Diese Arbeit wurde von der Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) und den Canadian Institutes of Health Research (CIHR) unterstützt.

Dieses Verfahren entspricht den Anforderungen der Universität von Ottawa Animal Care Committee. Kein Interessenkonflikt erklärt. Bitte beachten Sie die Tabelle der Materialien und Reagenzien für die Marken und Modelle der Geräte und unten aufgeführten Materialien. Benutzerdefinierte schriftliche Spike2 und MATLAB-Skripten und Beispieldaten werden in der Supplemental-Datei bereitgestellt. 1. Aquarium Tank und Isolation Chamber-Setup <ol><li> Anti-v ibration Boden. Konstruieren Sie ein Anti-Vibrations-Oberfläche (2,1 mx 2,1 m) durch Stapeln von Gummi-Pads, akustische Styropor-, Meeres-Sperrholzplatte, und Polyurethan-Schaumstoff-Pads von unten nach oben (Abbildung 1A). Legen Sie vier Holzständer (5 cm x 10 cm) auf der Sperrholzplatte, um die Kanten des Aquarium zu unterstützen. </li><li> Bodenheizung. Legen Sie eine elektrisch abgeschirmte Heizelement über thermisch abgestuft Schaumstoffpolsterung (siehe Abbildung 1D unten). Decken Sie das Heizelement mit einem Metalllic Netz für elektrische Abschirmung. </li><li> Räumliche Tank. Konstruieren Sie eine breite und flache Aquarium (1,8 mx 1,8 mx 30 cm) mit 1,3 cm dicken Glasplatten, L-förmige Aluminiumrahmen und Aquarium-Silikon (siehe Abbildung 1A) gemildert. Decken Sie die Unterseite des Tanks mit einem großen Bogen weißem Hintergrund zu hohe Abbildungs ​​Kontrast zu schaffen (siehe Protokoll Nr. 3). </li><li> Teilen Sie das Aquarium in eine zentrale Arena (1,5 m Durchmesser) und vier Eck-Fächern (siehe Abbildung 1B) durch die Installation Wände (22,5 cm hoch) von Acrylplatten (matt weiß, 0,64 cm dick) hergestellt. <ol><li> Biegen vier Acrylplatten (22,5 cm x 102,7 cm) durch Anwendung von Wärme zu vier gebogenen Wandabschnitte zu erstellen, und befestigen Sie sie mit Silikon abdichten, um die zentrale Arena von den vier Eck-Fächer zu trennen, um den Tankboden. Lassen Sie 20 cm Abstand zwischen den Kurvenabschnitten für die Gate-Installation. </li><li> Separate Nachbar Eckfächer durch die Installation von vier Doppelwände with 15 cm Lücken, die zusätzliche elektrische Isolierung und Orte für Unterwassersensoren wie ein Hydrophon bieten. </li></ol></li><li> Montieren Sie vier motorisierte Tore, und installieren Sie sie zwischen den Fächern Ecke und der zentralen Arena. <ol><li> Zubauen vier Türrahmen, wie in Fig. 1C gezeigt. Neues sechs Bohrungen (0,64 cm tief) an jedem Türrahmen einzubetten Nylon Hutmuttern (0,64 cm Durchmesser Gewinde) und sichern Sie diese mit Epoxidharz. </li><li> Cut vier Türverkleidungen aus Acryl-und Kautschukbahnen und Erstellen sechs Bohrungen (0,64 cm Durchmesser) auf Acryl-und Gummiplatten für die Verriegelung. Schließen Sie sich der Acryl-und Gummiplatten mit Silikon Abdichten. </li><li> Installieren Acryl-Scharniere, die Türverkleidungen mit den Türrahmen anzuschließen. </li><li> Berg Schwenkarme Servomotoren auf, und installieren Sie sie auf der Oberseite der Türrahmen (siehe Abbildung 1C). Machen Schleifen mit Kabelbindern um die Schwenkarme an den Türverkleidungen verbinden. </li><li> Positionieren Sie die Gate-Baugruppen auf der gaps zwischen den gekrümmten Wandabschnitte erstellt, und befestigen Sie sie mit Silikon Abdichten. </li><li> Verbinden Sie alle Servomotoren an eine Servosteuerung, und schließen Sie es an eine Stromquelle und einem Computer über eine aktive USB-Verlängerungskabel. Testen Sie die Tore mit dem Servo-Controller mitgelieferte Steuersoftware. </li><li> Nachdem das Silikon aushärtet, überprüfen Sie die Dichtheit durch Sperren alle Tore mit Nylon-Schrauben und füllt ein Fach nach dem anderen. </li></ol></li><li> Isolationskammer. Konstruieren Sie eine Isolationskammer, um das Aquarium umgeben und blockieren externen Quellen von Licht, Klang und elektrischen Störungen (siehe Abbildung 1D). <ol><li> Machen Sie drei Wandplatten (2 mx 2 mx 5 cm) und vier Türverkleidungen (1,9 mx 0,95 mx 5 cm). Für jedes Panel, kommen Aluminium-Formteile (5 cm x 2,5 cm), um einen rechteckigen Rahmen zu schaffen, und nieten eine weiße Kunststoff-Wellplatte auf der Aluminiumrahmen. Füllen akustische Fiberglas Batts in den Panels, und schließen mit einem schwarzen Kunststoffwellplatte.</li><li> Legen Sie drei Wandplatten auf dem Anti-Vibrations-Stock, und installieren Stangenscharniere, die vier Türverkleidungen auf den Wandplatten anzuschließen. </li><li> Umgeben die Isolationskammer mit Aluminium-Gitter und Boden greift auf allen Seiten einen Faradayschen Käfig zu schaffen. </li></ol></li><li> Feuchteregelung. Installieren Sie eine geräuscharme Abluftventilator (1F oben), um überschüssige Feuchtigkeit Aufbau von Heizung entfernen. Setzen Sie den Abluftventilator mindestens 2 m entfernt von der Aufnahme-Website, und installieren Sie einen Luftkanal zwischen der Isolationskammer und der Abgasventilator. </li><li> Routinemäßig überwachen und die Bedingungen des Tankwassers und Tiere halten. <ol><li> Mit konstanter Wasserbedingungen bei 10 cm Tiefe, 100 uS / cm Leitfähigkeit und pH 7,0 durch Zugabe von Wasser oder Salz-Stammlösung (siehe Knudsen 33 für das Rezept). In eine Tüte Korallenbruch, wenn der pH-Wert unter 6,5. </li><li> Installieren vertikale Aquarienfilter, die aus flachen Wasser zur Reinigung bedienen und kannBelüftungszwecken (1F unten). Trennen Sie die Filter und nehmen Sie sie aus dem zentralen Arena während der Aufnahme-Sessions. </li><li> Mehlwürmer liefern Live auf dem Boden des Behälters durch Anbringen sie auf Saugnäpfe mit Gummibändern. Vermeiden frei schwebenden Beute wie blackworms unkontrollierte Fütterung von streunenden Beute während der Aufnahme zu vermeiden. </li></ol></li></ol> 2. EOD-Tracking <ol><li> Elektroden-Installation. Zubauen acht Graphitelektroden und Raum sie gleichmäßig auf der gekrümmten Wand der zentralen Bereich. <ol><li> Erhalten Zeichnung Leitungen (15 cm in der Länge; Mars Carbon 2 mm Typ HB) und rasieren Sie die äußere Beschichtung der Leitungen. </li><li> Schneiden Sie acht 10 cm Segmente Koaxialkabel (RG-174), wickeln Sie das Kabel Kern, um ein Ende der Graphitstäbe, und wenden Sie Schrumpfschlauch über sie für starke und stabile elektrische Verbindung. Bringen BNC-Buchse Anschlüsse auf den gegenüberliegenden Enden (2A links). &lt;/ Li&gt; <li> Positionieren Sie die Elektroden auf der Wand durch Abkleben und gelten dünne Streifen Klebeband auf den Elektrodenoberflächen aus Silikon schützen. Bewerben Silikondichtmasse, die Elektroden dauerhaft zu halten, und entfernen Sie alle Band vor den Silikon härtet (2A rechts). </li></ol></li><li> Aufbau acht Kabelanordnungen durch Messen des Abstands von jeder Elektrode zu der Verstärkereinheit, und Schneid Koaxialkabel (RG-54) in der Länge. Bringen BNC-Steckverbinder an beiden Enden der Kabel. </li><li> Verwenden Sie die Kabelbaugruppen, alle Elektroden an der Verstärkereinheit zu verdrahten. Verstärken differentiell durch Paarung zwei 90 ° ausgerichtet Elektroden (siehe Abbildung 2B), und Boden alle Koaxialabschirmhülse Drähte, indem sie mit dem Faradayschen Käfig. </li><li> Stellen Sie die Verstärkung des Verstärkers unter der Signalsättigungsgrenze, und Anwendung eines Bandpassfilters (200 Hz-5 kHz), um Rauschen zu entfernen. Digitalisieren Sie die vier Aufzeichnungselektrodenpaaren bei 40 kS / sec. </li><li> OnlineSignalverarbeitung. Die Hinweise sind für die Spike2 Software geschrieben und die Parametereinstellungen für Gymnotus sp optimiert. (Siehe Abbildung 2C für Zusammenfassung). <ol><li> Schreibe einen DC entfernen Prozess (τ = 0,1 s) auf alle Aufzeichnungskanäle. </li><li> Fügen Sie einen Rectify Prozess für alle Aufnahmen Kanäle. </li><li> Erstellen Sie einen virtuellen Kanal, der durch Addition aller vier Aufzeichnungskanäle. </li><li> Extrahieren Sie eine unimodale Umschlag pro EOD Impuls, der durch das Hinzufügen von ein RMS (root-mean-squared, <img alt="" fo:content-width="40px" src="/files/ftp_upload/50962/50962_clip_image002.gif" width="70px" /> ) Verfahren (τ = 0,25 ms), um den virtuellen Kanal, zur Erzeugung eines einzelnen Peaks pro EOD Zyklus eindeutig bestimmen die Impulszeit. </li><li> Erstellen Sie ein Realmark-Kanal von den virtuellen Kanal und notieren Sie die Zeit und die Werte der Spitzenamplituden, nach Setzung einer angemessenen Schwelle, alle EOD Impulse wi erfassenThout fehlt ein Impuls, und vermeidet Fehlalarme. </li><li> Überwachung der momentanen EOD Rate in Echtzeit, indem Sie die Option des Realmark-Kanal Kanalanzeige einer momentanen Frequenzmodus. </li><li> Überwachen Sie den Fisch Bewegung in Echtzeit durch Duplizieren der Realmark-Kanal, und stellen Sie die Anzeigeoption auf eine Wellenform-Modus. </li><li> Quantifizieren Sie eine Aktivität aus den RMS des EOD Amplitudensteigung durch die Schaffung einer virtuellen Kanal aus der Realmark-Kanal (0,01 Sekunden Messzeit) und fügen Steigung (τ = 0,25 ms) und RMS (τ = 0,5 ms) Prozesse. </li><li> Exportieren Sie die Realmark-Kanal im Spike2 Software auf die MATLAB-Format. </li></ol></li></ol> 3. Synchronisierte Video-Tracking <ol><li> Erstellen Sie eine Hintergrundszene. <ol><li> Ausblenden jedes Objekt, das eine Reflexion auf der Wasseroberfläche durch Abdecken mit Folie matt weiß Arbeitsplatte wirft. </li><li> Installieren Sie eine matte whiteWellkunststoffplatte 15 cm unterhalb der Decke, die Kamera und die Entlüftungs verstecken. </li><li> Drucken Gittermuster auf einem großen weißen Blatt Papier zur Kalibrierung einer Kamera, und legen Sie sie unter dem Tank, um ein kontrast Hintergrund zu liefern. </li></ol></li><li> Installieren Lichtquellen. <ol><li> Erhalten IR-LED-Leuchten und Entfernen eingebauten Lüfter um Lärm zu reduzieren. Fahren Sie die LED mit einem Strom-geregelte Gleichstromversorgung außerhalb des Faraday-Käfig gesetzt. </li><li> Installieren IR-LED-Leuchten für die Bildgebung in der Finsternis, und weiße LED-Leuchten für den Antrieb eines Tageslichtzyklus in der Test Fisch. Direkt alle Lichtquellen in Richtung Decke auf indirekte und gleichmäßige Ausleuchtung (3A) zu erreichen. </li><li> Regulieren Sie die Tageslichtzyklus durch den Antrieb des weißen LED-Leuchten mit einem Timer-gesteuerten Schalter (z. B. 12 h on/12 h aus). </li></ol></li><li> Installieren Sie eine Kamera direkt über dem Aquarium. <ol><li> Besorgen Sie sich einen NIR-empfindlichen Kamera, oder entfernen Sie einen IR-Sperr filter durch Aufbrechen einer dünnen Folie aus getöntem Glas auf der Rückseite der Linsenanordnung. Stellen Sie sicher, weit genug, um das ganze Bild zentralen Arena der Betrachtungswinkel ist. </li><li> Machen Sie ein kleines Sichtloch in der Mitte der Deckenplatte und legen Sie die Kamera direkt über das Loch. </li><li> Installieren Sie einen weißen Schutzring um das Objektiv, wenn die Lichtquellen erzeugen starrt. </li></ol></li><li> Machen Sie eine zeitsynchrone Videoaufzeichnung. <ol><li> ViaMichelin für eine IR-LED an einer der vier Ecken Tank zu Zeit Synchronisationsimpulse (1 ms Dauer, 10 sec Zeitraum) zu erzeugen. Hinzufügen eines Lastbegrenzungswiderstand (1 k) in Serie, und treiben die IR-LED von einem Digital-Ausgang des Digitalisierers Hardware. </li><li> Verwenden Sie Video-Recording-Software mit der Kamera, wenn verfügbar gebündelt. Wählen Sie die höchste Aufnahmequalität (zB die verlustfreie Kompression) und die höchsten Auflösungen unterstützt. </li><li> Starten Sie das Video-Aufzeichnung unmittelbar vor Beginn des EOD-Aufnahme, und stoppen Sie die Videoaufnahme Immeunmittelbar nach dem EOD-Aufnahme. </li><li> Nach der Aufzeichnung, wandeln die Bildnummern am Digitizer Zeiteinheit durch lineare Interpolation zwischen der ersten und der letzten von der Signal Digitizer und der Videoaufzeichnung erfasst Lichtimpulse. </li></ol></li><li> Automatisierte Bildverfolgungs Die Hinweise sind für die Bildverarbeitung MATLAB Toolbox geschrieben, und nutzen Sie seine Funktionen. Eine benutzerdefinierte MATLAB-Skript wird mit dieser Vorlage für die automatisierte Bildverfolgungs Verfügung gestellt. <ol><li> Importieren Sie Video. Importieren Sie eine Video-Aufnahme-Datei direkt auf der MATLAB-Arbeitsbereich mit &quot;Videoreader. Gelesen&quot;-Funktion. </li><li> Erstellen Sie ein zusammengesetztes Bild Hintergrund durch Kombination von zwei Einzelbildern. Ersetzen der Bildbereich von einem Tier mit einem unbesetzten Bild der gleichen Region von einem anderen Rahmen (siehe Fig. 3B) besetzt. </li><li> Geben Sie einen Bildbereich zu, indem eine kreisförmige Maske um die zentrale Arena, die ein auszuschließen verfolgenrea außen (3B unten), und vermehren sich durch einen konstanten (r int), um eine Mindestschwelle für Intensitätsdifferenz eingestellt. Sie beispielsweise rucken = 0,85 wird die Intensitätsschwankungen zu unterdrücken = 15% - unter dem Hintergrund (1 r int). </li><li> Bild Subtraktion. Subtrahieren Sie einen Bildrahmen (= IM k) von dem Hintergrundbild (= IM-0), um den Differenzbild (= ΔIM k) zu erhalten. Verwenden unsigned integer numerische Genauigkeit, um die Bildintensitätswerte als nicht-negativen ganzen Zahlen zu speichern. </li><li> Segment das Differenzbild durch Anlegen einer Intensitätsschwelle von der graythresh Funktion bestimmt. Reinigen Sie das Bild mit dem binären bwmorph Funktion, und wählen Sie die größte Blob entsprechend eines Tieres nach Berechnung aller Blob Gebieten mit der Funktion regionprops. </li><li> Bestimmen Sie den Schwerpunkt und Hauptorientierung einxis der größte Klecks durch Anwenden der regionprops Funktion und dreht das Bild, um die Hauptachse mit der x-Achse auszurichten. Teilen Sie das Bild, um Kopf-und Heckteile im Schwerpunkt (3D oben). </li><li> Bestimmen Sie die Hauptachse des Kopfteils, und drehen Sie das gesamte Bild mit der x-Achse (Abbildung 3D unten links) auszurichten. Fit Begrenzungsboxen rund um die Kopf-und Schwanzteile parallel zu ihren Hauptachsen mit der regionprops Funktion. </li><li> Bestimmen Sie die mittlere y-Koordinaten des Blobs an der linken, mittleren und rechten vertikalen Kanten der Begrenzungsrahmen (grüne Punkte in 3D unten), und weisen Sie sie fünf Spielpunkte (Kopf-Spitze, mid-Kopf, Körpermitte , Mid-Schwanz, Schwanzspitze). </li><li> Prozess aufeinanderfolgenden Rahmen nach Bild beschneiden Rahmen an Schwerpunkt des Tieres aus seiner vorherigen Rahmen bestimmt zentriert. </li><li> Die Kopforientierung manuell zuweisen für das erste Bild, und verwenden Sie einen Punkt-Produkt zwiscen der Orientierungsvektoren aus zwei aufeinanderfolgenden Frames automatisch die Kopforientierung. Überprüfen Sie das Ergebnis, und die Kopforientierung manuell drehen, wenn sie falsch zugeordnet. </li></ol></li><li> Zeichnen Sie ein Tier und Weise, indem die Kopf-Tipps und glatt mit Median-und Durchschnitts Filter (n = 3), wenn sie einen nervösen Auftritt hat. Überlagern die Flugbahn mit einem Hintergrundbild und interpolieren Fisch Mittellinien mit den fünf Merkmalspunkte (siehe Abbildung 2E). </li><li> Berechnen Sie die durchschnittliche EOD Rate an jedem Bildaufnahmezeit durch Resampling der momentanen EOD Rate (100 Hz Abtastrate) und Mittelung (0,0625 Sek. Zeitfenster). Zeichnen Sie die Flugbahn in Pseudo-Farben aus der Zeit abgestimmt EOD Rate bestimmt und überlagert mit einem Hintergrundbild (siehe Abbildung 2F). </li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Bedeutung unserer Techniken. Zusammenfassend zuerst beschrieben wir den Bau eines großen Aquarium und eine Isolationskammer zu spontanen Erkundungsverhalten von WEF hergestellt beobachten. Weiter haben wir gezeigt, die Technik der Aufnahme und die Verfolgung der EOD Rate und die Bewegungszustände von Fisch ungebremst in Echtzeit über mehrere Elektrodenpaare. Schließlich haben wir beschrieben, die Infrarot-Videoaufzeichnungsverfahren durch Wasser in einem zeitsynchron und das Bildverfolgungsalgorithmus, um d...

Hintergrund. Quantitative Versuche über das Verhalten von Tieren (z. B. Zwangs Wahl, Stoßvermeidung, T-Labyrinth, etc.) Werden in der Regel verwendet, um spezifische Hypothesen zu untersuchen über sensorisch-motorischen Fähigkeiten, Lernen und Gedächtnisbildung. , Vermissen jedoch diese restriktiven Experimente viel von dem Reichtum an natürlichen Verhalten der Tiere und werden wahrscheinlich in stark vereinfachte Modelle der zugrunde liegenden neuronalen Grundlagen von Verhalten führen. Experimente unter naturalistischen Bedingungen sind daher eine wichtige Ergänzung, durch die wir näher erkunden eine Art Verhaltensrepertoire. Experimente mit frei beweglichen Tieren müssen jedoch ansprechen einzigartige technische Herausforderungen wie bewegungsinduzierte Aufnahme Artefakte. Anders als Stimulus hervorgerufene Reaktionen, spontan auftretende Erkundungsverhalten nicht vorhergesagt werden, somit Versuchspersonen müssen ständig überwacht und über einen längeren Zeitraum verfolgt werden. Spezifische Forschungsfragen can am besten durch sorgfältig ausgewählte Organismen und verfügbaren technischen Tools angesprochen werden. Zum Beispiel sind optische Aufzeichnungs-und Stimulationstechniken wie genetisch codierten Calciumsensoren 1 und 2 Optogenetik wurde erfolgreich eingesetzt, um frei beweglichen genetischen Modellorganismen 3-5. Alternativ können miniaturisierte neuronalen Telemetriesysteme erfassen und frei bewegen zu stimulieren kleine Tiere 6,7. Elektrische Fische. WEF-Arten erzeugen elektrische Orgel Entladungen (EOD), die sie an die unmittelbare Umgebung erfassen oder über größere Entfernungen kommunizieren. Zeitlichen Muster der EOD variieren unter verschiedenen Bedingungen wie Selbst Bewegungen 8,9, Sinnesreize 10,11, 12,13 und soziale Interaktionen. Pulse-Typ-WEF Arten produzieren eine Folge von diskreten Impulsen, im Gegensatz zu Wave-Arten, die quasi-kontinuierliche Sinuswellenformen zu erzeugen. Im Allgemeinen impulsartige Spezies weisen morE EOD variable Rate im Vergleich zu den Wellentyp-Spezies und Tiere &quot;EOD Raten Neuheit Inhalt ihrer sensorischen Umgebung 10,14 eng reflektieren. Puls-Typ-Arten können die inter-Pulsintervall (IPI) in einer einzigen Impulszyklus verkürzen sofort reagieren in ein neues Sinnesstörung (Neuheit Antwort 10,11,14). Die anhaltende elektrische Verhalten dieser Fische können durch unkontrollierte Sinnesreize von außen gestört werden, und verschiedene Arten von Reizen wie Vibration, Klang, Elektrizität und Licht sind bekannt Trigger Neuheit Antworten. Daher müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um während einer Langzeitbeobachtung von frei schwimm WEF blockieren oder abschwächen externe Sinnesreize werden. Auf diese Weise können Änderungen in der EOD Rate und Bewegungsbahnen speziell auf Reize vom Experimentator dargestellt zurückzuführen. Aquarium Tank-und Isolationskammer. Deshalb platziert mehrere Schichten von schwingungsdämpfenden Materialien under ein großes Aquarium (2,1 mx 2,1 mx 0,3 m) und umgeben den Tank mit einem isolierten Gehäuse für externe Lichtquellen, elektrisches Rauschen, Ton-und Wärmefluss blockieren. EOD Rate ist abhängig von der Umgebungstemperatur 15,16, also die Wassertemperatur wurde dicht an einem tropischen Bereich (25 ± 1 ° C) für die südamerikanischen Arten WEF geregelt. Wir konstruierten einen großen und flachen (10 cm Wassertiefe) Tank zu Sondierungs räumliche Verhalten der WEF vor allem in zwei Dimensionen (Abbildung 1A) eingeschränkt beobachten. Der Tank wurde in eine zentrale Arena räumliche Verhalten zu beobachten, und vier Ecken Fächer unterteilt ist, um einzelne Fische einzeln aufzunehmen (Fig. 1B). Jedes Abteil wurde wasserdicht gebaut, um eine elektrische Kommunikation zwischen Individuen zu verhindern. Zugang der Tiere zu der zentralen Bühne wurde von außen durch vier motorisierten Gates gesteuert. Die Tore wurden zwischen den Abteilen platziert, und sie wurde als wasserdicht verschlossenvon Nylon-Flügelmuttern. Keine Metallteile wurden verwendet, Unterwasser seit WEF reagieren empfindlich auf Metalle. EOD Aufnahme. EOD in einer stereotypen Art und Weise durch die Aktivierung der einzelnen (in Mormyrids) oder mehrere räumlich verteilte elektrische Organe (in Gymnotiforms) 17,18 erzeugt. Zeitliche Modulationen in der EOD Rate geordneten neuronalen Aktivitäten zu offenbaren, da die Markschrittmacher erhält direkten neuronalen Eingänge von höheren Hirnregionen wie dem Zwischenhirn prepacemaker Kern, die wiederum erhält axonalen Projektionen aus dem Vorderhirn 19. Jedoch muss der EOD Zeit sorgfältig aus einem rohen Wellenaufnahme extrahiert werden und nicht durch die Bewegung induzierte Verzerrungen des Tieres vorgespannt ist. Das elektrische Feld durch eine WEF erzeugt als Dipol angenähert werden, so EOD Impulsamplituden an Aufzeichnungselektroden von den relativen Abstände und Orientierungen zwischen dem Tier und den Elektroden 8,20. Tierselbst movemEltern verändern die relative Geometrie zwischen dem Tier und den Elektroden, wodurch Bewegungen bewirken, dass die EOD-Amplituden bei verschiedenen Elektroden mit der Zeit in einer flüchtigen Weise zu variieren (siehe Abbildung 2B im Juni et al. 8). Außerdem Eigenbewegungen auch die Form der aufgezeichneten Wellenformen EOD ändern, denn relativen Beiträge von anderen Satz von der elektrischen Organe hängen von ihren Standorten entlang der Körperlänge und ihre lokalen Krümmungen durch Schwanzbiege eingeführt. Die Bewegungs-induzierten Verzerrungen in den EOD Amplituden und Formen können zu ungenauen und unzuverlässigen EOD Zeitmessungen führen. Wir überwanden diese Probleme durch die Mittelung mehrerer räumlich EOD Wellenformen an verschiedenen Orten aufgenommen und durch Zugabe einer Hülle Extraktionsfilter genau bestimmen die EOD Timing von einer frei schwimm WEF. Darüber hinaus misst unsere Technik auch EOD Amplituden, die anzeigen, ob ein Tier ruht oder aktiv bewegt, basierend auf der Änderung des EODAmplituden über die Zeit (siehe Abb. 2E und 2F). Wir nahmen differentiell verstärkten Signale von den Aufzeichnungselektrodenpaare auf Gleichtaktrauschen zu reduzieren. Da die EOD-Impulse werden in unregelmäßigen Zeitabständen erzeugt, das EOD Ereigniszeit-Serie haben eine variable Abtastrate. Der EOD Zeitreihen auf einen konstanten Abtastrate durch Interpolation, wenn durch eine analytische Werkzeug der Wahl erforderlich umgewandelt werden. Video-Aufnahme. Obwohl EOD Aufnahme kann eine Brutto-Bewegungsaktivität eines Tieres zu überwachen, ermöglicht Videoaufzeichnung direkte Messungen der Körperposition und Haltung eines Tieres. Nah-Infrarot (NIR)-Beleuchtung (λ = 800 ~ 900 nm) erlaubt ungestörten visuelle Beobachtung von frei schwimmenden Fischen 21,22, da WEFs sind am aktivsten in der Finsternis und ihre Augen sind nicht empfindlich auf NIR-Spektrum 23,24. Die meisten digitalen Bildsensoren (zB CMOS-oder CCD) kann mit der NIR-Spektrum erfassen wavelength Bereich zwischen 800 bis 900 nm, nach dem Entfernen eines Infrarot-(IR)-Sperrfilter 25. Einige High-End-Consumer-Webcams bieten High-Definition-, weite Betrachtungswinkel und eine gute Low-Light-Empfindlichkeit, die eine Bildqualität vergleichbar oder überlegen professionelle IR-Kameras an viel höhere Kosten produzieren kann. Darüber hinaus werden bestimmte Verbraucher-Grade-Webcams mit Recording-Software, die eine längere Aufnahmedauer ermöglicht durch Komprimieren Video ohne Qualitätsverlust gebündelt. Die meisten Profi-Kameras bieten die Zeitsynchronisation TTL Impulsausgänge oder TTL Triggerimpulseingänge 26 für die Ausrichtung des Timing zwischen dem Video mit den digitalisierten Signale, aber diese Funktion ist in der Regel in Consumer-Webcams fehlt. Jedoch kann die Zeitsteuerung zwischen einer Videoaufzeichnung und einem Signal-Digitalisierer genau durch gleichzeitige Erfassung einer periodisch blinkenden IR-LED mit der Kamera und dem Digitalisierer Signal abgestimmt werden. Die Anfangs-und die endgültige IR Impulszeit kann verwendet werden, eines zwei Zeitkalibrierungsmarkierungen zur Umwandlung der Video-Frame-Nummern an die Signal Digitalisierer Zeiteinheit und umgekehrt. Lighting &amp; Hintergrund. Bildaufnahme durch Wasser kann technisch anspruchs aufgrund von Lichtreflexionen auf der Wasseroberfläche sein. Die Wasseroberfläche kann als Spiegel fungieren, um eine visuelle Szene über Wasser, und obskuren visuellen Merkmale Unterwasser reflektieren, und so muss die Szene über Wasser gesichts gemacht, um visuelle Störungen zu verhindern. Um das ganze Bild Aquarium, braucht eine Kamera direkt über dem Wasser platziert werden, und sollte sie hinter der Decke über einem kleinen Sichtloch versteckt, um seine Spiegelung auf der Wasseroberfläche zu verhindern. Darüber hinaus kann die Wasseroberfläche starrt und ungleichmäßige Beleuchtung zu produzieren, wenn Lichtquellen werden falsch projiziert. Indirekte Beleuchtung kann eine gleichmäßige Helligkeit über das gesamte Aquarium mit dem Ziel, die Lichtquellen in Richtung Decke zu erreichen, so dass die Decke und die umgebenden walls kann reflektieren und diffundieren die Lichtstrahlen vor dem Erreichen der Wasseroberfläche. Wählen Sie einen IR-Strahler, die eine spektrale Empfindlichkeit der Kamera (z. B. 850 nm Peak-Wellenlänge) entspricht. Elektrisches Rauschen von den Lichtquellen kann durch LED-Leuchten und Anordnen der DC-Stromversorgung außerhalb des Faradayschen Käfigs zu minimieren. Legen Sie einen weißen Hintergrund unter dem Tank, da Kontrast zu Fisch in einem weißen Hintergrund in der NIR-Wellenlängen. Ebenso stellt die Verwendung von matten weißen Farbe auf den Innenflächen der Isolationskammer gleichmäßige und helle Hintergrundbeleuchtung. Video-Tracking. Nach einer Video-Aufnahme, kann eine automatische Bild Tracking-Algorithmus Körperpositionen und Körperhaltungen der Tiere über die Zeit zu messen. Das Video-Tracking kann automatisch von beiden ready-to-use-Software (Viewpoint oder Ethovision) oder vom Benutzer programmierbare Software (OpenCV oder MATLAB Die Image Processing Toolbox) durchgeführt werden. Als ersten Schritt der Bildverfolgung,ein gültiger Spurbereich muss, indem eine geometrische Form, um den Bereich außerhalb auszuschließen (Maskierungsoperation) definiert werden. Weiter muss Bild eines Tieres aus dem Hintergrund durch Subtrahieren eines Hintergrundbildes aus einem Bild, die das Tier isoliert werden. Das subtrahierte Bild wird in ein binäres Format durch Anlegen einer Intensitätsschwelle, so dass der Schwerpunkt und die Orientierungsachse von binären morphologischen Operationen berechnet werden, umgewandelt. In Gymnotiforms 27-29 und 30-32 Mormyrids, ist die Elektrorezeptordichte die höchste in der Nähe der Kopfbereich, somit die Kopfposition in jedem Moment gibt einen Ort der höchsten Sinnesschärfe. Die Kopf-und Schwanz Standorten können automatisch durch die Anwendung der Bilddrehung und Begrenzungs-Box-Operationen bestimmt werden. Die Kopf-und Schwanzenden könnten voneinander manuell in den ersten Rahmen, der ihnen, und durch die Verfolgung der Positionen von den Vergleich von zwei aufeinanderfolgenden Rahmen zu unterscheiden.

<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

Langfristige Verhaltens Tracking kann erfassen und zu quantifizieren, natürlichen tierischen Verhaltensweisen, auch die selten auftreten. Verhaltensweisen wie Exploration und sozialen Interaktionen können am besten durch die Beobachtung hemmungslos, frei lebenden Tier untersucht werden. Schwach elektrische Fische (WEF) Display leicht beobachtbar Sondierungs-und Sozialverhalten durch Aussenden elektrische Orgel Entladung (EOD). Hier beschreiben wir drei effektiven Techniken synchron messen die EOD, Körperposition und Haltung eines frei schwimm WEF für einen längeren Zeitraum. Zunächst beschreiben wir den Bau eines Versuchs Tank in einer Isolationskammer entwickelt, um externe Quellen von Sinnesreizen wie Licht, Sound und Vibration zu blockieren. Das Aquarium wurde aufgeteilt auf vier Proben aufnehmen und automatisierte Tore Fernzugriff der Tiere an die zentrale Arena steuern. Zweitens beschreiben wir eine präzise und zuverlässige Echtzeit-EOD Zeitmessverfahren von frei schwimm WEF. Signalverzerrungen durch Körperbewegungen des Tieres verursacht werden durch räumliche und zeitliche Mittelung Verarbeitungsstufen korrigiert. Drittens, beschreiben wir eine Unterwasser Nah-Infrarot-Bildgebungs Setup, um ungestörten Nachttierverhalten zu beobachten. Infrarotlicht-Impulse wurden verwendet, um die Zeitsteuerung zwischen dem Videosignal und dem physiologischen über einen langen Aufzeichnungsdauer zu synchronisieren. Unsere automatisierten Tracking-Software misst Körperposition und Körperhaltung des Tieres zuverlässig in einem aquatischen Szene. In Kombination sind diese Techniken ermöglichen langfristige Beobachtung des spontanen Verhaltens in einer zuverlässigen und präzisen Art und Weise frei schwimmen schwach-elektrischen Fischen. Wir glauben, dass unsere Methode kann ähnlich wie bei der Studie von anderen Wassertieren, die im Zusammenhang mit ihrer physiologischen Signale Sondierungs oder sozialen Verhaltensweisen angewandt werden.

EOD Tracking-Ergebnisse Die aufgezeichneten EOD Wellenformen aus verschiedenen Elektrodenpaare variiert in Amplituden und Formen, wie sie von ihren einzigartigen Positionen und Orientierungen (2C oben) erwartet. Die Verwendung von mehreren Elektrodenpaaren sichergestellt starken Signalempfang an allen möglichen Positionen und Orientierungen des WEF innerhalb des Tanks. Der Umschlag Wellenform (2C Boden, grüne Kurve) immer einen einzigen Peak pro EOD-Zyklus, d...

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

Wir beschreiben eine Reihe von Techniken für die Untersuchung spontane Verhalten frei schwimmend schwach-elektrischen Fischen über einen längeren Zeitraum durch synchrones Messen der elektrischen Organ Ausstoßzeitpunkt des Tieres, Körper Position und Stellung sowohl genau und zuverlässig in einem speziell konstruierten Aquariumbehälter in einem sensorischen Isolationskammer.

Langfristige Verhaltens Verfolgung von Frei Schwimmen Schwach elektrische Fische

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 Aufrufe.  University of Ottawa.  Wir beschreiben eine Reihe von Techniken für die Untersuchung spontane Verhalten frei schwimmend schwach-elektrischen Fischen über einen längeren Zeitraum durch synchrones Messen der elektrischen Organ Ausstoßzeitpunkt des Tieres, Körper Position und Stellung sowohl genau und zuverlässig in einem speziell konstruierten Aquariumbehälter in einem sensorischen Isolationskammer. 

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

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. elegans Tracking und 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 ...

Forschung

Neurowissenschaften

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 Molecular Auslesen Langfristige Olfactory Anpassung in<em&gt; C. elegans</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.

Gleichzeitige Langzeit-Aufnahmen auf zwei neuronale Verarbeitungsstufen in Behaving Honigbienen

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.

Langfristige Zeitraffer-Imaging von Maus Cochlear Explantate

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

Isolation, Culture and Long-Term Maintenance of Primary Mesencephalic Dopaminergic Neurons From Embryonic Rodent Brains

Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson&#8217;s diseae. Study of the biological processes involved in physiological functions and vulnerability and death of these neurons is imparative to understanding the underlying causes and unraveling the cure for this common neurodegenerative disorder. Primary cultures of mesDA neurons provide a tool for investigation of the molecular, biochemical and electrophysiological properties, in order to understand the development, long-term survival and degeneration of these neurons during the course of disease. Here we present a detailed method for the isolation, culturing and maintenance of midbrain dopaminergic neurons from E12.5 mouse (or E14.5 rat) embryos. Optimized cell culture conditions in this protocol result in presence of axonal and dendritic projections, synaptic connections and other neuronal morphological properties, which make the cultures suitable for study of the physiological, cell biological and molecular characteristics of this neuronal population.

The causes of degeneration of midbrain dopaminergic neurons during Parkinson&#8217;s disease are not fully understood. Cellular culture systems provide an essential tool for study of the neurophysiological properties of these neurons. Here we present an optimized protocol, which can be utilized for in vitro modeling of neurodegeneration.

Isolation, Kultur und langfristige Wartung von Primär mesencephalen dopaminergen Neuronen aus embryonalen Nagetier Brains

Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson&#8217;s diseae. Study of the biological processes ...

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.

Agarose Mikrokammern für Langzeit Calcium Imaging von<em&gt; Caenorhabditis elegans</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.

Quantifizieren Fisch Schwimmverhalten in Reaktion auf akute Exposition von wässrigen Kupfer Form von computergestützten Video und digitale Bildanalyse

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

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.

Erzeugung und Langzeitpflege von Nervenfreiheit<em&gt; Hydra</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.

Nicht-invasive EEG-Ableitungen von frei beweglichen Ferkel

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

Long-term Sensory Conflict in Freely Behaving Mice

Long-term sensory conflict protocols are a valuable means of studying motor learning. The presented protocol produces a persistent sensory conflict for experiments aimed at studying long-term learning in mice. By permanently wearing a device fixed on their heads, mice are continuously exposed to a sensory mismatch between visual and vestibular inputs while freely moving in home cages. Therefore, this protocol readily enables the study of the visual system and multisensory interactions over an extended timeframe that would not be accessible otherwise. In addition to lowering the experimental costs of long-term sensory learning in naturally behaving mice, this approach accommodates the combination of in vivo and in vitro experiments. In the reported example, video-oculography is performed to quantify the vestibulo-ocular reflex (VOR) and optokinetic reflex (OKR) before and after learning. Mice exposed to this long-term sensory conflict between visual and vestibular inputs presented a strong VOR gain decrease but exhibited few OKR changes. Detailed steps of device assembly, animal care, and reflex measurements are hereby reported.

The presented protocol produces a persistent sensory conflict for experiments aimed at studying long-term learning. By permanently wearing a fixed device on their heads, mice are continuously exposed to a sensory mismatch between visual and vestibular inputs while freely moving in home cages.

Langfristige sensorischen Konflikt in Mäusen frei Verhalten

Long-term sensory conflict protocols are a valuable means of studying motor learning. The presented protocol produces a persistent sensory conflict for ...