirometre | Trotec | BP20 |