وأيد هذا العمل بسخاء من قبل العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC) والمعاهد الكندية لأبحاث الصحة (CIHR).

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

أهمية تقنيات لدينا. وباختصار، فإننا وصف لأول مرة بناء خزان ماء كبير وغرفة العزل لمراقبة السلوكيات العفوية الاستكشافية التي تنتجها المنتدى الاقتصادي العالمي. المقبل، أثبتنا تقنية لتسجيل وتتبع معدل التخلص من الذخائر المتفجرة ودول حركة من الأسماك غير المقيد في ا...

الخلفية. التجارب الكمية على سلوك الحيوان (مثل الخيار القسري، وتجنب صدمة، T-المتاهة، الخ.) عادة ما تستخدم لتحقيق فرضيات محددة تتعلق المهارات الحسية والحركية والتعلم وتكوين الذاكرة. ومع ذلك، هذه التجارب تقييدا ​​تفوت الكثير من ثراء سلوك الحيوان الطبيعي ويرجح أن يؤدي إلى نماذج من التبسيط أساس العصبية الكامنة وراء السلوك. لذا التجارب في ظل ظروف أكثر طبيعية تشكل مكملا هاما يمكننا من خلالها استكشاف المزيد تماما ذخيرة سلوكية الأنواع. يجب أن التجارب التي تنطوي على الحيوانات تتحرك بحرية، ومع ذلك، ومعالجة التحديات التقنية الفريدة مثل التحف تسجيل الناجم عن الحركة. على عكس الاستجابات أثار التحفيز، لا يمكن توقع حدوث عفويا السلوك الاستكشافي، وبالتالي الاشخاص الخاضعين للتجارب يجب أن يتم رصدها باستمرار وتعقب على مدى فترة ممتدة من الزمن. كاليفورنيا أسئلة بحثية محددةن تكون أفضل تتناولها الكائنات المختارة بعناية والأدوات التقنية المتاحة. على سبيل المثال، تقنيات التسجيل والتحفيز البصرية مثل أجهزة استشعار الكالسيوم مشفرة وراثيا 1 و 2 optogenetics تم تطبيقها بنجاح على التحرك بحرية الكائنات نموذج الجينية 3-5. بدلا من ذلك، يمكن لنظم القياس العصبية المنمنمة تسجيل وتحفيز بحرية تتحرك الحيوانات الصغيرة 6،7. الأسماك الكهربائية. المنتدى الاقتصادي العالمي الأنواع توليد التفريعات الكهربائية الجهاز (EODs)، والتي تتيح لهم الشعور محيطهم المباشر أو التواصل عبر مسافات أكبر. الأنماط الزمنية من EODs تختلف في ظل ظروف مختلفة مثل الحركات الذاتي 8،9، 10،11 المنبهات الحسية، والتفاعلات الاجتماعية 12،13. المنتدى الاقتصادي العالمي الأنواع نبض من نوع تنتج قطار من البقول منفصلة، ​​في مقابل موجة من نوع الأنواع التي تولد الموجات شبه جيبية المستمر. بشكل عام، نبض من نوع المعرض الأنواع موره معدل التخلص من الذخائر المتفجرة متغير مقارنة مع الأنواع موجة من نوع، وتعكس معدلات التخلص من الذخائر المتفجرة الحيوانات عن كثب محتويات الجدة المحيطة بهم 10،14 الحسية. يمكن الأنواع نبض من نوع تقصير فورا الفاصل الزمني بين نبضة (IPI) ضمن دورة نبض واحد في الاستجابة إلى الاضطراب الحسي رواية (استجابة الجدة 10،11،14). سلوك الكهربائية المستمرة لهذه الأسماك يمكن مضطرب من جراء المحفزات الحسية غير المنضبط من مصادر خارجية، ومعروفة أنواع مختلفة من المحفزات مثل الاهتزاز، والصوت، والكهرباء، وعلى ضوء الردود الجدة الزناد. لذا، يجب اتخاذ احتياطات خاصة لمنع أو تخفيف المحفزات الحسية الخارجية خلال مراقبة طويلة الأجل من المنتدى الاقتصادي العالمي السباحة الحرة. بهذه الطريقة، والتغيرات في معدل التخلص من الذخائر المتفجرة ومسارات الحركة ويمكن أن يعزى بشكل خاص إلى المحفزات التي قدمها المجرب. خزان ماء وغرفة العزل، ولذلك وضعنا طبقات متعددة من مواد امتصاص الاهتزاز يوالتانجو على خزان ماء كبير (2.1 متر x 2.1 متر x 0.3 متر)، وحاصرت دبابات مع ضميمة معزولة لمنع مصادر خارجية للضوء والضوضاء الكهربائية، والصوت والتدفق الحراري. معدل التخلص من الذخائر المتفجرة يعتمد على درجة الحرارة المحيطة 15،16، وبالتالي تم تنظيم درجة حرارة المياه بإحكام في مجموعة الاستوائية (25 ± 1 درجة مئوية) لمدة الأنواع الجنوبية المنتدى الاقتصادي العالمي الأمريكي. اقمنا في (10 سم عمق المياه) وخزان كبير الضحلة لمراقبة السلوكيات الاستكشافية المكاني للمنتدى الاقتصادي العالمي يقتصر أساسا في بعدين (الشكل 1A). تم تقسيم الخزان إلى الساحة المركزية لمراقبة السلوكيات المكانية، وأربع حجرات الزاوية لإيواء منفصل الأسماك الفردية (الشكل 1B). وقد بنيت كل حجرة للماء لمنع الاتصالات الكهربائية بين الأفراد. وتمت السيطرة صول الحيوانات إلى الساحة المركزية من الخارج عن طريق أربع بوابات الآلية. وضعت بوابات بين المقصورات، وأنها أصبحت ماء عندما تخوضبواسطة النايلون الجناح المكسرات. لم يستخدم أي أجزاء معدنية تحت الماء منذ المنتدى الاقتصادي العالمي تتفاعل بحساسية للمعادن. تسجيل التخلص من الذخائر المتفجرة. يتم إنشاؤها EODs بطريقة نمطية بواسطة تفعيل واحد (في Mormyrids) أو عدة أجهزة كهربائية موزعة مكانيا (في Gymnotiforms) 17،18. يمكن أن التحويرات الزمنية في معدل التخلص من الذخائر المتفجرة تكشف الأنشطة العصبية على مستوى أعلى، حيث يتلقى جهاز تنظيم ضربات القلب العصبية النخاعية مدخلات مباشرة من مناطق الدماغ مثل أعلى نواة prepacemaker الدماغ البيني، الذي يتلقى بدوره التوقعات محور عصبي من الدماغ الأمامي 19. ومع ذلك، فإن توقيت التخلص من الذخائر المتفجرة يجب أن يكون استخراجه بعناية من تسجيل الموجي الخام وليس متحيزا بواسطة التشوهات الناجمة عن حركة الحيوان. الحقل الكهربائي التي تم إنشاؤها بواسطة المنتدى الاقتصادي العالمي يمكن أن يقترب باعتباره ثنائي القطب، وبالتالي التخلص من الذخائر المتفجرة سعة النبض في أقطاب تسجيل تعتمد على المسافات النسبية والتوجهات بين الحيوان والأقطاب 8،20. movem الذاتي الحيوانالوالدان تغيير الهندسة النسبية بين الحيوان والأقطاب، وبالتالي يتسبب في حركات سعة التخلص من الذخائر المتفجرة في أقطاب مختلفة لتختلف مع مرور الوقت بطريقة متقلبة (انظر الشكل 2B في يونيو وآخرون. 8). وعلاوة على ذلك، والحركات الذاتية أيضا تغيير الشكل من الطول الموجي سجلت التخلص من الذخائر المتفجرة، وذلك لأن المساهمات النسبية من مجموعة مختلفة من الأجهزة الكهربائية تعتمد على مواقعها على طول الجسم والانحرافات المحلية التي أدخلها الذيل الانحناء. التشوهات الناجمة عن الحركة في سعة التخلص من الذخائر المتفجرة والأشكال يمكن أن يؤدي إلى التخلص من الذخائر المتفجرة القياسات توقيت غير دقيقة ولا يمكن الاعتماد عليها. تغلبنا هذه المشاكل عن طريق حساب متوسط ​​الطول الموجي مكانيا التخلص من الذخائر المتفجرة متعددة سجلت في مواقع مختلفة، وذلك بإضافة عامل تصفية استخراج المغلف لتحدد بدقة توقيت التخلص من الذخائر المتفجرة من المنتدى الاقتصادي العالمي السباحة الحرة. بالإضافة إلى ذلك، لدينا تقنية يقيس أيضا سعة التخلص من الذخائر المتفجرة، والتي تشير إلى ما إذا كان الحيوان يستريح أو تتحرك بنشاط على أساس التغيير في التخلص من الذخائر المتفجرةسعة بمرور الوقت (انظر الأرقام و2E 2F). سجلنا إشارات تضخيمها بشكل مختلف من أزواج القطب تسجيل للحد من الضوضاء المشتركة واسطة. منذ يتم إنشاء البقول التخلص من الذخائر المتفجرة في فترات زمنية غير منتظمة، الحدث السلاسل الزمنية التخلص من الذخائر المتفجرة يكون معدل أخذ العينات متغير. ويمكن التخلص من الذخائر المتفجرة تحويل السلاسل الزمنية لمعدل أخذ العينات المستمر من قبل الاستيفاء إذا لزم الأمر عن طريق أداة تحليلية في الاختيار. تسجيل الفيديو. على الرغم من تسجيل التخلص من الذخائر المتفجرة يمكن رصد نشاط الحركة الإجمالية للحيوان، وتسجيل الفيديو يسمح قياسات مباشرة لموقف جسم الحيوان والموقف. الأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) إضاءة (λ = 800 ~ 900 نانومتر) يسمح الملاحظة البصرية رابط الجأش من السباحة بحرية السمك 21،22، منذ WEFs هي الأكثر نشاطا في الظلام وعيونهم ليست حساسة لنير الطيف 23،24. يمكن لمعظم أجهزة استشعار التصوير الرقمي (مثل CMOS أو CCD) التقاط الطيف الجرد الوطني مع طول الموجةح تتراوح ما بين 800-900 نانومتر، بعد إزالة الأشعة تحت الحمراء (IR) منع تصفية 25. بعض الراقية كاميرات المستهلك الصف العرض عالية الوضوح، وزاوية عرض واسعة وجيدة حساسية الإضاءة المنخفضة، والتي يمكن أن تنتج نوعية صورة مماثلة ل، أو متفوقة على المهنية الصف كاميرات الأشعة تحت الحمراء المتوفرة في التكاليف أكبر من ذلك بكثير. بالإضافة إلى ذلك، يتم تجميع بعض كاميرات المستهلك الصف مع برنامج تسجيل التي تسمح للمدة الممتدة تسجيل عن طريق ضغط الفيديو دون فقدان الجودة. معظم الكاميرات الاحترافية توفر التزامن TTL مخرجات أو مدخلات نبض الزناد TTL نبض 26 للمواءمة بين توقيت الفيديو مع الإشارات الرقمية، ولكن هذه الميزة غير موجودة عادة في كاميرات المستهلك الصف. ومع ذلك، فإن توقيت بين تسجيل الفيديو والتحويل الرقمي إشارة يمكن أن تكون مطابقة بدقة من خلال التقاط الأشعة تحت الحمراء في نفس الوقت وامض LED بشكل دوري مع الكاميرا والتحويل الرقمي إشارة. ويمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء توقيت نبض الأولي والنهائيق اثنين من علامات الساعة المعايرة لتحويل الأرقام إطار الفيديو إلى وحدة الوقت إشارة التحويل الرقمي والعكس بالعكس. الإضاءة والخلفية. التقاط صورة عن طريق المياه يمكن أن يكون تحديا تقنيا بسبب انعكاسات الضوء على سطح الماء. سطح الماء يمكن أن تكون بمثابة مرآة تعكس المشهد البصري فوق الماء، والخصائص البصرية غامضة تحت الماء، وبالتالي المشهد فوق الماء يجب تقديم ملامح لمنع التدخل البصرية. من أجل صورة الحوض كله، يحتاج إلى كاميرا وضعها مباشرة فوق الماء، ويجب أن تكون مخفية وراء السقف فوق حفرة صغيرة مشاهدة لمنع انعكاسها على سطح الماء. علاوة على ذلك، يمكن إنتاج سطح الماء يبرز على نحو فاضح والإضاءة غير منتظم إذا من المتوقع بشكل غير صحيح مصادر الضوء. الإضاءة غير المباشرة يمكن أن يحقق سطوع موحد على الحوض كله التي تهدف الى مصادر الضوء نحو السقف، على ان يكون السقف ووول المحيطةيمكن ليرة سورية تعكس ونزع فتيل الأشعة الضوئية قبل وصولها إلى سطح الماء. اختيار إضاءة الأشعة تحت الحمراء يطابق الاستجابة الطيفية للكاميرا (على سبيل المثال 850 نانومتر ذروة الموجة). الضجيج الكهربائي من مصادر الضوء يمكن التقليل باستخدام أضواء LED ووضع إمدادات الطاقة إلى خارج العاصمة من قفص فاراداي. وضع خلفية بيضاء تحت الخزان، منذ الأسماك يتناقض بشكل جيد في خلفية بيضاء في موجات الجرد الوطني. وبالمثل، واستخدام غير لامع اللون الأبيض على الأسطح الداخلية للغرفة العزل يوفر موحد ومشرق الإضاءة الخلفية. تتبع الفيديو. بعد تسجيل الفيديو، يمكن للصورة خوارزمية تتبع الآلي قياس المواقف جسم الحيوان والمواقف مع مرور الوقت. تتبع الفيديو يمكن تنفيذها تلقائيا إما عن طريق برامج جاهزة للاستخدام (وجهة نظر أو Ethovision)، أو برامج للمستخدم برمجة (OpenCV أو معالجة الصور MATLAB الأدوات). كخطوة أولى من تتبع الصورة،تحتاج منطقة تتبع صالح إلى أن يعرف عن طريق رسم شكل هندسي لاستبعاد خارج المنطقة (اخفاء العملية). المقبل، يحتاج صورة حيوان أن تكون معزولة من الخلفية عن طريق طرح صورة الخلفية من صورة تحتوي على الحيوان. يتم تحويل الصورة إلى طرح تنسيق ثنائي من خلال تطبيق عتبة كثافة، مثل أن النقطه الوسطى ومحور التوجه يمكن حسابها من العمليات المورفولوجية ثنائي. في Gymnotiforms 27-29 وMormyrids 30-32، وكثافة electroreceptor هو أعلى بالقرب من منطقة الرأس، وبالتالي موقف رئيس في أي لحظة يشير إلى موقع أعلى البراعة الحسية. المواقع الرأس والذيل ويمكن تحديد تلقائيا من خلال تطبيق عمليات تناوب الصورة وثاب مربع. يمكن تمييز نهايات الرأس والذيل من بعضها البعض من خلال تحديد يدويا لهم في الإطار الأول، وتتبع مواقعها من المقارنة بين اثنين من الأطر المتعاقبة.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1020">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">[Aquarium construction]</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Electrically shielded floor heater</td>
			<td style="width:277px;">ThermoSoft Corp., IL, USA</td>
			<td style="width:241px;">ThermoTile</td>
			<td>www.thermosoft.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tempered glass panel</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;"> </td>
			<td>.5 inch thick, used for the aquarium construction</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Aquarium grade silicone</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Acrylic sheet</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;"> </td>
			<td style="width:287px;">.25 inch thick, matt white</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Natural rubber sheet</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;"> </td>
			<td>.25 inch thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Servomotor</td>
			<td style="width:277px;">HITECHRCD Inc., Korea</td>
			<td style="width:241px;">HS-325HB, 180deg rotation</td>
			<td>www.servocity.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Servomotor arm mount</td>
			<td style="width:277px;">HITECHRCD Inc., Korea</td>
			<td style="width:241px;">56362 Large Spline</td>
			<td>www.servocity.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Servomotor controller (6 chan.)</td>
			<td style="width:277px;">sparkfun.com</td>
			<td style="width:241px;">ROB-09664 </td>
			<td style="width:287px;">Micro Maestro 6-channel USB Servo Controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Active USB extension cable</td>
			<td style="width:277px;">C2G</td>
			<td style="width:241px;">38990</td>
			<td style="width:287px;">12m USB 2.0 A Male to A Female 4-Port Active Extension Cable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Exhaust fan</td>
			<td style="width:277px;">Nutone</td>
			<td style="width:241px;">ILFK120</td>
			<td>www.homedepot.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vertical aquarium filter</td>
			<td style="width:277px;">Tetra, Germany</td>
			<td>Whisper Internal Power Filter - 40i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Crushed coral</td>
			<td style="width:277px;"> </td>
			<td></td>
			<td>Used to increase the pH of the tank water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"> </td>
			<td style="width:277px;"> </td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">[EOD recording setup]</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Graphite Electrodes</td>
			<td style="width:277px;">Staedtler, Germany</td>
			<td>Mars Carbon 2-mm type HB</td>
			<td>Shave the outer coating</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Physiological Amplifier/Filter</td>
			<td style="width:277px;">Intronix, Canada</td>
			<td style="width:241px;">2015F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Coaxial Cable</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;">RG174</td>
			<td>For electrodes assembly</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Coaxial Cable</td>
			<td style="width:277px;">generic</td>
			<td style="width:241px;">RG54</td>
			<td>For wiring use</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BNC jack connector for RG-174</td>
			<td style="width:277px;">Amphenol Connex</td>
			<td style="width:241px;">112160</td>
			<td>For electrodes assembly</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BNC plug connector for RG-54</td>
			<td style="width:277px;">Amphenol Connex</td>
			<td style="width:241px;">112116</td>
			<td>For wiring use</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Signal digitizer hardware</td>
			<td style="width:277px;">Cambridge Electronic Design, UK</td>
			<td style="width:241px;">Power MKII 1401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Signal digitizer software</td>
			<td style="width:277px;">Cambridge Electronic Design, UK</td>
			<td style="width:241px;">Spike 2. ver 7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">[Visual tracking setup]</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">White LED light</td>
			<td style="width:277px;">IKEA, Sweden</td>
			<td style="width:241px;">DIODER 201.194.18</td>
			<td>www.ikea.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Infrared LED light (850 nm)</td>
			<td style="width:277px;">Scene Electronics, China</td>
			<td style="width:241px;">S8100-60-B/C-IR</td>
			<td>Remove built-in fan</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">USB webcam</td>
			<td style="width:277px;">Logitech Inc., CA, USA</td>
			<td style="width:241px;">C910</td>
			<td>Remove Infrared blocking filter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Motorized camera</td>
			<td style="width:277px;">Logitech Inc., CA, USA</td>
			<td style="width:241px;">Quickcam Orbit</td>
			<td>Remove Infrared blocking filter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Video recording software</td>
			<td style="width:277px;">Logitech Inc., CA, USA</td>
			<td>Logitech Quickcam Software</td>
			<td>Download from www.logitech.com</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Matlab</td>
			<td style="width:277px;">Mathworks, MA, USA</td>
			<td style="width:241px;">2012a</td>
			<td>Image processing toolbox</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

long-term behavioral tracking of freely swimming weakly electric fish

تتبع السلوكية طويلة الأمد يمكن التقاط وقياس السلوكيات الحيوانية الطبيعية، بما في ذلك تلك التي تحدث بشكل غير منتظم. السلوكيات مثل الاستكشاف والتفاعلات الاجتماعية يمكن أن يكون أفضل درس من خلال مراقبة غير المقيد، والحيوانات تتصرف بحرية. الأسماك الكهربائية ضعيفة (المنتدى الاقتصادي العالمي) عرض استكشافية ملاحظتها بسهولة والسلوكيات الاجتماعية عن طريق انبعاث التفريغ الجهاز الكهربائي (التخلص من الذخائر المتفجرة). هنا، نحن تصف ثلاث تقنيات فعالة لقياس متزامن التخلص من الذخائر المتفجرة، وضع الجسم، والموقف من المنتدى الاقتصادي العالمي السباحة الحرة لفترة ممتدة من الزمن. أولا، نحن تصف بناء دبابة التجريبية داخل غرفة معزولة يهدف إلى منع مصادر خارجية من المحفزات الحسية مثل الضوء، والصوت، والاهتزاز. تم تقسيم الحوض لاستيعاب أربع عينات الاختبار، وبوابات الآلي التحكم عن بعد وصول الحيوانات إلى الساحة المركزية. ثانيا، نحن تصف في الوقت الحقيقي طريقة قياس توقيت التخلص من الذخائر المتفجرة دقيقة وموثوق بها من السباحة بحرية المنتدى الاقتصادي العالمي. يتم تصحيح التشوهات التي تسببها إشارة حركات جسم الحيوان عن طريق حساب متوسط ​​المكانية والزمانية مراحل التجهيز. ثالثا، نحن تصف الأشعة تحت الحمراء القريبة الإعداد والتصوير تحت الماء لمراقبة السلوكيات حيوان ليلي رابط الجأش. واستخدمت نبضات الأشعة تحت الحمراء لمزامنة التوقيت بين الفيديو وإشارة الفسيولوجية على مدى فترة طويلة تسجيل. برنامجنا تتبع الآلي يقيس موقف جسم الحيوان والموقف موثوق في مشهد المائية. في الجمع، وهذه التقنيات تمكن المراقبة على المدى الطويل من السلوك العفوي من السباحة بحرية الأسماك الكهربائية ضعيفة بطريقة موثوقة ودقيقة. نحن نعتقد دينا وسيلة يمكن تطبيقها على نحو مماثل لدراسة الحيوانات المائية الأخرى التي تتعلق إشاراتها الفسيولوجية مع السلوكيات الاستكشافية أو الاجتماعية.

نتائج تتبع التخلص من الذخائر المتفجرة الطول الموجي التخلص من الذخائر المتفجرة المسجلة من القطب أزواج مختلفة تختلف في سعة والأشكال كما هو متوقع من مواقع فريدة من نوعها والتوجهات (الشكل 2C أعلى). استخدام أزواج متعددة القطب ض...

Watch this Scientific Journal Video about Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish at JoVE.com

Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish

نحن تصف مجموعة من التقنيات لدراسة السلوك العفوي من السباحة بحرية الأسماك الكهربائية ضعيفة على مدى فترة طويلة من الزمن، من خلال قياس متزامن توقيت التفريغ الجهاز الكهربائي الحيوان، وضع الجسم وضعية كلا بدقة وبشكل موثوق في خزان ماء المصممة خصيصا داخل الحسية العزلة الغرفة.

على المدى الطويل لتتبع السلوكية للسباحة بحرية وكلي السمك الكهربائية

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and ...

long-term-behavioral-tracking-of-freely-swimming-weakly-electric-fish

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.4K Views.  University of Ottawa.  نحن تصف مجموعة من التقنيات لدراسة السلوك العفوي من السباحة بحرية الأسماك الكهربائية ضعيفة على مدى فترة طويلة من الزمن، من خلال قياس متزامن توقيت التفريغ الجهاز الكهربائي الحيوان، وضع الجسم وضعية كلا بدقة وبشكل موثوق في خزان ماء المصممة خ?...

Video: Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish

A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse Brain

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form a polished and reinforced thinned skull (PoRTS) window in the mouse skull that spans several millimeters in diameter and is stable for months. The skull is thinned to 10 to 15 &mu;m in thickness with a hand held drill to achieve optical clarity, and is then overlaid with cyanoacrylate glue and a cover glass to: 1) provide rigidity, 2) inhibit bone regrowth and 3) reduce light scattering from irregularities on the bone surface. Since the skull is not breached, any inflammation that could affect the process being studied is greatly reduced. Imaging depths of up to 250 &mu;m below the cortical surface can be achieved using two-photon laser scanning microscopy. This window is well suited to study cerebral blood flow and cellular function in both anesthetized and awake preparations. It further offers the opportunity to manipulate cell activity using optogenetics or to disrupt blood flow in targeted vessels by irradiation of circulating photosensitizers.

We present a method to form an imaging window in the mouse skull that spans millimeters and is stable for months without inflammation of the brain. This method is well suited for longitudinal studies of blood flow, cellular dynamics, and cell/vascular structure using two-photon microscopy.

مصقول وعززت ضعيفة، جمجمة نافذة على المدى الطويل التصوير من مخ الفأر

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form ...

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

We have developed instrumentation, image processing, and data analysis techniques to quantify the locomotory behavior of C. elegans as it crawls on the surface of an agar plate. For the study of the genetic, biochemical, and neuronal basis of behavior, C. elegans is an ideal organism because it is genetically tractable, amenable to microscopy, and shows a number of complex behaviors, including taxis, learning, and social interaction1,2. Behavioral analysis based on tracking the movements of worms as they crawl on agar plates have been particularly useful in the study of sensory behavior3, locomotion4, and general mutational phenotyping5. Our system works by moving the camera and illumination system as the worms crawls on a stationary agar plate, which ensures no mechanical stimulus is transmitted to the worm. Our tracking system is easy to use and includes a semi-automatic calibration feature. A challenge of all video tracking systems is that it generates an enormous amount of data that is intrinsically high dimensional. Our image processing and data analysis programs deal with this challenge by reducing the worms shape into a set of independent components, which comprehensively reconstruct the worms behavior as a function of only 3-4 dimensions6,7. As an example of the process we show that the worm enters and exits its reversal state in a phase specific manner.

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

We have developed a video-rate tracking microscope system that can record and quantify C. elegans behavior at high resolution and high speeds. We have also developed computational methods to reduce the dimensionality of the worm images to a fundamental set of measurements that completely describe the shape of the worm.

C. ايليجانس تتبع وقياس السلوكية

We have developed instrumentation, image processing, and data analysis techniques to quantify the locomotory behavior of C. elegans as it crawls on the ...

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

During sustained stimulation most sensory neurons will adapt their response by decreasing their sensitivity to the signal. The adaptation response helps shape attention and also protects cells from over-stimulation. Adaptation within the olfactory circuit of C. elegans was first described by Colbert and Bargmann1,2. Here, the authors defined parameters of the olfactory adaptation paradigm, which they used to design a genetic screen to isolate mutants defective in their ability to adapt to volatile odors sensed by the Amphid Wing cells type C (AWC) sensory neurons. When wildtype C. elegans animals are exposed to an attractive AWC-sensed odor3 for 30 min they will adapt their responsiveness to the odor and will then ignore the adapting odor in a chemotaxis behavioral assay for ~1 hr. When wildtype C. elegans animals are exposed to an attractive AWC-sensed odor for ~1 hr they will then ignore the adapting odor in a chemotaxis behavioral assay for ~3 hr. These two phases of olfactory adaptation in C. elegans were described as short-term olfactory adaptation (induced after 30 min odor exposure), and long-term olfactory adaptation (induced after 60 min odor exposure). Later work from L'Etoile et al.,4 uncovered a Protein Kinase G (PKG) called EGL-4 that is required for both the short-term and long-term olfactory adaptation in AWC neurons. The EGL-4 protein contains a nuclear localization sequence that is necessary for long-term olfactory adaptation responses but dispensable for short-term olfactory adaptation responses in the AWC4. By tagging EGL-4 with a green fluorescent protein, it was possible to visualize the localization of EGL-4 in the AWC during prolonged odor exposure. Using this fully functional GFP-tagged EGL-4 (GFP::EGL-4) molecule we have been able to develop a molecular readout of long-term olfactory adaptation in the AWC5. Using this molecular readout of olfactory adaptation we have been able to perform both forward and reverse genetic screens to identify mutant animals that exhibit defective subcellular localization patterns of GFP::EGL-4 in the AWC6,7. Here we describe: 1) the construction of GFP::EGL-4 expressing animals; 2) the protocol for cultivation of animals for long-term odor-induced nuclear translocation assays; and 3) the scoring of the long-term odor-induced nuclear translocation event and recovery (re-sensitization) from the nuclear GFP::EGL-4 state.

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

Here we describe a molecular readout of long-term olfactory adaptation in Caenorhabditis elegans. The Protein Kinase G, EGL-4, is necessary for stable adaptation responses in the primary sensory neuron pair called AWC. During prolonged odor exposure EGL-4 translocates from the cytosol to nucleus of the AWC.

A قراءات الجزيئية من التكيف على المدى الطويل في الشم<em&gt; C. ايليجانس</em

During sustained stimulation most sensory neurons will adapt their response by decreasing their sensitivity to the signal. The adaptation response helps ...

Simultaneous Long-term Recordings at Two Neuronal Processing Stages in Behaving Honeybees

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent and divergent anatomical connections including feed forward and feedback wiring. Furthermore, information of the same origin is partially sent via parallel pathways to different and sometimes into the same brain areas. To understand the evolutionary benefits as well as the computational advantages of these wiring strategies and especially their temporal dependencies on each other, it is necessary to have simultaneous access to single neurons of different tracts or neuropiles in the same preparation at high temporal resolution. Here we concentrate on honeybees by demonstrating a unique extracellular long term access to record multi unit activity at two subsequent neuropiles1, the antennal lobe (AL), the first olfactory processing stage and the mushroom body (MB), a higher order integration center involved in learning and memory formation, or two parallel neuronal tracts2 connecting the AL with the MB.&#160;The latter was chosen as an example and will be described in full. In the supporting video the construction and permanent insertion of flexible multi&#160;channel wire electrodes is demonstrated. Pairwise differential amplification of the micro&#160;wire electrode channels drastically reduces the noise and verifies that the source of the signal is closely related to the position of the electrode tip. The mechanical flexibility of the used wire electrodes allows stable invasive long&#160;term recordings over many hours up to days, which is a clear advantage compared to conventional extra&#160;and intracellular in vivo recording techniques.

Simultaneous extracellular long term recordings from two different brain neuropiles or two different anatomical tracts were established in honeybees. These recordings allow the investigation of temporal aspects of neuronal processing across different brain areas at the single neuron as well as at the ensemble level in a behaving animal.

تسجيلات في وقت واحد على المدى الطويل في مرحلتين العصبية في معالجة يتصرفون نحل العسل

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent ...

Long-term Time Lapse Imaging of Mouse Cochlear Explants

Here we present a method for long-term time-lapse imaging of live embryonic mouse cochlear explants. The developmental program responsible for building the highly ordered, complex structure of the mammalian cochlea proceeds for around ten days. In order to study changes in gene expression over this period and their response to pharmaceutical or genetic manipulation, long-term imaging is necessary. Previously, live imaging has typically been limited by the viability of explanted tissue in a humidified chamber atop a standard microscope. Difficulty in maintaining optimal conditions for culture growth with regard to humidity and temperature has placed limits on the length of imaging experiments. A microscope integrated into a modified tissue culture incubator provides an excellent environment for long term-live imaging. In this method we demonstrate how to establish embryonic mouse cochlear explants and how to use an incubator microscope to conduct time lapse imaging using both bright field and fluorescent microscopy to examine the behavior of a typical embryonic day (E) 13 cochlear explant and Sox2, a marker of the prosensory cells of the cochlea, over 5 days.

Live imaging of the embryonic mammalian cochlea is challenging because the developmental processes at hand operate on a temporal gradient over ten days. Here we present a method for culturing and then imaging embryonic cochlear explant tissue taken from a fluorescent reporter mouse over five days.

على المدى الطويل الوقت الفاصل بين التصوير من الفأر القوقعة إإكسبلنتس

Here we present a method for long-term time-lapse imaging of live embryonic mouse cochlear explants. The developmental program responsible for building ...

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure the activity of neurons during various behaviors. To correlate neural activity with behavior, the animal should not be immobilized but should be able to move. Many behavioral changes occur during long time scales and require recording over many hours of behavior. This also makes it necessary to culture the worms in the presence of food. How can worms be cultured and their neural activity imaged over long time scales? Agarose Microchamber Imaging (AMI) was previously developed to culture and observe small larvae and has now been adapted to study all life stages from early L1 until the adult stage of C. elegans. AMI can be performed on various life stages of C. elegans. Long-term calcium imaging is achieved without immobilizing the animals by using short externally triggered exposures combined with an electron multiplying charge-coupled device (EMCCD) camera recording. Zooming out or scanning can scale up this method to image up to 40 worms in parallel. Thus, a method is described to image behavior and neural activity over long time scales in all life stages of C. elegans.

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Imaging behavior and neural activity over long time scales without immobilization of the animal is a prerequisite to understand behavior. Agarose microfluidic chambers imaging (AMI) can be used to image neural activity and behavior for all life stages of Caenorhabditis elegans.

Microchambers الاغاروز لفترة طويلة التصوير الكالسيوم من<em&gt; انواع معينة ايليجانس</em

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure ...

Quantifying Fish Swimming Behavior in Response to Acute Exposure of Aqueous Copper Using Computer Assisted Video and Digital Image Analysis

Behavioral responses of aquatic organisms to environmental contaminants can be precursors of other effects such as survival, growth, or reproduction. However, these responses may be subtle, and measurement can be challenging. Using juvenile white sturgeon (Acipenser transmontanus) with copper exposures, this paper illustrates techniques used for quantifying behavioral responses using computer assisted video and digital image analysis. In previous studies severe impairments in swimming behavior were observed among early life stage white sturgeon during acute and chronic exposures to copper. Sturgeon behavior was rapidly impaired and to the extent that survival in the field would be jeopardized, as fish would be swept downstream, or readily captured by predators. The objectives of this investigation were to illustrate protocols to quantify swimming activity during a series of acute copper exposures to determine time to effect during early lifestage development, and to understand the significance of these responses relative to survival of these vulnerable early lifestage fish. With mortality being on a time continuum, determining when copper first affects swimming ability helps us to understand the implications for population level effects. The techniques used are readily adaptable to experimental designs with other organisms and stressors.

Measuring the impacts of environmental contaminants on fish behavior is often subjective and challenging particularly when dealing with sublethal endpoints. We describe methods including video technology to quantify swimming behavior of early life stage white sturgeon (Acipenser transmontanus) during and after 96 hr acute exposures to various concentrations of copper.

قياس سلوك الأسماك سباحة ردا على التعرض الحاد للمائي النحاس عن طريق الكمبيوتر بمساعدة الفيديو الرقمية وتحليل الصور

Behavioral responses of aquatic organisms to environmental contaminants can be precursors of other effects such as survival, growth, or reproduction.  ...

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees (Bombus terrestris)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from flowering plants. Only a few studies have described the gustatory responses of bees toward toxins in food, and these experiments have mainly used the proboscis extension response on restrained honey bees. Here, a new behavioral assay is presented for measuring the feeding responses of freely-moving, individual worker bumble bees to nutrients and toxins. This assay measures the amount of solution ingested by each bumble bee and identifies how tastants in food influence the microstructure of the feeding behavior.
The solutions are presented in a microcapillary tube to individual bumble bees that have been previously starved for 2-4 hr. The behavior is captured on digital video. The fine structure of the feeding behavior is analyzed by continuously scoring the position of the proboscis (mouthparts) from video recordings using event logging software. The position of the proboscis is defined by three different behavioral categories: (1) proboscis is extended and in contact with the solution, (2) proboscis is extended but not in contact with the solution and (3) proboscis is stowed under the head. Furthermore the speed of the proboscis retracting away from the solution is also estimated.
In the present assay the volume of solution consumed, the number of feeding bouts, the duration of the feeding bouts and the speed of the proboscis retraction after the first contact is used to evaluate the phagostimulatory or the deterrent activity of the compounds tested.
This new taste assay will allow researchers to measure how compounds found in nectar influence the feeding behavior of bees and will also be useful to pollination biologists, toxicologists and neuroethologists studying the bumble bee&#39;s taste system.

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees Bombus terrestris

A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.

رواية السلوكية الفحص المعنية بالتحقيق في الردود ذوقي الفردي، بحرية يتحرك النحل تلعثم (<em&gt; Bombus تيريستريس</em&gt;)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from ...

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

The interstitial cell lineage of Hydra includes multipotent stem cells, and their derivatives: gland cells, nematocytes, germ cells, and nerve cells. The interstitial cells can be eliminated through two consecutive treatments with colchicine, a plant-derived toxin that kills dividing cells, thus erasing the potential for renewal of the differentiated cells that are derived from the interstitial stem cells. This allows for the generation of Hydra that lack nerve cells. A nerve-free polyp cannot open its mouth to feed, egest, or regulate osmotic pressure. Such animals, however, can survive and be cultured indefinitely in the laboratory if regularly force-fed and burped. The lack of nerve cells allows for studies of the role of the nervous system in regulating animal behavior and regeneration. Previously published protocols for nerve-free Hydra maintenance involve outdated techniques such as mouth-pipetting with hand-pulled micropipette tips to feed and clean the Hydra. Here, an improved protocol for maintenance of nerve-free Hydra is introduced. Fine-tipped forceps are used to force open the mouth and insert freshly killed Artemia. Following force-feeding, the body cavity of the animal is flushed with fresh medium using a syringe and hypodermic needle to remove undigested material, referred to here as "burping". This new method of force-feeding and burping nerve-free Hydra through the use of forceps and syringes eliminates the need for mouth-pipetting using hand-pulled micropipette tips. It thus makes the process safer and significantly more time efficient. To ensure that the nerve cells in the hypostome have been eliminated, immunohistochemistry using anti-tyrosine-tubulin is conducted.

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

Through a double treatment with colchicine, a plant-derived toxin that kills dividing cells, nerve-free Hydra vulgaris can be generated. These Hydra cannot feed or egest on their own. This paper describes an improved method for long-term maintenance of nerve free Hydra vulgaris in the laboratory.

توليد وصيانة طويلة الأجل خالية من الأعصاب<em&gt; حيدرة</em

The interstitial cell lineage of Hydra includes multipotent stem cells, and their derivatives: gland cells, nematocytes, germ cells, and nerve cells. The ...

Noninvasive EEG Recordings from Freely Moving Piglets

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel telemetric electroencephalography system in combination with standard self-adhesive hydrogel electrodes. The piglets are calmed down without the use of sedatives. After their release into the pigpen, the piglets behave normally&#8212;they drink and sleep in the same cycle as their siblings. Their sleep phases are used for the EEG recordings.

Here, we present a protocol to record telemetric electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen without the use of a sedative, making it possible to record typical EEG patterns during non-REM sleep, like spindle bursts.

تسجيلات التخطيط الدماغي موسع من الانتقال بحرية الخنازير

The method allows the recording of high-quality electroencephalograms (EEGs) from freely moving piglets directly in the pigpen. We use a one-channel ...