ونحن ممتنون للدعم معهد بحوث كلية فاسار الجامعية الصيفية (URSI)، وصندوق بحوث سمك السلمون لوسي ماينارد، جائزة وكالة ناسا رقم NX09AU90A، مركز المؤسسة الوطنية للعلوم من أجل التميز البحثي في ​​العلوم والتكنولوجيا (NSF-كريست) جائزة رقم 0630388 ورقم 1058385 جائزة جبهة الخلاص الوطني.

1. C. إعداد ايليجانس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد لوحات بتري من الشباب البالغين C. ايليجانس كما هو موضح في التجارب السابقة التي تنطوي على تعليق C. ايليجانس في السوائل تملأ كفيت 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في يوم من تحليل الفيديو، واختيار العيش الديدان الخيطية الكبار الصغار مباشرة إلى كفيت مملوءة بالماء منزوع الأيونات، المقطر باستخدام معول البلاتين كما هو موضح في الخطوة 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد القتلى C. ايليجانس مع التعرض الكلوروفورم. تستمر باتباع الإجراء الموضح لاختيار الديدان الخيطية الحية هو موضح في الخطوة 2. </li></ol> 2. إعداد البصرية لتحليل الفيديو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع الإعداد التجريبية لخلق صور الظل كما هو مبين في الشكل 1. يمكن وضع الكاميرا في أي المسافة من الشاشة طالما أنها قادرة على التقاط وجهة نظر الأمامية للشاشة. مكان جيد بجانب كفيت التي تواجه الشاشة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام اثنين على الأقل المرايا لتوجيه الانضباطي انتاج الليزر الهليوم النيون في المتوسع شعاع الجليل بحيث يتم توسيع شعاع ليبلغ قطرها 12 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان واحد أو اثنين من الثقوب في مسار الشعاع بحيث يمر شعاع من خلال الثقوب دون عرقلة. استخدام الثقوب لضمان الحفاظ على المحاذاة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توجيه شعاع توسعت على كوفيت الكوارتز شنت الذي هو 10 ملم واسعة، 10 ملم العميق و 4 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تضخيم شعاع باستخدام عدسة محدبة، بلانو مع طول بؤري 75 مم الإيجابية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع شاشة العرض حوالي 120 سم من العدسة. سوف مسافات أكبر من هذا تسفر عن التكبير أكبر من صورة الظل. ومع ذلك، فإن جودة الصورة تنخفض مع انخفاض شدة الضوء وnoticeability زيادة التدخل الحيود. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع كاميرا عالية السرعة، والتي هي قادرة على لا يقل عن 60 إطارا في الثانية، بجوار كفيت التي تواجه الشاشة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع مجهر تشريح بالقرب من مجموعة البصريةحتى لنقل السريع من الديدان الخيطية في كفيت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين مؤقتا مسطرة شفافة مع الشعب ملم إلى وسط حامل كفيت عمودي على شعاع توسعت بحيث المشاريع شعاع صورة مكبرة للحاكم على الشاشة. تعيين مقياس طول لتحليل الفيديو. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على شاشة العرض، بمناسبة حجم المسافة باستخدام مسطرة شفافة قبالة مركز من الصورة المسقطة لتجنب التداخل مع الإسقاط. <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">اضغط هنا للفيديو.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل هذه الصورة وقياس التكبير. إزالة الحاكم من الإعداد. كرر هذه الخطوة لموجات أخرى مثل زاوية انكسار الضوء لكل طول موجي من خلال عدسة سوف تختلف بسبب الانحرافات اللونية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استبدال كفيت وملئه إلى حدود 1 ملم من الحافة مع الماء المقطر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء التسجيل في حين أن ضوء الغرفة على بحيث يتم تضمين حجم المسافة في نفسلقطات كصورة المتوقعة. تحويل ضوء قبالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام رقيقة، بالارض اختيار سلك البلاتين، نقل الشباب البالغين الفردية C. ايليجانس في وقت واحد من لوحة أجار في كفيت عن طريق لمس معول على سطح الماء. سوف الخيطية تصبح مرئية في عمود الماء عندما يدخل شعاع بسبب الضوء المتناثرة. <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">اضغط هنا للفيديو.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصوير الصور المتوقعة من الديدان لأنها تمر من خلال شعاع الليزر الموسعة. من المهم أن نلاحظ أن هو مقلوب الصورة المسقطة وسوف تظهر الديدان على التحرك في الاتجاه المعاكس لحركتها الفعلية. والديدان التي تنازلي مع الجاذبية يبدو أن التحرك التصاعدي على الشاشة (الشكل 2). </li></ol> 3. إعداد بيانات الفيديو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استيراد الفيديو إلى برنامج تحليل الفيديو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المقياس باستخدام معامل التكبير التي سبق تحديدها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هيئة تنظيم الاتصالاتالمسيخ تشريد خطية من رئيس الديدان الخيطية مظلل مع 10 نقطة على الأقل البيانات عبر المسار بالكامل اتخاذها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> العثور على السرعة في الاتجاه الرأسي من خلال اتخاذ المشتقة (&quot;Y&quot;، &quot;تايم&quot;) وتقسم هذه القيمة من قبل عامل التكبير تحديدها في الخطوة 2.2. </li></ol> 4. تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل النسب خطية من C. ايليجانس: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق للتأكد من أن نقاط البيانات على وضع عمودي مقابل الرسم البياني الوقت تشكل عموما خط مستقيم. يمكن تجاهل بعض الانحرافات بسبب حركة الرأس من الديدان الخيطية. إذا كانت نقاط البيانات عموما تشكل خط مستقيم، انتقل إلى الخطوة 4.1.2، وإلا فإن النسب هو غير الخطية وينبغي مواصلة التحليل باستخدام الخطوة 5.1 في هذا البروتوكول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء خط الانحدار الخطي من المناسب خط مستقيم 12 إلى البيانات من القائمة التحليل. المنحدر من هذا الخط هو ثم سرعة العمودي للC.ايليجانس. المنحدر هو التغيير في الموقف مقسوما على التغيير في الوقت المناسب خلال فترة زمنية معينة. تحديد سرعة نزول الديدان الحية والميتة في هذه الطريقة (الشكل 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متوسط ​​سرعات السباحة الرأسية من الديدان الخيطية. وحجم عينة من نحو 50 الديدان كافية. مقارنة السرعات السباحة في الديدان الحية مع السرعات الانجراف في الديدان الميتة. </li></ol></li></ol> 5. تحليل الحركة غير الخطية من C. ايليجانس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من القسم 3، حدد ملف الفيديو تحليلها، مما يدل على أصل غير الخطية داخل عمود الماء (الشكل 4). ويمكن التعرف على أصل غير الخطية باستخدام الخطوة 4.1.1 في هذا البروتوكول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختر &#39;المنحنى صالح&#39; من القائمة &#39;تحليل&#39; في برنامج تحليل الفيديو. تحديد الدرجة الثانية (الدرجة الثانية) كثيرات الحدود. تناسب المنحنى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للمنطقة من الفائدة، وضبط احتواءه على الرسم البياني عن طريق تحريك الأقواس على كل جانب سو تناسب على الرسم البياني حتى المنحنى هو قريب جدا من نقاط البيانات داخل مناسبا و / أو جيدا داخل أشرطة الخطأ. البرنامج المناسب يعطي تعبير رياضي لمنحنى المجهزة، وهو وضع عمودي مقابل الوقت. النظر في الأخطاء منحنى المجهزة التي قدمها البرنامج المقترن الخصائص الفيزيائية. خطأ النسبية 15٪ أو أقل وعادة ما يكون مقبولا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة المزيد من منحنى يناسب لتغطية أقسام إضافية من البيانات. خدد 13 وظائف للتغطية الأمثل: تأكد من أن منحنى يناسب التداخل ومحاولة محاذاة المنحنيات المجاورة بحيث المباراة المنحدرات في المناطق المتداخلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على سرعة لمنطقة من الاهتمام من خلال اتخاذ مشتق من منحنى المجهزة باستخدام تعبير رياضي حصلت عليه في الخطوة 5.1.3. قد تختلف السرعات في الوقت المناسب. لاحظ أنه مشتق هو المنحدر من وظيفة. يمكن الحصول على المشتقة رياضيا أو بيانيا. في هذه الحالة هو عملية لاستخدام EXPR الرياضية نظراession. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتخاذ المشتق الثاني من منحنيات المجهزة للحصول على التسارع. قد تختلف تسارع في الوقت المناسب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مضاعفة تسارع من قبل دودة الشامل لحساب الاتجاه الذي يمارس الدودة. كتلة المقدرة معقولة هو 3 ميكروغرام على افتراض أن دودة يتكون في معظمه من الماء. </li></ol>

<ol>
	<li>Ward, A., Lie, J., Feng, Z., Xu, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-sensitive+neurons+and+channels+mediate+phototaxis+in+C.+elegans.">Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans.</a> Nature Neurosci. 11, 916-922 (2008).</li><li>Pierce-Shimomura, J. T., Chen, B. L., Mun, J. J., Ho, R., Sarkis, R., McIntire, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+crawling+and+swimming+locomotory+patterns+in+C.+elegans.">Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 105-20987 (2008).</li><li>Vidal-Gadea, A. G., Davis, S., Becker, L., Pierce-Shimomura, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordination+of+behavioral+hierarchies+during+environmental+transitions+in+Caenorhabditis+elegans.">Coordination of behavioral hierarchies during environmental transitions in Caenorhabditis elegans.</a> Worm. 1, 5-11 (2012).</li><li>Berri, S., Boyle, J. H., Tassieri, M., Hope, I. A., Cohen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+locomotion+of+the+nematode+C.+elegans+is+achieved+through+modulation+of+a+single+gait.">Forward locomotion of the nematode C. elegans is achieved through modulation of a single gait.</a> HFSP Journal. 3, 186-193 (2009).</li><li>Keller, H. E., Pawley, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Objective Lenses for Confocal Microscopy. Handbook of Biological Confocal Microscopy. , (2006).</li><li>Conrad, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth+of+Field+in+Depth.">Depth of Field in Depth.</a> Large Format Page Retrieved. , (2011).</li><li>Demtr&#246;der, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser Spectroscopy Basic Concepts and Instrumentation. , (2003).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K., Melikechi, N., Sampson, A., Eells, R., Bello, A., Lueckheide, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Freely+Swimming+C.+elegans+Using+Laser+Diffraction.">Analysis of Freely Swimming C. elegans Using Laser Diffraction.</a> Open J. Biophys. 2 (3), 101-107 (2012).</li><li>Mood, A., Graybill, F., Boes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to the Theory of Statistics. , (1974).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Classical Mechanics. , (2005).</li><li>Magnes, J., Susman, K., Eells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Locomotion+Study+of+Freely+Swimming+Micro-organisms+Using+Laser+Diffraction.">Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction.</a> J. Vis. Exp. (68), (2012).</li><li>Bevington, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. , (1969).</li><li>Lyche, T., Schumaker, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+spline+approximation+methods.">Local spline approximation methods.</a> Journal of Approximation Theory. 15 (4), 294-325 (1975).</li><li>Kim, N., Dempsey, C. M., Kuan, C. -. J., Zoval, J. V., O'Rourke, E., Ruvkun, G., Madou, M. J., Sze, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+Force+Transduced+by+the+MEC-4/MEC-10+DEG/ENaC+Channel+Modulates+DAF-16/FoxO+Activity+in+Caenorhabditis+elegans.">Gravity Force Transduced by the MEC-4/MEC-10 DEG/ENaC Channel Modulates DAF-16/FoxO Activity in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 177, 835-845 (2007).</li></ol>

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

توفر تقنية SWSI وسيلة إضافية لفهم قدرات الحركي من الكائنات الحية المجهرية مثل الديدان الخيطية حرة المعيشة. مع هذه التقنية لقد ميز بين تحرك نشط (السباحة) والانجراف السلبي بسبب الجاذبية تعمل على الديدان الخيطية القتلى. بالإضافة إلى ذلك، عند تغيير الديدان الخيطية السباحة الحرة الاتجاه خلال تحرك في الماء، ونحن قادرون على قياس سحب القوات وقوات الزاوي، والتي تعمل على الديدان الخيطية والديدان الخيطية التي تمارس من قبل. الديدان الخيطية تواجه الظروف البيئية المختلفة داخل التربة. هناك جيوب المياه داخل التربة، وكذلك الجسيمات الصلبة والمواد البيولوجية من مختلف الأشكال والقوام. بالإضافة إلى ذلك، توجد الديدان الخيطية ضمن بيئة الجاذبية التي تستجيب إلى 14. علاوة على ذلك، تتعرض الديدان الخيطية بالقرب من سطح التربة لأطوال موجية مختلفة من الضوء، والتغيرات في درجات الحرارة والرطوبة، وكذلك البيولوجيةالمتغيرات مثل البكتيريا والفطريات والكائنات الحية المفترسة التربة الأخرى. يجب الديدان الخيطية الرد على كل هذه المتغيرات المختلفة، والسباحة والزحف في وسائل الإعلام المختلفة، وتحول وتغيير الاستراتيجيات الملاحية. وتتم كل هذه العمليات الحسابية المعقدة من قبل الخلايا العصبية فقط 302، مجموعة فرعية من التي تشارك في تحرك، و 95 هيئة خلايا العضلات الجدار. قياسات من النوع الذي وصفه تقنية SWSI تقديم نظرة متبصرة في كيفية الديدان الخيطية إنجاز هذا التعقيد الملاحية. بالنسبة للجزء الأول، قمنا بقياس معدل تنازلي العام للwildtype C. ايليجانس في ضوء 633 نانومتر. باستخدام هذه القياسات، ونحن يمكن تقدير قوة السحب لقاءات دودة. لدراسة حالة الديدان الخيطية تسريع، تشارك قوات تغير مستمر منذ التغييرات قوة السحب مع السرعة. هناك بعض التصريحات التي نحن قادرون على جعل عن القوى المؤثرة على دودة. مع تباطؤ الدودة أسفل ويحاول SWايم صعودا المكون العمودي للقوة السحب يقلل حتى يصل إلى الصفر عند نقطة منخفضة من مسار الديدان الخيطية و. عند هذه النقطة، يجب أن يكون دودة قوة التصاعدي لحمام السباحة. هذا الأسلوب يمكن تعديلها بطرق عديدة. يمكن تتبع أي الأنواع المجهرية التي يتنقل في سائل واضحة باستخدام SWSI. ويمكن إجراء دراسات مع أي موجات التي هي في متناول الكاميرات الرقمية. والكاميرات الرقمية اختيار عادة ما يصل أطوال موجية تتراوح بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء إلى قرب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء دراسات الأفقي من خلال توجيه الليزر عموديا إلى أعلى. ويمكن بعد ذلك أن توضع الأنواع على سطح شفاف الأفقية، مثل شريحة المجهر. يمكن ضبط المتوسع شعاع عدسة مكبرة أو بعد المتوسع شعاع شحذ الصور الباهتة. يجب أن يكون المستخدم التأكد من ربط جميع المكونات الى طاولة المفاوضات لضمان اتساق وسهلة محاذاة شعاع. طريقة محدودة بسبب طول الموجة الليزر المتاحةالنظام المنسق والقرار. في جوهرها مزايا هذه الطريقة على المجاهر القائمة، والتي هي المرونة في اتجاهات وموجات، هي أيضا نقاط الضعف منذ الإعداد بسيطة. البصريات وبقع غير متطورة من الليزر تحد من القرار. بعض من هذه العيوب يمكن بالتأكيد أن تتحسن في المستقبل بما في ذلك عن طريق تصفية المكانية وإبراز الصورة مباشرة على كاميرا CCD. يمكن بسهولة أن تعلم الخطوات الأكثر أهمية في البروتوكول كما يتم إجراء التجربة للمرة الأولى. وضع الديدان الخيطية في كفيت دون خلق الاضطراب أمر بالغ الأهمية. أيضا، قد الاهتزازات تخل الإعداد وتغيير سلوك الديدان. ومن المؤكد أن تحد من السلطة، والذي يستخدم لخيال الصورة. وينبغي أن تكون 2 ميغاواط لشعاع الليزر الذي هو 1 ملم في القطر الحد الأقصى لتجنب الآثار التدفئة. وينبغي اختبار الإعداد لنثر الآثار عند استخدام سوائل أخرى من الماء المقطر. حاليا معظم مicroscopes تعمل على المستوى الأفقي باستخدام الضوء أو اللون الأبيض المرشحات، والتي لا تزال واسعة جدا في النطاق الموجي. المجاهر التي تستخدم موجات حقا واحدة ولها المرونة في السيناريو عرض، أي وضع أفقي، وعادة ما تقتصر على ميزة واحدة أو أخرى. أيضا، هذه الأنواع من المجاهر وعادة ما تكون مكلفة للغاية والتي لا تزال تقتصر على طائرات التنسيق على عكس أسلوب لدينا. ويمكن بسهولة أن يبنى الإعداد لدينا بميزانية منخفضة للغاية. هذا الأسلوب هو على استعداد لاستخدامها من قبل المدارس والشركات البيئية فضلا عن غيرها من الكيانات التي تعمل مع التمويل الصغير. في المستقبل، وهذه الطريقة يمكن استخدامها في إعداد متطورة جدا لدراسة الآثار في الوقت الحقيقي على تحرك وmechanosensation الأنواع المجهرية. هذا الأسلوب يجعل الدراسات الطول الموجي واحد في مجموعة واسعة من الزوايا والأعماق المشاهدة متاحة بسهولة.

انواع معينة ايليجانس هو الخيطية التربة المفيدة التي تعيش بحرية وهذا هو كائن نموذج قوية لدراسة آليات تنظيم الجينات، والتنمية، ومؤخرا لفهم البيولوجيا الحسية والسلوك. على الرغم من وجود 302 فقط الخلايا العصبية، C. ايليجانس قادرون على الأنماط المعقدة الحركي والسلوكيات الإنجابية، والملاحة، والكيميائي العديد من السلوكيات الأخرى. C. ايليجانس تمتلك mechanoreceptors، المستقبلات الكيميائية وحتى كشف الأطوال الموجية من الضوء الأزرق (وارد وآخرون، 2008) 1. في حين أن الكثير يعرف عن الدوائر العصبية الحسية وظيفة وأنماط الحركي العام في C. ايليجانس، لا يعرف الكثير عن الردود على عدة محفزات المتزامنة أو أكثر تعقيدا من الظروف البيئية يمكن أن تكون على غرار تحت المجهر. وقد كشفت بعض الدراسات أنماط الحركي أكثر تعقيدا التي هي 2،3،4 البلاستيك للغاية. سيكون لدينا منهجية تمكين دراسات نواعمatodes في الحل في الوقت الحقيقي حيث أننا يمكن أن توفر بسهولة الظروف البيئية متعددة في نفس الوقت. هذا السؤال من الصعب معالجة باستخدام تقنيات التصوير التقليدية القائمة على المجهر. قمنا بتطوير تقنية التصوير التي تسمح لنا لوضع الديدان الخيطية ضمن عمود الماء لدراسة السلوكيات الحركي، فضلا عن تحديد قدرات الديدان الخيطية لتغيير تحرك استجابة لظروف بيئية مختلفة. ويرد واحد الطول الموجي الظل التصوير (SWSI) في هذه الورقة لأول مرة لمعالجة أوجه القصور في المجاهر التقليدية. المجاهر التقليدية تقتصر على مراقبة الأنواع في طائرة التنسيق الأفقي بضعة ميكرونات في عمق 5،6. بخصوص الدراسات الطول الموجي واحد، ومعظم المجاهر التقليدية استخدام مرشحات لونية لتصفية الضوء الأبيض على نطاق واسع جدا، وعادة، 50-100 نانومتر. باستخدام الليزر لSWSI يضيق اختيار الطول الموجي إلى أقل من 1 نانومتر مع الحفاظ على علامةشدة الضوء ificant 7. وبالمثل، استخدمت موجات واحدة لقياس الترددات السباحة C. ايليجانس في الوقت الحقيقي 8. لأول مظاهرة من أسلوبنا، نحن نراقب الوضع الأفقي، والعاشر، والوضع الرأسي، ص، من السباحة بحرية C. ايليجانس في عمود الماء، على مسافة حوالي سنتيمتر واحد. على وجه الخصوص، ونحن مهتمون في الحركة العمودية منذ الجاذبية يعمل أيضا عموديا. المنحدر من نوبة خطية إلى الوضع الرأسي يعطي السرعة الرأسية، والخامس ص، من الديدان الخيطية لأنه ينزل في عمود الماء: <img alt="صيغة" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> (1) جذر متوسط ​​مربع الخطأ (RMSE) 9 يشير إلى نوعية تناسب ويشير إلى ما إذا كانت السرعة الهابطة هو ثابت عموما. ثم يتم حساب متوسط ​​سرعات الرأسي للمجموعة شرق افريقياالأنواع ساعة والديدان الميتة. باستخدام هذه النتائج، والسحب، والتي يمكن أن تقدر تجربة الديدان. للمظاهرة الثانية من أسلوبنا، اخترنا C. ايليجانس التي لم تنزل بمعدل ثابت على عكس غالبية الديدان ملاحظتها. الديدان اختيارها إما استدار وسبح صعودا أو حلقت لفترة من الوقت قبل مواصلة النسب. جسديا، وتبين دراسة الحالة هذه أن فحوى الكائنات الحية الدقيقة السباحة يمكن حسابها. قوانين نيوتن تملي أن الجسم الذي يغير الاتجاهات يسرع، مما يعني قوة الشبكة، <img alt="الفورمولا 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> ، هو بناء على تلك الهيئة (10): <img alt="الفورمولا 2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> (2) حيث <img alt="ع" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" /> هوالزخم الخطي ور هو الوقت. تسارع دودة يتناسب طرديا مع القوة المؤثرة على دودة منذ كتلة دودة لا تزال مستمرة. ونتيجة لذلك، فإن القوة الصافية العمودي هو: <img alt="صيغة 3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> (3) حيث m هي كتلة من دودة وذ يمثل التسارع العمودي. القوة الصافية في الاتجاه الرأسي يمثل دودة ثم التوجه في نفس الاتجاه. ويمكن حساب التوجه الكلي من خلال اتخاذ المكون الأفقي في الاعتبار.

<table><tbody><tr><td>Tunable Helium-Neon laser&amp;nbsp;</td><td>Research Electro-Optics</td><td>30602</td><td>Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm.</td></tr><tr><td>2 Front Surface Aluminum Mirrors</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-F01</td><td></td></tr><tr><td>High Speed Exilim Camera</td><td>Casio</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quartz Cuvette</td><td>Starna Cells</td><td>21/G/5</td><td></td></tr><tr><td>LoggerPro (Software)</td><td>Vernier</td><td></td><td>http://www.vernier.com/products/software/lp/</td></tr><tr><td>Mathematica 8</td><td>Wolfram</td><td></td><td>http://www.wolfram.com/</td></tr><tr><td>5x-10x variable zoom Galilean beam expander</td><td>Thorlabs</td><td>BE05-10-A</td><td></td></tr><tr><td>Plano-convex lens with a positive focal length of 75 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1257</td><td></td></tr></tbody></table>

single wavelength shadow imaging of caenorhabditis elegans locomotion including force estimates

وتوضح هذه الدراسة تقنية غير مكلفة وبسيطة التي تسمح للقياس الخصائص الفيزيائية مثل الموقع والسرعة والتسارع والقوات المشاركة في السلوك الحركي من الديدان الخيطية معلقة في عمود من الماء ردا على موجات واحدة من الضوء. ونحن لشرح كيفية تقييم تحرك لكائن المجهري باستخدام الطول الموجي واحدة الظل التصوير (SWSI) باستخدام اثنين من أمثلة مختلفة. المثال الأول هو دراسة منهجية وقابلة للحياة إحصائية من متوسط ​​نزول C. ايليجانس في عمود من الماء. لهذه الدراسة، كنا الأحياء منهم والأموات wildtype C. ايليجانس. عندما قارنا سرعة واتجاه حركة نشطة الخيطية مع النسب السلبية من الديدان الميتة ضمن مجال الجاذبية، وأظهرت هذه الدراسة أي اختلاف في النسب مرات. كان متوسط ​​النسب 1.5 ملم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية لكل من الديدان الحية والميتة باستخدام 633 نانومتر متماسكةضوء. المثال الثاني هو دراسة حالة فردية حدد C. ايليجانس تغيير الاتجاه خلال النسب في عمود الماء العمودي. ويتم تحليل التسارع والقوة في هذا المثال. يوضح دراسة الحالة هذه على نطاق الخصائص الفيزيائية الأخرى التي يمكن تقييمها باستخدام SWSI حين تقييم السلوك باستخدام موجات واحد في بيئة لا يمكن الوصول إليه مع المجاهر التقليدية. باستخدام هذا التحليل قدرنا على الديدان الخيطية الفرد قادر على الجة مع قوة تزيد على 28 ن ن. النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أن الديدان التي تعيش بذل ن ن 28 عندما تحول، أو تتحرك ضد مجال الجاذبية. المزيد من النتائج تشير إلى أن الديدان الخيطية تنحدر بشكل سلبي في عمود من الماء، ولكن يمكن أن تقاوم بنشاط قوة الجاذبية في المقام الأول عن طريق تحويل الاتجاه.

أصل ثابت أظهر التحقيق الأولى لا فرق مميزة في معدلات الهابطة من C. ايليجانس خلال SWSI باستخدام 633 نانومتر. تم العثور على معدلات الهابطة لتكون ثابتة عند 1.5 مم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية لكل من يعيش والأموات C. ايليجانس. وحجم عينة من 50 الديدان ولدت الفرق معقول من 7٪ لكلا المعيشة والديدان الميتة. ليس هناك تسارع بناء على الديدان منذ سرعة تنازلي مستمر، حتى أن قوة السحب تساوي قوة الجاذبية ناقص قوة الطفو. هذا يعني أن كثافة دودة أكبر بقليل من الماء؛ ومع ذلك، من أجل تقديرات أقل من ذلك لا تزال عملية لنفترض أن كثافة من الديدان الخيطية هو ما يقرب من ذلك من المياه. تغيير اتجاه التحقيق الثاني، دراسة حالة، يدل على أن الديدان قادرة على تغيير الاتجاه ويمكن أن تسبح صعودا ضدالجاذبية. تم تركيب اثنين من منحنيات إلى تشريد العمودي للالخيطية بحيث يمكن محزوزة المشتقات الثاني من تلك المنحنيات لرسم بياني التسارع مقابل الزمن (الشكل 5). &#160; فإنه من المستحسن أن تبقي النظام متعدد الحدود عند أدنى مستوى ممكن مع الحفاظ مناسبا. أمر متعدد الحدود الدنيا أقل يشير التباين في تسارع مع مرور الوقت. شروط متعدد الحدود العليا سوف يكون النظام يكاد يذكر، وبالتالي لا لزوم لها، إذا كان النظام من متعدد الحدود عالية جدا. يتباطأ هذه الدودة بمعدل ثابت من 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2، يستدير ويسرع في نفس المعدل 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2 حتى بعد فترة وجيزة نقطة تحول. وC. تواصل ايليجانس التحرك إلى الأعلى مع تسارع تناقص 1،252-،00708 ر مم في / ثانية 2 حتى يسقط التسارع من الصفر. مع الأخذ في الاعتبار المعادلة. 3، وكتلة دودة تقدر ب 3 &amp; #956؛ غرام، الدودة يخضع لقوة صافية العمودي، F نيويورك، من 0.33 السندات الإذنية حتى بعد فترة وجيزة من نقطة تحول. النسب: هناك ثلاثة أنواع من القوى المؤثرة على الدودة حتى يصل إلى نقطة تحول دودة: الجاذبية، جر، الطفو والتوجه (الشكل 6A). القوة صافي يساوي مجموع ناقلات لجميع القوى الثلاث. نحن هنا النظر في مكونات العمودية فقط: F ني = F + F دي تاي-F + F ز ب (4) حيث F هي القوة B الطفو. F ز تساوي في حجمها ولكن العكس في الاتجاه للقوة الطفو على افتراض أن كثافة الدودة هو أن من الماء. مكافئ. 4 ثم يمكن كتابتها على النحو التالي: F ني = F + F دي تاي (5) F ني يبقى ثابتا خلال النسب. هذا يعني أنF + F تاي دى لا تزال مستمرة حتى تصل إلى نقطة تحول الديدان الخيطية. F دى هو أكبر في الجزء العلوي، والذي هو بداية الطريق، ويقلل تدريجيا إلى الصفر حتى سرعة الصفر عند نقطة تحول حين F تاي يجب زيادة للحفاظ F ني ثابتة. التحول: ليس هناك قوة السحب في الاتجاه الرأسي عند نقطة تحول منذ السرعة الرأسية يساوي الصفر عند تلك النقطة. القوات الوحيدة التي تعمل في الاتجاه الرأسي هي الجاذبية، و- F ز، الطفو، F B والتوجه دودة العمودي، F تاي، كما هو مبين في الشكل 6B. عند هذه النقطة، وفحوى C. يمكن تحديد ايليجانس: F = F تاي ني (6) التوجه في الجزء السفلي من المسار ومن ثم يساوي تقريبا 0.33 السندات الإذنية، وهي عبارة عن 0.001٪ من الوزن الدودة. مع الأخذ بعينالاعتبار أن الوزن المقدر، F ز من C. ايليجانس هو 28 ن ن، الصعود: وبالمثل، أثناء الصعود، ولكن الزيادات السحب وأشار إلى أسفل (الشكل 6C): F ني =-F + F دي تاي (7) يجب أن يكون التوجه تنفذها دودة حتى الآن أكبر ويساوي مجموع قوة السحب والوزن. الدودة يتباطأ بعد بداية لحمام السباحة. السباحة حتى في نفس المعدل كما ينحدر الدودة، فإن الدودة يجب أن تمارس الاتجاه التصاعدي لمرتين على الأقل وزنه. تحليق ويرد مثال على الدودة التي تبطئ هبوطه لمدة 3 ثانية في الشكل 7. &#160; A متعدد الحدود 3 درجة الثالثة هي نوبة معقولة للمسار العام. الأخطاء في التسارع والسرعة من هذا مناسبا هي أقل من 15٪. يبدأ دودة مع upwa كبيرة<html> التوجه الثالث، يبطئ ويبدأ في الالتفاف في 68 ثانية؛ ومع ذلك، يقلل من التسارع الصعودي مستمر (الشكل 8) &#160; حتى يساوي تسارع صافي الصفر حوالي 68.5 ثانية. وهذا يؤدي في النهاية إلى تسارع صافية في الاتجاه الهبوطي تليها نقطة الصفر آخر في سرعة (الشكل 9) &#160; والديدان الخيطية يبدأ في النزول مرة أخرى في 69 ثانية. ومن المثير للاهتمام أن الحد الأقصى لوحظ تسارع العمودي في هذه الحالة هو 2.7 ملم / ثانية 2. تسارع في نقطة تحول هي 0.455 ملم / ثانية و 2 - 0.455 ملم / ثانية 2 على التوالي؛ حوالي أربع مرات أكبر مما كانت عليه في حالة الديدان الخيطية التي يستدير وتسبح فوق. باستخدام المعادلة. 6، فإنه يمكن تقدير أن الاتجاه التصاعدي حوالي 1.32 السندات الإذنية في نقطة تحول أولا. في نقطة تحول ثانية، تسارع الصافي هو سلبي بحيث الاتجاه التصاعدي هو 1.32 السندات الإذنية. <html> س: together.within المحافظة على صفحة = &quot;دائما&quot;&gt; <img alt="الشكل 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> الشكل 1. الإعداد التجريبية. الليزر، وشعاع المتوسع، والعدسة والشاشة هي ضرورية لإعداد التجريبية. قد يتم حذف المرايا التوجيه والثقوب، ولكن سوف تجعل المحاذاة البصرية أقل استقرارا. <img alt="الرقم 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> ومن المتوقع الرقم 2. صورة واحدة الطول الموجي الظل (SWSI). باستخدام 2 ميغاواط من 543 نانومتر ضوء الليزر ظل دودة على شاشة. هو مقلوب الصورة بحيث تظهر الديدان الخيطية في الانخفاض صعودا. 424/51424fig3highres.jpg &quot;سرك =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; الرقم 3. عمودي النسب من wildtype جيم واحد ايليجانس في عمود الماء. كان مظلل هذه الديدان الخيطية من خلال 633 نانومتر ضوء متماسكة. المنحدر من نوبة خطي يشير إلى سرعة الهبوط من 1.09 ملم / ثانية ± 0.01 ملم / ثانية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> الشكل 4. الرسم البياني النزوح من واحد إلى أعلى السباحة wildtype C. ايليجانس. اثنين من نوبات محزوزة تتبع مسار الشامل من الديدان الخيطية. المشتق الثاني من صالح يكشف عن التسارع. يتم تحديد الحد الأقصى لتسريع بسهولة من نوبة الأولى: 0.110 مم<html> / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2. يتم عرض سوى عدد قليل من أشرطة الخطأ بحيث تظل نقاط البيانات وتناسب مرئية. وقد تعقبت هذه الديدان الخيطية من خلال 633 نانومتر ضوء متماسكة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> الرقم 5. تسريع الرسم البياني لwildtype جيم واحد ايليجانس. يحافظ على هذه الديدان الخيطية تسارع الصعودي مستمر من 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2 الامر الذي ادى الى ابطاء ثم التحرك صعودا. بعد فترة وجيزة من نقطة التحول يقلل من تسارع مطرد وتسارع صافي يقلل إلى الصفر.<html> ز &quot;الهدف =&quot; _blank &quot;&gt; الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. <img alt="الرقم 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> الرسوم البيانية الشكل 6. قوة للأصل، نقطة وصول. الطفو والجاذبية تحول متساوون في المقدار ومضاد له في الاتجاه بحيث تأثير هذه القوى يلغي كل منهما الآخر. ولذلك لا يظهر أنها في هذه المخططات. (أ) دودة ينحدر مع السحب والتوجه إلى الارتفاع. (ب) الدودة هو عند نقطة منخفضة من مسار دون السحب. التوجه إلى الارتفاع. (ج) دودة تصاعدي مع السحب إلى الانخفاض في حين التوجه إلى الارتفاع. &quot;سرك =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; الرقم 7. الرسم البياني النزوح من الديدان الخيطية تحوم احد. يبطئ الدودة أسفل ويبدأ بدوره حولها في حوالي 68 ثانية ولكن يبدأ تنازلي حول 69 ثانية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> . الرقم 8 تسريع الرسم البياني من الديدان الخيطية تحوم احدة تبدأ هذه الدودة مع تسارع الصعودي من 2.7 ملم / ثانية 2، تنخفض إلى الصفر، ولها التسارع من الهبوط في نهاية المطاف - 2.6 ملم / ثانية 2 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض أكبر قيود التصدير الطوعية</a>ايون من هذا الرقم. <img alt="الرقم 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> الرقم 9. الرسم البياني السرعة من الديدان الخيطية تحوم احد. تأتي هذه الدودة إلى توقف في 68 ثانية ويبدأ في التوجه التصاعدي، ويبطئ سرعة تصل إلى الصفر في الاتجاه العمودي في 69 ثانية تليها النسب. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الجدول 1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> الجدول 1. سرعات النسب متوسط ​​N2 C. ايليجانس. وآر 50 و 50 حي الديدان الخيطية القتلىacked خلال النسب. متوسط ​​سرعة النزول لهو نفسه ليعيش والديدان الميتة: 1.5 ملم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية.

Watch this Scientific Journal Video about Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates at JoVE.com

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

تقنية المعروضة هنا يقيس مسار السباحة بحرية الأنواع المجهرية باستخدام التعرض الطول الموجي واحد. C. وتستخدم لإثبات ايليجانس التصوير الظل كبديل غير مكلفة لالمجاهر مكلفة. هذه التقنية يمكن تكييفها لاستيعاب مختلف التوجهات، والبيئات والأنواع لقياس الاتجاه والسرعة والتسارع والقوات.

واحد الطول الموجي الظل التصوير من<em&gt; انواع معينة ايليجانس</em&gt; تقديرات تنقل القوة بما في ذلك

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, ...

single-wavelength-shadow-imaging-caenorhabditis-elegans-locomotion

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Unit 1

Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

9.1K Views.  Vassar College.  تقنية المعروضة هنا يقيس مسار السباحة بحرية الأنواع المجهرية باستخدام التعرض الطول الموجي واحد. C. وتستخدم لإثبات ايليجانس التصوير الظل كبديل غير مكلفة لالمجاهر مكلفة. هذه التقنية يمكن تكييفها لاستيعاب مختلف التوجهات، والبيئات و...

Video: Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction

Soil and aquatic microscopic organisms live and behave in a complex three-dimensional environment. Most studies of microscopic organism behavior, in contrast, have been conducted using microscope-based approaches, which limit the movement and behavior to a narrow, nearly two-dimensional focal field.1 We present a novel analytical approach that provides real-time analysis of freely swimming C. elegans in a cuvette without dependence on microscope-based equipment. This approach consists of tracking the temporal periodicity of diffraction patterns generated by directing laser light through the cuvette. We measure oscillation frequencies for freely swimming nematodes.
Analysis of the far-field diffraction patterns reveals clues about the waveforms of the nematodes. Diffraction is the process of light bending around an object. In this case light is diffracted by the organisms. The light waves interfere and can form a diffraction pattern. A far-field, or Fraunhofer, diffraction pattern is formed if the screen-to-object distance is much larger than the diffracting object. In this case, the diffraction pattern can be calculated (modeled) using a Fourier transform.2
C. elegans are free-living soil-dwelling nematodes that navigate in three dimensions. They move both on a solid matrix like soil or agar in a sinusoidal locomotory pattern called crawling and in liquid in a different pattern called swimming.3 The roles played by sensory information provided by mechanosensory, chemosensory, and thermosensory cells that govern plastic changes in locomotory patterns and switches in patterns are only beginning to be elucidated.4 We describe an optical approach to measuring nematode locomotion in three dimensions that does not require a microscope and will enable us to begin to explore the complexities of nematode locomotion under different conditions.

Microscopic organisms like the free-swimming nematode C. elegans, live and behave in a complex three-dimensional environment. We report on a novel approach that provides analysis of C. elegans using diffraction patterns. This approach consists of tracking the temporal periodicity of diffraction patterns generated by directing laser light through a cuvette.

دراسة كمية تحرك بحرية من حوض الكائنات الحية الدقيقة باستخدام حيود الليزر

Soil and aquatic microscopic organisms live and behave in a complex three-dimensional environment. Most studies of microscopic organism behavior, in ...

Bioengineering

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and pathways as well as its ease of cultivation. Several C. elegans disease models have been reported, including neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease (PD), which involves the degeneration of dopaminergic (DA) neurons 1. Both transgenes and neurotoxic chemicals have been used to induce DA neurodegeneration and consequent movement defects in worms, allowing for investigations into the basis of neurodegeneration and screens for neuroprotective genes and compounds 2,3.
Screens in lower eukaryotes like C. elegans provide an efficient and economical means to identify compounds and genes affecting neuronal signaling. Conventional screens are typically performed manually and scored by visual inspection; consequently, they are time-consuming and prone to human errors. Additionally, most focus on cellular level analysis while ignoring locomotion, which is an especially important parameter for movement disorders.
We have developed a novel microfluidic screening system (Figure 1) that controls and quantifies C. elegans' locomotion using electric field stimuli inside microchannels. We have shown that a Direct Current (DC) field can robustly induce on-demand locomotion towards the cathode ("electrotaxis") 4. Reversing the field's polarity causes the worm to quickly reverse its direction as well. We have also shown that defects in dopaminergic and other sensory neurons alter the swimming response 5. Therefore, abnormalities in neuronal signaling can be determined using locomotion as a read-out. The movement response can be accurately quantified using a range of parameters such as swimming speed, body bending frequency and reversal time.
Our work has revealed that the electrotactic response varies with age. Specifically, young adults respond to a lower range of electric fields and move faster compared to larvae 4. These findings led us to design a new microfluidic device to passively sort worms by age and phenotype 6.
We have also tested the response of worms to pulsed DC and Alternating Current (AC) electric fields. Pulsed DC fields of various duty cycles effectively generated electrotaxis in both C. elegans and its cousin C. briggsae 7. In another experiment, symmetrical AC fields with frequencies ranging from 1 Hz to 3 KHz immobilized worms inside the channel 8.
Implementation of the electric field in a microfluidic environment enables rapid and automated execution of the electrotaxis assay. This approach promises to facilitate high-throughput genetic and chemical screens for factors affecting neuronal function and viability.

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

A semi-automated micro-electro-fluidic method to induce on-demand locomotion in Caenorhabditis elegans is described. This method is based on the neurophysiologic phenomenon of worms responding to mild electric fields (&#x201C;electrotaxis&#x201D;) inside microfluidic channels. Microfluidic electrotaxis serves as a rapid, sensitive, low-cost, and scalable technique to screen for factors affecting neuronal health.

انجذاب كهربي المستندة ميكروفلويديك للتحليل الكمي بناء على الطلب<em&gt; انواع معينة ايليجانس</em&gt; &#39;تنقل

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and ...

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column inside an optical cuvette. A 632 nm continuous wave HeNe laser is directed through the cuvette using front surface mirrors. A significant distance of at least 20-30 cm traveled after the light passes through the cuvette ensures a useful far-field (Fraunhofer) diffraction pattern. The diffraction pattern changes in real time as the nematode swims within the laser beam. The photodiode is placed off-center in the diffraction pattern. The voltage signal from the photodiode is observed in real time and recorded using a digital oscilloscope. This process is repeated for 139 wild type and 108 &#34;roller&#34; C. elegans. Wild type worms exhibit a rapid oscillation pattern in solution. The &#34;roller&#34; worms have a mutation in a key component of the cuticle that interferes with smooth locomotion. Time intervals that are not free of saturation and inactivity are discarded. It is practical to divide each average by its maximum to compare relative intensities. The signal for each worm is Fourier transformed so that the frequency pattern for each worm emerges. The signal for each type of worm is averaged. The averaged Fourier spectra for the wild type and the &#34;roller&#34; C. elegans are distinctly different and reveal that the dynamic worm shapes of the two different worm strains can be distinguished using Fourier analysis. The Fourier spectra of each worm strain match an approximate model using two different binary worm shapes that correspond to locomotory moments. The envelope of the averaged frequency distribution for actual and modeled worms confirms the model matches the data. This method can serve as a baseline for Fourier analysis for many microscopic species, as every microorganism will have its unique Fourier spectrum.

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to distinguish different nematodes using far-field diffraction signatures. We compare the locomotion of 139 wild type and 108 &#34;Roller&#34; C. elegans by averaging frequencies associated with the temporal Fraunhofer diffraction signature at a single location using a continuous wave laser.

"تحليل حيود من العيش" على أساس فورييه ايليجانس كاينورهابديتيس

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column ...

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 ...

Neuroscience

Calcium Imaging in Freely Behaving Caenorhabditis elegans with Well-Controlled, Nonlocalized Vibration

Nonlocalized mechanical forces, such as vibrations and acoustic waves, influence a wide variety of biological processes from development to homeostasis. Animals cope with these stimuli by modifying their behavior. Understanding the mechanisms underlying such behavioral modification requires quantification of neural activity during the behavior of interest. Here, we report a method for calcium imaging in freely behaving Caenorhabditis elegans with nonlocalized vibration of specific frequency, displacement, and duration. This method allows the production of well-controlled, nonlocalized vibration using an acoustic transducer and quantification of evoked calcium responses at single-cell resolution. As a proof of principle, the calcium response of a single interneuron, AVA, during the escape response of C. elegans to vibration is demonstrated. This system will facilitate understanding of neural mechanisms underlying behavioral responses to mechanical stimuli.

Calcium Imaging in Freely Behaving Caenorhabditis elegans with Well-Controlled, Nonlocalized Vibration

Reported here is a system for calcium imaging in freely behaving Caenorhabditis elegans with well-controlled, nonlocalized vibration. This system allows researchers to evoke nonlocalized vibrations with well-controlled properties at nano-scale displacement and to quantify calcium currents during responses of C. elegans to the vibrations.

تصوير الكالسيوم في سلوك حر Caenorhabditis elegans مع اهتزاز غير موضعي يتم التحكم فيه بشكل جيد

Nonlocalized mechanical forces, such as vibrations and acoustic waves, influence a wide variety of biological processes from development to homeostasis. ...

Behavior

Comparative Analysis of Experimental Methods to Quantify Animal Activity in Caenorhabditis elegans Models of Mitochondrial Disease

Caenorhabditis elegans is widely recognized for its central utility as a translational animal model to efficiently interrogate mechanisms and therapies of diverse human diseases. Worms are particularly well-suited for high-throughput genetic and drug screens to gain deeper insight into therapeutic targets and therapies by exploiting their fast development cycle, large brood size, short lifespan, microscopic transparency, low maintenance costs, robust suite of genomic tools, mutant repositories, and experimental methodologies to interrogate both in vivo and ex vivo physiology. Worm locomotor activity represents a particularly relevant phenotype that is frequently impaired in mitochondrial disease, which is highly heterogeneous in causes and manifestations but collectively shares an impaired capacity to produce cellular energy. While a suite of different methodologies may be used to interrogate worm behavior, these vary greatly in experimental costs, complexity, and utility for genomic or drug high-throughput screens. Here, the relative throughput, advantages, and limitations of 16 different activity analysis methodologies were compared that quantify nematode locomotion, thrashing, pharyngeal pumping, and/or chemotaxis in single worms or worm populations of C. elegans at different stages, ages, and experimental durations. Detailed protocols were demonstrated for two semi-automated methods to quantify nematode locomotor activity that represent novel applications of available software tools, namely, ZebraLab (a medium-throughput approach) and WormScan (a high-throughput approach). Data from applying these methods demonstrated similar degrees of reduced animal activity occurred at the L4 larval stage, and progressed in day 1 adults, in mitochondrial complex I disease (gas-1(fc21)) mutant worms relative to wild-type (N2 Bristol) C. elegans. This data validates the utility for these novel applications of using the ZebraLab or WormScan software tools to quantify worm locomotor activity efficiently and objectively, with variable capacity to support high-throughput drug screening on worm behavior in preclinical animal models of mitochondrial disease.

Comparative Analysis of Experimental Methods to Quantify Animal Activity in Caenorhabditis elegans Models of Mitochondrial Disease

This study presents protocols for two semi-automated locomotor activity analysis approaches in C. elegans complex I disease gas-1(fc21) worms, namely, ZebraLab (a medium-throughput assay) and WormScan (a high-throughput assay) and provide comparative analysis among a wide array of research methods to quantify nematode behavior and integrated neuromuscular function.

تحليل مقارن للطرق التجريبية لقياس النشاط الحيواني في نماذج Elegans Caenorhabditis من مرض الميتوكوندريا

Caenorhabditis elegans is widely recognized for its central utility as a translational animal model to efficiently interrogate mechanisms and therapies of ...

التصوير القائم على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans

A Smartphone-Based Imaging Method for C. elegans Lawn Avoidance Assay

When exposed to toxic or pathogenic bacteria, the nematode Caenorhabditis elegans displays a learned lawn avoidance behavior, in which the worms gradually leave their food source and prefer to remain outside the bacterial lawn. The assay is an easy way to test the worms' ability to sense external or internal cues to properly respond to harmful conditions. Though a simple assay, counting is time consuming, particularly with multiple samples, and assay durations that span overnight are inconvenient for researchers. An imaging system that can image many plates over a long period is useful but costly. Here, we describe a smartphone-based imaging method to record lawn avoidance in C. elegans. The method requires only a smartphone and a light emitting diode (LED) light box, to serve as a transmitted light source. Using free time-lapse camera applications, each phone can image up to six plates, with sufficient sharpness and contrast to manually count worms outside the lawn. The resulting movies are processed into 10 s audio video interleave (AVI) files for every hourly time point, then cropped to show each single plate to make them more amenable for counting. This method is a cost-effective way for those looking to examine avoidance defects and can potentially be extended to other C. elegans assays.

تسليط الضوء على المؤلف: طريقة تصوير قائمة على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans  

This article describes a simple, low-cost method of recording the lawn avoidance behavior of Caenorhabditis elegans, using readily available items such as a smartphone and a light emitting diode (LED) light box. We also provide a Python script to process the video file into a format more amenable for counting.

طريقة تصوير قائمة على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans

When exposed to toxic or pathogenic bacteria, the nematode Caenorhabditis elegans displays a learned lawn avoidance behavior, in which the worms gradually ...

FIM Imaging and FIMtrack: Two New Tools Allowing High-throughput and Cost Effective Locomotion Analysis

The analysis of neuronal network function requires a reliable measurement of behavioral traits. Since the behavior of freely moving animals is variable to a certain degree, many animals have to be analyzed, to obtain statistically significant data. This in turn requires a computer assisted automated quantification of locomotion patterns. To obtain high contrast images of almost translucent and small moving objects, a novel imaging technique based on frustrated total internal reflection called FIM was developed. In this setup, animals are only illuminated with infrared light at the very specific position of contact with the underlying crawling surface. This methodology results in very high contrast images. Subsequently, these high contrast images are processed using established contour tracking algorithms. Based on this, we developed the FIMTrack software, which serves to extract a number of features needed to quantitatively describe a large variety of locomotion characteristics. During the development of this software package, we focused our efforts on an open source architecture allowing the easy addition of further modules. The program operates platform independent and is accompanied by an intuitive GUI guiding the user through data analysis. All locomotion parameter values are given in form of csv files allowing further data analyses. In addition, a Results Viewer integrated into the tracking software provides the opportunity to interactively review and adjust the output, as might be needed during stimulus integration. The power of FIM and FIMTrack is demonstrated by studying the locomotion of Drosophila larvae.

FIM is a novel, cost effective imaging system designed to track small moving objects such as C. elegans, planaria or Drosophila larvae. The accompanying FIMTrack program is designed to deliver fast and efficient data analysis. Together, these tools allow high-throughput analysis of behavioral traits.

FIM التصوير وFIMtrack: اثنان أدوات جديدة تسمح عالية الإنتاجية والتكلفة تحليل تحرك الفعال

The analysis of neuronal network function requires a reliable measurement of behavioral traits. Since the behavior of freely moving animals is variable to ...

واحد الطول الموجي الظل التصوير من

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

دراسة كمية تحرك بحرية من حوض الكائنات الحية الدقيقة باستخدام حيود الليزر

انجذاب كهربي المستندة ميكروفلويديك للتحليل الكمي بناء على الطلب

"تحليل حيود من العيش" على أساس فورييه ايليجانس كاينورهابديتيس

C. ايليجانس تتبع وقياس السلوكية

تصوير الكالسيوم في سلوك حر Caenorhabditis elegans مع اهتزاز غير موضعي يتم التحكم فيه بشكل جيد

تحليل مقارن للطرق التجريبية لقياس النشاط الحيواني في نماذج Elegans Caenorhabditis من مرض الميتوكوندريا

طريقة تصوير قائمة على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans

طريقة تصوير قائمة على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans

طريقة تصوير قائمة على الهاتف الذكي لمقايسة تجنب العشب C. elegans

FIM التصوير وFIMtrack: اثنان أدوات جديدة تسمح عالية الإنتاجية والتكلفة تحليل تحرك الفعال