Visuell vermittelte Odor-Tracking während des Fluges in Drosophila

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir, wie Sie die erworbenen Video-Bild für eine olfaktorische magnetisch-Leine (OMT) Geräte zu optimieren. Wir beschreiben auch zwei Beispiele für experimentelle Protokolle für die Untersuchung visuell-olfaktorischen Fusion.

Zusammenfassung

Fliegende Insekten benutzen visuelle Hinweise, um ihre Position in einem Wind-Strom zu stabilisieren. Viele Tiere zusätzlich track Gerüche in den Wind. Als solche visuellen Stabilisierung der Wind Tracking direkt Hilfen in Geruch Tracking-Systems. Aber olfaktorischen Signale direkt beeinflussen visuelle Nachverfolgung Verhalten unabhängig von Wind cues? Darüber hinaus haben die jüngsten Fortschritte in der olfaktorischen Molekulargenetik und Neurophysiologie Roman quantitative Verhaltensanalysen motiviert, das Verhalten Einfluss von (zB) genetisch inaktiviert spezifischen olfaktorischen Aktivierung Schaltungen zu beurteilen. Wir modifizierten ein magnetisches Tether System ursprünglich für Vision Experimente durch die Ausrüstung der Arena mit schmalen Laminar-Flow-Geruch Federn entwickelt. Hier haben wir auf Experimenten, die durchgeführt werden, nachdem eine Fliege angebunden werden und kann in der Lage, in der magnetischen Arena navigieren zu konzentrieren. Wir zeigen, wie man Video-Bilder für Messkörper Winkel optimiert, wie man Stallgeruch Tracking Richter zu erwerben, und wir zeigen zwei Versuche, um den Einfluss von visuellen Hinweisen auf den Geruch Tracking zu untersuchen.

Protokoll

Die OMT ist eine Adaption eines magnetischen Leine System ¹ entwickelt, um eine virtuelle Wolke Simulator ² zu integrieren. Folgende Protokolle werden erklären, wie man die erworbenen Video-Bilder (Teil 1) zu optimieren und führen zwei Arten von grundlegenden visuell-olfaktorischen Experimente (Teil 2 & 3).

Teil 1: Video Acquisition

Optimierung des Videobildes ist entscheidend für die Qualität der erfassten Daten. Befolgen Sie diese Schritte für saubere Bilder.

1. Legen Sie einen frisch gebundenen Fliege in die Arena mit einer Pinzette.
2. Positionieren Sie den FireWire-Board-Kamera (Fire-I 1394store.com) unter dem klaren Acryl-Vakuumkammer, so dass die Kamera-Ansicht direkt nach oben durch die Kammer ist, durch ein Glasrohr, an der ventralen Seite des angebundenen fliegen. Achten Sie darauf, dass es keine IR-Filter-Beschichtung auf der Linse des Video-System.
3. Zur Beleuchtung der Fliege, verwenden Sie eine kreisförmige Anordnung von Infrarot-LEDs (Small-Parts Inc) knapp unter dem LED-Panels positioniert. Fokus jeweils auf Körper der Fliege LED individuell für eine gleichmäßige Ausleuchtung.
4. Um Blendung durch das Panel-System zu reduzieren und visuelle Hinweise von der Fliege beobachtet zu minimieren, ist es nützlich zu beschichten alle reflektierenden Oberflächen innerhalb der Kamera-Ansicht mit flache schwarze Farbe. Raumbeleuchtung sollte abgeschaltet werden, um Blendung und Helligkeitsmodulationen nachweisbar durch die Fliege ins Auge zu reduzieren.
5. Sichtprüfung das Kamerabild. Die Fliege sollte helle, weiße gegen einen schwarzen Hintergrund. Wenn das Bild unscharf ist das Objektiv Möglicherweise müssen fokussiert werden. Wenn die Fliege ist dunkel, kann die LED-Arrays werden unscharf oder nur unzureichend für eine angemessene Beleuchtung mit Strom versorgt. Wenn der Hintergrund enthält helle Objekte, mount eine Platte aus schwarzem Flock Papier knapp über die Fliege Hintergrund Reflexion zu minimieren.
6. Wir erwerben Video mit benutzerdefinierten Subroutinen in Matlab geschrieben mit dem Image Acquisition Toolbox.

Teil 2: Die Fliege finden den Geruch plume

Ein einfaches Experiment in der OMT ist die Beobachtung ein hungriger (verhungert) fliegen Ortung und dann aktiv verfolgen eine Fahne von attraktiven Speisen Geruch. Die Manipulation der visuellen Umgebung beeinflusst die Fliege Fähigkeit, robust Nachverfolgen der appetitive Lebensmittel Geruch. Beachten Sie, dass Experimente in der Regel werden in zufälliger Block-Format ausführen, um eine Tendenz in der experimentellen zu minimieren. Alle externen Hardware-(Gas-Multiplexer, LED-Arena, Video-Akquisition) werden durch eigene Software-Routinen in Matlab (Mathworks) geschrieben wurde.

1. Legen Sie einen frisch gebundenen Fliege in die Arena mit einer Pinzette.
2. Vor jedem Experiment mit der visuellen Darstellung, drehen die Fliege für mehrere Umdrehungen ³ bis glatte Bewegung um die gesamten 360 Hochachse zu gewährleisten. Wenn die Fliege nicht spinnen nicht reibungslos verwerfen. Wenn das Problem weiterhin besteht, ist die wahrscheinliche Ursache falsch ausgerichtete Magneten. Hinweis: Wenn die Verteilung der Arena Überschrift für mehrere Trajektorien während der Spin-Studie zeigt signifikante Peaks (dh nicht über 360 Grad flach), gibt es wahrscheinlich eine Orientierung Bias aufgrund von falsch ausgerichteten Magneten.
3. Präsentieren Sie die Fliege mit dem folgenden Beispiel experimentellen Bedingungen in zufälliger Reihenfolge: i) mit hohem Kontrast Streifenmuster mit Wasserdampf, die aus der Geruchs-Anschluss; ii) mit hohem Kontrast Streifenmuster mit attraktiven Geruch Dampf; iii) eine einzige vertikale Streifen 90 Grad versetzt aus dem Wasserdampf Düse, und iv) einer 90-Grad-Streifen mit Geruch Dampf ausgeglichen. In unserer Erfahrung, Arbeit Intervallen von 30 Sekunden gut für Experimente, in denen Fliegen herausgefordert, den Geruch Quelle auf ihren eigenen zu finden sind. Wir erwerben Video mit 30 Hz für die Dauer der einzelnen experimentellen Bedingungen und die Analyse der Bilder offline mithilfe von benutzerdefinierten Software-Routinen in Matlab geschrieben (eine der nützlichsten eingebauten Matlab-Funktionen ist regionprops.m die geometrischen Eigenschaften einer Ellipse Analysen.
4. Bei der Verwendung von hohen Konzentrationen Geruch kann Rest-Geruch aus dem Geruch Port freigegeben, nachdem der Geruch ist ausgeschaltet. Zur Minimierung der Auswirkungen ausgerichtet diesem haben, ist es sinnvoll, die fliegen für ein paar Sekunden Spin mit einem rotierenden Panorama, damit das System zu spülen restliche Geruch kann.
5. Es ist auch vorteilhaft für visuell drehen the fly zwischen experimentellen Behandlungen (i) halten die Fliegen aktiv in das Experiment und (ii) zu halten Fliegen aus den verbleibenden an einer Stelle beschäftigt. Ein Beispiel experimentieren können der folgenden Reihenfolge: i) 22. Eingangsdiagnostik Spin; ii) 5 Sekunden Zwischenschleudern; iii) 22. Zustand Paar Nr. 1; iv) 5 Sekunden Zwischenschleudern; v) 22. Zustand Paar Nr. 2.

Teil 3: Die Fliege bleibt innerhalb der Geruch plume

Ein zweites grundlegendes Experiment in der OMT ist die visuelle drag eine Fliege in einem Geruch plume, sofort die visuelle Bedingungen, und messen Sie dann die Fähigkeit, in die Feder zu bleiben. Auch hier beachten Sie, dass alle Versuche in einer zufälligen Block forma sind fertigt zu minimieren Bias in experimentellen bestellen.

1. Legen Sie einen frisch gebundenen Fliege in die Arena mit einer Pinzette.
2. Optisch drehen (Spin) der Fliege mehrmals rund um die Arena vor jedem Experiment als diagnostisches überprüfen, um sicherzustellen, dass das Tier die Fähigkeit zur Orientierung in jeder Richtung hat (siehe Teil 2.2).
3. Vor jeder Bedingung, von der experimentellen Geruch (Wasser oder Essig) abbiegen und visuell "ziehen" die Fliege in die Wolke durch oszillierende eine kleine vertikale Streifen an der Position der Fahne. Dieser nutzt die leistungsstarke Streifen Fixierung Verhalten der Fliegen [4] beobachtet.
4. Nun, da die Fliege orientiert die Fahne ist, entfernen Sie die oszillierenden Streifen und Gegenwart der folgenden Beispiel-Visual Bedingungen: i) einen hohen Kontrast Panorama Streifen mit Wasserdampf (Abb. 1A); ii) einheitlichen Hintergrund mit Wasserdampf (Abb. 1B); iii) mit hohem Kontrast Panorama Streifen mit Geruch Dampf (Abb. 1C); iv) einheitliche Hintergrund mit Geruch Dampf (Abb. 1D). Erwerben Sie Video als in 2.3. Ein Beispiel Experiment haben die fließenden Reihenfolge: i) 22. Eingangsdiagnostik Spin; ii) 5 Sekunden plume Streifen Schwingung; iii) 22. Zustand Paar Nr. 1; iv) 5 Sekunden plume Streifen Schwingung; v) 22. Zustand Paar Nr. 2 .

Repräsentative Ergebnisse:

Abbildung 1

Teil 1 erläutert, wie die OMT-Videobilder zu optimieren. Das Videobild sollte einen klaren Blick auf das beleuchtete Fliege auf einem dunklen schwarzen Hintergrund. Allzu helle Bilder können durch die Reduzierung Hintergrund Störungen, die Verringerung der Intensität der IR-LEDs, oder durch Ausschalten der Raumbeleuchtung verbessert werden. Wenn die Fliege nicht richtig beleuchtet ist, kann die Anpassung der Fokus der IR-LEDs oder die Modulation der Intensität der IR-LEDs das Problem zu beheben. Die Teile 2 und 3 beschreiben einfache Experimente durchzuführen, um den ordnungsgemäßen Betrieb eines OMT zu überprüfen. In allen Fällen sollte eine Fliege visuell "gezwungen" werden (via optomotorischen Antworten), um mehrere Umdrehungen in der Arena zu drehen, um eine reibungslose und vollständige Beweglichkeit zu gewährleisten. In Teil 2 eine Fliege ist gefordert, einen Geruch Feder auf seinen eigenen finden. Um die Fliege in dem Experiment beteiligt zu halten, um die Wirkung von Restgeruch Freisetzung zu reduzieren und fliegt von Pflege eine einzige Position während des gesamten Versuchs zu halten, ist es sinnvoll, optisch drehen die Fliege für ein paar Sekunden zwischen den Versuchen. Eine Fliege sollte nie lokalisiert eine Wasserdampf-Fahne zu einem erheblichen Grad, und sollte immer einen Geruch zu lokalisieren plume in die Gegenwart reichen Panorama visuelle Hinweise. In Teil 3 eine Fliege ist visuell direkt in einen Duft plume gezerrt und aufgefordert, seine Position innerhalb der Rauchfahne gegen eine Vielzahl von stationären visuellen Hintergrund zu halten. Wenn die Fliege in eine Wasserdampf-Fahne gezogen wird, sollte es schnell abwenden. Wenn die Fliege in einen Geruch Fahne gezogen wird, und es gibt genügend visuelle Hinweise, um robuste Tracking zu vermitteln, wird das Haar in der Wolke verbleiben.

Diskussion

Die Bildaufnahme für dieses System nutzt eine günstige firewire board Kamera und Software in Matlab geschrieben. Klare Bilder sind von entscheidender Bedeutung für den Erhalt von genauen Daten Spuren. Die oben beschriebenen Strategien sind nützlich für die Reinigung Bilder in diesem System. Andere Video-Tracking-Verfahren für dieses System wurden ¹ beschrieben. Darüber hinaus könnte das System leicht modifiziert, um Echtzeit-Video-Tracking erweitert werden. Das Beispiel experimentelle Protokolle hier ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Firewire camera	1394store.com	Fire-I board camera BW	4.3mm lens no IR coating
IR LEDs	Small Parts, Inc.
Black spray paint	Rustoleum		Flat black
Black flock paper	Edmund Scientific
Panel system	Caltech		3
Matlab 2006a	Mathworks		Image acquisition toolbox