Das System und das Protokoll wurden entwickelt, um das Physiosystem der Fliegen durch Kartierung mit minimalem menschlichem Eingriff zu analysieren. Mit dem System und dem Protokoll können wir genau wissen, wie der Sehraum einer Fliegengröße organisiert ist. Die Vorteile des Systems sind die Reproduzierbarkeit und die Geschwindigkeit des Mappings.
Das Studium der Facettenaugen ist ein wichtiger Teil der Tiersehforschung und hat mehrere technische Innovationen inspiriert, die künstliche Augen hervorgebracht haben. Wir haben ein Beispiel dafür gegeben, wie man ein automatisches Gerät zum Scannen von Facettenaugen baut und testet. Details der Algorithmenentwicklung, die die Teile zusammenbringen, müssen besonders beachtet werden.
Beginnen Sie mit dem Sammeln einer Fliege aus der im Labor aufgezogenen Population. Bereiten Sie ein Rückhalterohr vor, indem Sie sechs Millimeter aus dem oberen Teil schneiden, so dass das Rohr einen Außendurchmesser von vier Millimetern und einen Innendurchmesser von 2,5 Millimetern im oberen Teil hat. Legen Sie die Fliege in das geschnittene Rohr und versiegeln Sie das Rohr mit Baumwolle, um eine Beschädigung der Fliege zu vermeiden.
Drücken Sie dann die Fliege so, dass der Kopf aus dem Rohr herausragt und der Körper in der Röhre fixiert wird. Verwenden Sie Bienenwachs, um den Kopf zu immobilisieren, während die Augen unbedeckt bleiben. Sobald Sie fertig sind, schneiden Sie das Rohr ab, um eine Länge von 10 Millimetern zu erreichen.
Legen Sie dann das Kunststoffrohr mit der Fliege in den Messinghalter, wobei ein Auge der Fliege nach oben zeigt und der Halter auf einer Tischplatte ruht. Passen Sie die Ausrichtung der Röhre auf dem Mikroskop an, wie im Manuskript beschrieben, um das ganze Auge innerhalb des Bereichs des Azimuts und der Höhe zu scannen, die das Setup zulässt. Richten Sie das Mikroskop ein, indem Sie einen Ausrichtungsstift auf dem Azimut-Rotationstisch montieren, so dass die X-Y-Position der Spitze so eingestellt werden kann, dass sie mit der Azimutachse auf dem motorisierten Tisch übereinstimmt.
Verwenden Sie während der Betrachtung mit dem Mikroskop, das mit einem 5X-Objektiv ausgestattet ist, den Z-Achsen-Joystick, um auf die Spitze zu fokussieren. Als nächstes richten Sie die X-Y-Einstellung der Azimutachse mit der optischen Achse des Mikroskops aus und verwenden Sie die X- und Y-Achsen-Joysticks, um sicherzustellen, dass die Elevations- und Azimut-Drehachsen mit dem zentrierten Stift vorausgerichtet sind. Manipulieren Sie die Azimut- und Höhen-Joysticks, um zu überprüfen, ob der Pin in Bezug auf beide Freiheitsgrade zentriert ist.
Wenn sie gut zentriert ist, bleibt die Stiftspitze während der Azimut- und Höhenrotationen in der gleichen Position. Richten Sie die Fliege mit der Höhenstufe bei null Grad aus und montieren Sie sie und halten Sie sie auf der Azimutstufe auf. Beobachten Sie dann das Auge der Fliege mit dem Mikroskop.
Nachdem Sie die Beleuchtungs-LED eingeschaltet haben, passen Sie die horizontale Position der Fliege an, um die Mitte der Pseudopupille auszurichten. Ändern Sie dann die vertikale Position der Pseudopupille mit der rotierenden Schraube des Halters, so dass die tiefe Pseudopupille auf Höhe der Höhenachse in den Fokus gebracht wird. Als nächstes kleiden Sie die tiefe Pseudopupille in Bezug auf die Azimut- und Höhenachse aus, indem Sie sie im Sichtfeld zentrieren.
Wenn das Setup fertig ist, wechseln Sie die Ansicht zu der am Mikroskop montierten Digitalkamera und führen Sie die Softwareinitialisierung des Grace Systems aus, einschließlich der Initialisierung der Motorsteuerungen und des Arduino LED-Controllers. Öffnen Sie dazu MATLAB Version 2020a oder höher und führen Sie das MATLAB-Skript aus. Bestätigen Sie auf dem Computerbildschirm, dass sich die Pseudopupille der Fliege in der Mitte des projizierten Bildes befindet.
Verwenden Sie den Joystick der Z-Achse, um den Fokus auf das Niveau der Hornhaut-Pseudopupille zu bringen. Sobald der Fokus ausgerichtet ist, führen Sie den Autofokusalgorithmus aus, um ein scharfes Bild auf Hornhautebene zu erhalten. Stellen Sie dann den Fokus auf die tiefe Pseudopupillenebene zurück, indem Sie den motorisierten Z-Achsentisch einstellen.
Speichern Sie den Abstand zwischen der tiefen Pseudopupille und der Hornhautpseudopupille. Als nächstes verfeinern Sie die Pseudopupillenzentrierung mit dem automatischen Zentrieralgorithmus, gefolgt von der Wiederherstellung des Fokus auf die Pseudopupillenebene der Hornhaut. Führen Sie den Autofokussierungsalgorithmus erneut aus, und schalten Sie die motorisierten Stufen an ihren aktuellen Positionen auf Null.
Führen Sie beim Scannen des Auges den Scanalgorithmus aus, um die Augenbilder entlang der Flugbahnen in Fünf-Grad-Schritten abzutasten, während Sie die Algorithmen für die automatische Zentrierung und Autofokussierung ausführen. Schalten Sie nach der Probenahme die LED und die Motorsteuerung aus. Verarbeiten Sie die Bilder später, indem Sie die Bildverarbeitungsalgorithmen anwenden.
Bei der Untersuchung der Optik des Fliegenauges zeigt das Bild auf Augenoberfläche die Facettenreflexionen und die Pigmentgranulatreflexion im aktivierten Zustand. Das auf der Ebene des Zentrums der Augenkrümmung aufgenommene Bild veranschaulichte die Reflexion der Anordnung der Photorezeptorzellen in einem trapezförmigen Muster mit ihren distalen Enden, die etwa auf der Brennebene der Facettenlinsen positioniert waren. Zwei aufeinanderfolgende Bilder wurden korreliert, um eine Verschiebung in der Übersetzung des Facettenmusters zu bestimmen.
Ein Bild, das während eines Scans über das Auge aufgenommen wurde, wird mit den Facettenschwerpunkten gezeigt. Nach einer azimutalen Drehung von fünf Grad ist hier das nachfolgende Bild abgebildet. Das Schwerpunktverfahren konnte nicht alle Facetten identifizieren.
Ein geringer lokaler Reflexionsgrad, der durch geringfügige Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Staubspezifikationen verursacht wurde, führte zu fehlerhaften Schwerpunkten. Der Fehler wurde durch die Berechnung einer schnellen Fourier-Transformation behoben. Der erste Ring von Harmonischen definiert drei Orientierungen, die durch die blaue, rote und grüne Linie gekennzeichnet sind.
Die inverse Transformation der Oberschwingungen entlang der drei Orientierungen ergab die grauen Bänder. Das rechte Auge einer Stubenfliege wurde in 24 Schritten von der Stirnseite zur Seitenseite gescannt. Das Bild zeigt den Zusammenbau der Facetten als Voronoi-Diagramm.
Zu Beginn des Scannens sollte besonderes Augenmerk auf die Einstellung der tiefen Pseudopupille des Fliegenauges im Rotationszentrum des goniometrischen Systems gelegt werden. Hier wenden wir die Epi-Beleuchtungsmikroskopie an. Diese Methode kann direkt auf die Fluoreszenzmikroskopie ausgedehnt werden, um Insekten zu untersuchen, die keine reflektierende Pseudopupille haben.
Quantitatives Wissen über die Verteilung der visuellen Achsen eines Auges ermöglicht es zu verstehen, wie Physiosysteme für bestimmte Aufgaben wie Jagd, Paarung oder Erkennung von Raubtieren optimiert sind.
