Drosophila Uçuş sırasında Görme aracılığı Koku Takibi

Uçan böcekler, bir hava akımında yönelimlerini stabilize etmek için görsel ipuçlarını kullanırlar. Bu nedenle, rüzgar üstü takibinin görsel stabilizasyonu, koku takibine doğrudan yardımcı olur. Bir olfaktör manyetik bağlama aparatı (OMT) kullanarak, görsel ipuçlarının rüzgar ipuçlarından bağımsız olarak koku takip davranışını doğrudan etkileyip etkilemediğini inceleyebiliriz.

Prosedür, sineğin net bir görüntüsünü elde etmek için bir kızılötesi LED'in yoğunluğu ayarlanarak sinek aydınlatmasının optimize edilmesiyle başlar. Yetersiz aydınlatma sönük bir görüntüye, aşırı aydınlatma ise sinek doğru şekilde görüntülendiğinde aşırı doygun bir görüntüye neden olacaktır. Analiz yazılımı gövde açısını gerçek zamanlı olarak ölçer; bir sineğin görsel olarak bir gıda koku püskürtüsüne doğru sürüklenmesi, püskürtünün mekânsal konumuna doğru tutarlı bir yönelme ile sonuçlanır.

Ancak bu durum, görsel panormanın güçlü görsel ipuçları içerdiği durumlarda gerçekleşir. Aynı sineğin, ortalama luminansı eşit olan ancak görsel kenarların bulunmadığı bir görsel arenada test edilmesi, sineğin mekansal yönelimini kaybetmesi nedeniyle zayıf kokup izleme sonuçları verir. Merhaba, ben University of California Los Angeles Fizyolojik Bilimler Bölümü'nden Dr. Mark Fry'ın laboratuvarından Brian DeMars.

Bugün size, koku alma duyusuna dayalı bir manyetik bağlama düzeneğinde vücut açısını analiz etmek için video görüntülerinin nasıl elde edileceğini ve optimize edileceğini göstereceğiz. Ayrıca, görsel ipuçlarının koku takibi üzerindeki etkisini inceleyen iki deneyi tanımlayacağız. Meyve sineklerinde görsel ve koku yoluyla yönetilen uçuş kontrolünü incelemek için laboratuvarımızda bu prosedürü kullanmaktayız.

Hadi başlayalım. Daha temiz görüntüler elde etmek amacıyla, elde edilen verilerin kalitesi için video görüntüsünü optimize etmek çok önemlidir. İlk olarak, taze bağlanmış bir sineği bir penset yardımıyla arenaya yerleştirin.

Ardından, fire wire kart kamerayı, kamera şeffaf akrilik vakum odasının altından, cam vakum tüpü aracılığıyla doğrudan yukarıya, sabitlenmiş sineğin ventral yönüne bakacak şekilde konumlandırın. Video sisteminin lensinde kızılötesi filtre kaplaması olmadığından emin olun. Sineği aydınlatmak için, LED panellerinin hemen altına yerleştirilmiş dairesel bir kızılötesi LED dizisi kullanın.

Panel sisteminden kaynaklanan parlamaları azaltmak ve sinek tarafından fark edilen görsel ipuçlarını minimize etmek için, homojen bir aydınlatma sağlamak amacıyla her bir LED'i sineğin vücuduna tek tek odaklayın. Kamera görüş alanı içindeki tüm yansıtıcı yüzeylerin mat siyah boya ile kaplanması faydalıdır; sineğin gözü tarafından tespit edilebilen parlamaları ve parlaklık değişimlerini azaltmak için oda ışıkları kapatılmalıdır. Ardından, kamerayı görsel olarak kontrol edin.

Sinek, siyah bir arka plan üzerinde parlak beyaz görünmelidir. Görüntü bulanıksa, lensin odaklanması gerekebilir. Sinek koyu görünüyorsa, LED dizisi odaklanmamış olabilir veya uygun aydınlatma için yetersiz güç alıyor olabilir.

Son olarak, görüntüleme toplama araç kutusu (image acquisition toolbox) kullanılarak MATLAB'da yazılmış özel alt programlarla video kaydı alınır. OMT ile yapılabilecek basit bir deney, aç bırakılmış bir sineğin çekici bir gıda kokusu plumasını bulmasını ve aktif olarak takip etmesini gözlemlemektir. Bu deneyler, genellikle deneysel sıradaki herhangi bir yanlılığı en aza indirmek için rastgele blok formatında yürütülür.

Görsel çevreyi manipüle ederek, sineğin bir kokuyu takip etme yeteneğini etkileyebilirsiniz. Bu deneyi gerçekleştirmek için, görsel ekranı kullandığınız her deneyden önce, taze şekilde sabitlenmiş bir sineği pens yardımıyla arenaya yerleştirin ve sineği, tüm 360 derecelik YA ekseni boyunca pürüzsüz bir hareket sağlandığından emin olmak için birkaç tur döndürün. Eğer sinek pürüzsüzce dönmüyorsa, onu deneyden çıkarın.

Sorun devam ederse, mıknatıslar yanlış hizalanmış olabilir. Ardından, sineği şu deneysel koşullara tabi tutun: rastgele sırada, koku portundan su buharı yayılan yüksek kontrastlı çizgili bir desen.

Çekici bir koku buharıyla birlikte yüksek kontrastlı çizgili bir desen. Su buharı içeren koku portundan 90 derece kaydırılmış tek bir dikey şerit ve koku buharı içeren 32'lik aralıklarla 90 derece kaydırılmış tek bir şerit, sineklerin koku kaynağını kendi başlarına bulmaya zorlandıkları deneyler için uygundur. Her bir deneysel koşul süresince 30 hertz hızında video kaydı alın ve görüntüleri çevrimdışı olarak analiz etmek için MATLAB kullanın. Yüksek koku konsantrasyonları kullanıldığında, herhangi bir etkiyi en aza indirmek için koku kapatıldıktan sonra koku portundan kalıntı koku salınımı gerçekleşebilir.

Sistemin herhangi bir kalıntı kokuyu temizlemesine olanak tanımak için sinek birkaç saniye boyunca dönen bir panorama ile döndürülebilir. Bu işlem aynı zamanda, deneysel işlemler arasında sineğin görsel olarak döndürülmesine yardımcı olur. Böylece sineklerin deneye aktif olarak katılımı sağlanır ve tek bir noktada sabit kalmaları önlenir.

OMT'deki ikinci temel deney, bir sineği görsel olarak bir koku bulutu içine çekmek, görsel koşulları anında değiştirmek ve ardından sineğin bulut içinde kalma yeteneğini ölçmektir. Deneyler, deney sırasındaki herhangi bir yanlılığı en aza indirmek için rastgele blok formatında gerçekleştirilir. Bir pens kullanarak, yeni bağlanmış bir sineği arenaya yerleştirin.

Ardından, tanısal bir kontrol olarak, sineği arena içinde birkaç kez görsel olarak döndürün. Bu, hayvanın her yönde yönelim kapasitesine sahip olduğunu sağlar. Her koşuldan önce, su veya sirke olan deneysel kokuyu açın ve kokunun bulunduğu konumda küçük bir dikey şeridi titreterek sineği görsel olarak koku bulutuna doğru sürükleyin.

Sinek artık koku izine doğru yönlendirildiğine göre, salınan şeridi kaldırın. Ardından şu görsel koşulları sunun: su buharı ile yüksek kontrastlı panoramik şeritler, su buharı ile tekdüze arka plan, koku buharı ile yüksek kontrastlı panoramik şeritler ve koku buharı ile tekdüze arka plan.

Her bir deneysel koşul boyunca 30 hertz hızında video kaydı yapın. Ardından, görüntüleri çevrimdışı olarak analiz etmek için MATLAB ile yazılmış özel yazılım rutinlerini kullanın. OMT video görüntüsünü optimize ederken, koyu siyah bir arka plan üzerinde aydınlatılmış sineğin net bir şekilde görünmesi gerektiğini unutmayın.

Aşırı parlak görüntüler, arka plan girişimi azaltılarak, kızılötesi LED'lerin yoğunluğu düşürülerek veya oda ışıkları kapatılarak iyileştirilebilir. Sinek uygun şekilde aydınlatılmışsa, kızılötesi LED'lerin odağının ayarlanması veya yoğunluklarının modüle edilmesi sorunu çözebilir.

Bir sineğin kendi başına bir koku plumasını bulması istendiğinde, su buharı plumasını önemli bir dereceye kadar yerelleştirmemeli, ancak zengin panoramik görsel ipuçlarının varlığında bir koku plumasını her zaman yerelleştirmelidir. İkinci bir test, bir sineği görsel olarak doğrudan bir koku plumasının içine çekmek ve çeşitli sabit görsel arka planlar karşısında rotasını pluma içinde koruması için onu zorlamaktır. Eğer sinek bir su buharı plumasının içine çekilirse, hızla uzaklaşmalıdır.

Sinek bir koku bulutuna sürüklendiğinde ve güçlü bir takibi yönlendirecek yeterli görsel ipucu mevcut olduğunda, sinek bulutun içinde kalacaktır. Olfaktör manyetik bağlama düzeneği için elde edilen video görüntüsünün nasıl optimize edileceğini gösterdik. Ayrıca, görsel ipuçlarının koku takibi üzerindeki etkisini incelemek için iki deneysel protokol tanımladık.

Bu deneyleri yaparken, video görüntüsünün optimize edilmesinin elde edilen verilerin kalitesi için kritik olduğunu hatırlamak önemlidir. Ayrıca, deneysel protokol ne olursa olsun, sineklerin huzurlu kalmasını ve aktif olarak etkileşim kurmasını sağlamak önemlidir. Hepsi bu kadar.

İzlediğiniz için teşekkürler, deneylerinizde başarılar dileriz.