Buradaki protokol, psödopupil fenomenini ve fotoreseptör hücrelerinin göz bebeği mekanizmasını kullanarak, otomatik bir cihazla haritalandırılan housefly gözlerinin görsel eksenlerinin mekansal organizasyonunun ölçümünü açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Buradaki protokol, psödopupil fenomenini ve fotoreseptör hücrelerinin göz bebeği mekanizmasını kullanarak, otomatik bir cihazla haritalandırılan housefly gözlerinin görsel eksenlerinin mekansal organizasyonunun ölçümünü açıklamaktadır.
Bu makalede, ommatidia adı verilen binlerce görsel birimden oluşan böcek bileşik gözlerinin görsel eksenlerinin mekansal organizasyonunun otomatik ölçümü açıklanmaktadır. Her ommatidiyum, optik bilgiyi küçük bir katı açıdan, görsel bir eksen etrafında ortalanmış yaklaşık Gaussian-dağıtılmış hassasiyetle (1° mertebesinde yarım genişlikte) örneklemektedir. Birlikte, ommatidia görsel bilgiyi neredeyse panoramik bir görüş alanından toplar. Görsel eksenlerin uzamsal dağılımı böylece gözün uzamsal çözünürlüğünü belirler. Bileşik bir gözün optik organizasyonu ve görme keskinliği hakkında bilgi, görsel bilginin nöral işlenmesinin nicel çalışmaları için çok önemlidir. Burada, bir bileşik gözün görme eksenlerini, içsel, in vivo optik bir fenomen, psödopupilla ve fotoreseptör hücrelerinin göz bebeği mekanizmasını kullanarak haritalamak için otomatik bir prosedür sunuyoruz. Böcek gözlerini taramak için optomekanik kurulumu özetliyoruz ve ölçüm prosedüründeki adımları göstermek için bir ev sineği olan Musca domestica'dan elde edilen deneysel sonuçları kullanıyoruz.
Böcek görsel sistemlerinin kompaktlığı ve sahiplerinin çevikliği, oldukça gelişmiş görsel bilgi işlemeyi gösteren, hem bilimsel hem de bilimsel olmayan geçmişlerden gelen insanların ilgisini çekmiştir. Böcek bileşik gözleri, akut ve çok yönlü görme kapasiteleri sağlayan güçlü optik cihazlar olarak kabul edilmiştir 1,2. Örneğin, sinekler hareketli nesnelere hızlı tepkileriyle tanınırlar ve arılar renk görüşüne ve polarizasyon vizyonuna sahip olmalarıyla ünlüdür2.
Eklembacaklıların bileşik gözleri, her biri bir faset lens ile kapatılmış ommatidia olan anatomik olarak benzer çok sayıda birimden oluşur. Diptera'da (sinekler), topluca kornea olarak bilinen faset lenslerin montajı genellikle bir yarımküreye yaklaşır. Her ommatidyum, 1° mertebesinde yarım genişliğe sahip küçük bir katı açıdan gelen ışığı örnekler. İki gözün ommatidiası birlikte yaklaşık olarak tam katı açıyı örneklemektedir, ancak ommatidianın görsel eksenleri eşit olarak dağılmamıştır. Bazı göz bölgeleri, halk arasında fovea olarak adlandırılan yüksek uzamsal keskinliğe sahip bir bölge oluşturan yüksek yoğunluklu görme eksenlerine sahiptir. Gözün kalan kısmı daha sonra daha kaba bir uzamsal çözünürlüğe sahiptir 3,4,5,6,7,8,9.
Bileşik gözlerin optik organizasyonunun nicel bir analizi, görsel bilginin nöral işlenmesinin ayrıntılı çalışmaları için çok önemlidir. Bir böceğin beyninin sinir ağları üzerine yapılan çalışmalar10 genellikle ommatidial eksenlerin mekansal dağılımı hakkında bilgi gerektirir. Ayrıca, bileşik gözler birçok teknik yeniliğe ilham kaynağı olmuştur. Biyo-esinlenmiş yapay gözler üretmek için birçok girişim, gerçek bileşik gözlerin mevcut nicel çalışmaları üzerine inşa edilmiştir11,12,13. Örneğin, yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip yarı iletken tabanlı bir sensör, böcek bileşik gözleri11,14,15,16,17 modeline dayanarak tasarlanmıştır. Bununla birlikte, şimdiye kadar geliştirilen cihazlar, mevcut böcek gözlerinin gerçek özelliklerini uygulamamıştır. Böcek bileşik gözlerinin ve mekansal organizasyonlarının doğru temsilleri, yaygın olarak bulunmayan doğal gözlerden ayrıntılı ve güvenilir veriler gerektirecektir.
Verilerin yetersizliğinin ana nedeni, gözlerin mekansal özelliklerini çizmek için mevcut prosedürlerin aşırı sıkıcılığıdır. Bu, daha otomatik bir göz haritalama prosedürü oluşturma girişimlerini motive etti. Douglass ve Wehling18 , böcek bileşik gözlerinin otomatik analizlerine yönelik ilk girişimde, korneadaki faset boyutlarını haritalamak için bir tarama prosedürü geliştirdi ve birkaç sinek türü için fizibilitesini gösterdi. Burada sadece korneanın fasetlerini taramak için değil, aynı zamanda fasetlerin ait olduğu ommatidianın görsel eksenlerini değerlendirmek için yöntemler geliştirerek yaklaşımlarını genişletiyoruz. İlgili prosedürleri örneklemek için ev sineği gözleri vakasını sunuyoruz.
Böcek gözlerini taramak için deneysel düzenek şudur: kısmen optik, yani kamera ve aydınlatma optiğine sahip bir mikroskop; kısmen mekanik, yani araştırılan böceği döndürmek için bir gonyometre sistemi; ve kısmen hesaplamalı, yani ölçüm ve analizlerin yürütülmesi için araçlar ve programlar için yazılım sürücülerinin kullanılması. Geliştirilen yöntemler, görüntü yakalamaktan, kamera kanallarını seçmekten ve görüntü işleme eşiklerini ayarlamaktan, dışbükey yüzeylerinden yansıyan parlak ışık noktaları aracılığıyla bireysel faset konumlarını tanımaya kadar bir dizi hesaplama prosedürünü kapsar. Fourier dönüştürme yöntemleri, hem bireysel fasetleri tespit etmek hem de faset kalıplarını analiz etmek için görüntü analizinde çok önemliydi.
Makale aşağıdaki gibi yapılandırılmıştır. İlk olarak deney düzeneğini ve psödopupil fenomenini (fotoreseptörlerin canlı gözlerdeki görsel eksenlerini tanımlamak için kullanılan optik işaretleyici) tanıtıyoruz 19,20,21. Daha sonra, tarama prosedüründe ve görüntü analizinde kullanılan algoritmalar özetlenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol, Üniversitenin böcek bakım yönergelerine uygundur.
1. Bir ev sineğinin hazırlanması, Musca domestica
2. Gonyometrenin dönen azimut ekseninin mikroskop optik ekseni ile hizalanması
3. Sinek gözünün motorlu aşamalarla hizalanması
4. Otomatik odaklama ve otomatik merkezleme
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Hayvanlar ve optik stimülasyon
Deneyler, Groningen Üniversitesi Evrimsel Genetik Bölümü tarafından sürdürülen bir kültürden elde edilen ev sinekleri (Musca domestica) üzerinde gerçekleştirilir. Ölçümlerden önce, bir sinek, iyi oturan bir tüpe düşük erime noktalı bir balmumu ile yapıştırılarak hareketsiz hale getirilir. Sinek daha sonra motorlu bir gonyometrenin sahnesine monte edilir. İki döner aşamanın merkezi, mikroskobik bir kurulumun odak noktası ile çakışır24. Epi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Ev sineği gözlerinin görsel eksenlerinin uzamsal dağılımı, bileşik gözlerin psödopupil fenomeni ve ışığa bağımlı göz bebeği mekanizmasının neden olduğu yansıma değişiklikleri kullanılarak grafiklendirilebilir. Bu nedenle, araştırılan bir sinek, hepsi bilgisayar kontrolü altında olan bir dijital kamera ile donatılmış bir mikroskop kurulumuyla yerel faset deseninin incelenmesine izin veren gonyometrik bir sisteme monte edilir. Görüntü analizi göz haritaları verir. Karşılaşılan önemli bir zorluk, ölçümlerin başında gözün di...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların bildirecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi / Avrupa Havacılık ve Uzay Araştırma ve Geliştirme Ofisi AFOSR / EOARD (hibe FA9550-15-1-0068, D.G.S.'ye) tarafından finansal olarak desteklenmiştir. Birçok yararlı tartışma için Dr. Primož Pirih'e ve yardımları için Kehan Satu, Hein Leertourer ve Oscar Rincón Cardeño'ya teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Dijital Kamera | PointGrey | BFLY-U3-23S6C-C | Güçlendirilmiş görüntülerin elde edilmesi ve PC ile dijital iletişim |
| Yüksek güçlü yıldız LED | Velleman | LH3WW | Bileşik gözü gözlemlemek ve görüntülemek için ışık kaynağı |
| İncelenen sinek için tutucu | Groningen | Üniversite atölyesi tarafından farklı tasarımlar üretildi | |
| Lineer motor | ELERO | ELERO Junior 1, versiyon C | Üst mikroskobu yukarı ve aşağı hareket ettirir. (Yük 300N, Strok hızı 15 mm/sn, nominal akım 1.2A) |
| Düşük sıcaklıkta eriyen balmumu çeşitli | Düşük sıcaklıkta erime noktası balmumu, sineği hareketsiz hale getirmeye ve tutucuya sabitlemeye yarar | ||
| Mikroskop | Zeiss | Herhangi bir alternatif mikroskop markası yapacaktır; tercih edilen amaç 5x | |
| Motor ve LED Kontrol Cihazıdır | Groningen Üniversitesi | Z-o1 | Groningen Üniversitesi tarafından tasarlanmış ve üretilmiştir ve Arduino ve Adafruit teknolojilerine dayanmaktadır. |
| Motorlu Sahne | Standı (Vilnius, Litvanya) | 8MT175-50XYZ-8MR191-28 | 5 serbestlik derecesine sahip olacak şekilde modifiye edilmiş 6 eksenli motorlu bir kademe. |
| Optik bileşenler | LINUS | Bir epi-aydınlatma sistemi oluşturan çeşitli diyagramlar ve mercekler (bakınız Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002) | |
| MATLAB | çalıştıran PC Groningen | PC, PointGrey kameranın görüntülerini işleyebilir, LED yoğunluğunu kontrol edebilir ve sistemin motor kontrol silindirlerine kontrol bileşenleri gönderebilir | |
| Güç Kaynağı (36V, 3.34A) | Standa (Vilnius, Litvanya) | PUP120-17 | STANDA motor kontrolörleri için özel güç kaynağı |
| Havya | çeşitli | Balmumu eritmek için kullanılır | |
| Step ve DC Motor Kontrol Cihazı | Standa (Vilnius, Litvanya) | 8SMC4-USB-B9-B9 | ile iletişim kurabilen STANDA motorlu sahne için özel kontrolörler |
| FINNTIP-61, 200-1000μ L | FINNPIPETLER IÇIN PIPET UÇLARI, 400/KUTU. Sinek | ||
| Oyma Kalemi Şekillendirme / İplik Yakma Aracı | Max Wax'ı | kullanılır Oyma kaleminin ucu, balmumu sinek | |
| MATLAB | Mathworks, Natick, MA, ABD | ana programının başına ve ayrıca Görüntü Elde Etme, Görüntü Analizi ve Enstrüman Kontrolü araç kutularına | Algoritmaları uygulamak için kullanılan programlama dili |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.