עבודה זו נתמכה בנדיבות על ידי למדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה (NSERC) והמכון הקנדי לבריאות מחקר (CIHR).

יש המחברים אין לחשוף.

משמעות של הטכניקות שלנו. לסיכום, אנו תיארו לראשונה את הבנייה של טנק אקווריום גדול וחדר בידוד כדי לבחון התנהגויות גישוש ספונטניות המיוצרים על ידי WEF. בשלב בא, שהדגמנו את הטכניקה של רישום ומעקב אחר שיעור EOD ומדינות תנועה מדג חסר מעצורים בזמן אמת באמצעות אלקטרודה זו?...

רקע. ניסויים כמותיים על התנהגות בעלי חיים (לדוגמא: בחירה כפויה, הימנעות הלם, T-מבוך, וכו &#39;.) מנוצלים בדרך כלל כדי לחקור השערות ספציפיות לגבי כישורים חושיים מוטוריים, למידה ויצירת זיכרון. עם זאת, ניסויים המגבילים אלה לפספס הרבה מהעושר של התנהגות טבעית של בעלי חיים והם עשויים לגרום למודלים הפשטניים של הבסיס העצבי הבסיסי של התנהגות. ניסויים בתנאים נטורליסטי יותר ולכן השלמה חשובה שבאמצעותו אנו יכולים לחקור באופן מלא יותר את רפרטואר התנהגותי מין. ניסויים מעורבים בעלי חיים לנוע בחופשיות חייבים, עם זאת, להתמודד עם אתגרים טכניים ייחודיים כגון חפצי הקלטה מושרה תנועה. בניגוד לתגובות עורר גירוי, התנהגות גישוש מתרחש באופן ספונטני לא ניתן לחזות, ולכן נבדקים בניסוי צריך להיות במעקב כל הזמן ולעקוב אחריו לאורך תקופה ארוכה של זמן. שאלות מחקר ספציפיות can לטפל הטוב ביותר על ידי אורגניזמים שנבחרו בקפידה וכלים טכניים זמינים. לדוגמא, טכניקות הקלטה וגירוי אופטיות כגון חיישנים גנטיים מקודדים סידן 1 וoptogenetics 2 יושמו בהצלחה ללנוע בחופשיות אורגניזמים מודל גנטי 3-5. לחלופין, מערכות טלמטריה עצביות מיניאטורי יכולות להקליט ולעורר באופן חופשי לנוע חיות קטנות 6,7. דגים חשמליים. מיני WEF ליצור פריקות חשמליות איבר (EODs), המאפשרים להם לחוש את סביבתם המיידית או כדי לתקשר על פני מרחקים גדולים יותר. דפוסים זמניים של EODs להשתנות בתנאים שונים כגון תנועות עצמי 8,9, גירויים חושיים 10,11, ואינטראקציות חברתיות 12,13. מיני WEF דופק מהסוג לייצר רכבת של פולסים דיסקרטיים, בניגוד מינים לנופף מסוג שבו ליצור צורות גל למחצה סינוסי רציף. באופן כללי, מור תערוכת מיני דופק מסוגדואר שיעור EOD משתנה בהשוואה למיני גל מהסוג; ושיעורי EOD חיות משקפים באופן הדוק תוכן חידוש של הסביבה החושית שלהם 10,14. מיני דופק מהסוג יכולים לקצר באופן מיידי המרווח בין הדופק (IPI) בתוך מעגל דופק יחיד במגיבים להפרעות רומן חושיות (תגובת חידוש 10,11,14). ההתנהגות החשמלית המתמשכת של דגים אלה יכול להיות מוטרד על ידי גירויים חושיים מבוקרים ממקורות חיצוניים, וסוגים שונים של גירויים כגון רעידות, קול, חשמל, ואור ידועים תגובות חידוש הדק. לכן, יש לנקוט באמצעי זהירות מיוחדת כדי לחסום או להחליש גירויים חושיים חיצוניים במהלך תצפית ארוך טווח של WEF שחייה חופשית. בדרך זו, שינויים בשער סוף היום ומסלולי תנועה ניתן לייחס באופן ספציפי לגירויים שהוצגו על ידי הנסיין. טנק אקווריום וחדר בידוד. לכן אנו ממוקמים במספר שכבות של חומרי רטט קליטת under אקווריום גדול באקווריום (2.1 MX 2.1 MX 0.3 מ &#39;), והקיף את המכל במתחם מבודד לחסום מקורות חיצוניים של אור, רעש חשמלי, קול ושטף חום. שיעור EOD תלוי בטמפרטורת סביבת 15,16, ובכך טמפרטורת המים הייתה מוסדר היטב במגוון טרופי (C ° 25 ± 1) למיני הדרום WEF האמריקאי. אנחנו בניתי טנק גדול ורדוד (10 סנטימטר עומק מים) כדי לבחון התנהגויות גישוש המרחבי של WEF המוגבל בעיקר בשני ממדים (איור 1 א). הטנק היה מחולק לזירה מרכזית להתבונן התנהגויות מרחבית, וארבעה תאי פינה לבית דגים בודדים (איור 1 ב &#39;) בנפרד. כל תא נבנה אטום למים כדי למנוע תקשורת חשמלית בין יחידים. גישתם של בעלי חיים לזירה המרכזית הייתה בשליטה מבחוץ על ידי ארבעה שערים ממונעים. השערים הוצבו בין התאים, והם הפכו אטומות למים כאשר נעוליםעל ידי אגף אגוזי ניילון. ללא חלקי מתכת שימשו מתחת למים מאז WEF מגיב ברגישות למתכות. הקלטת EOD. EODs נוצרים באופן סטריאוטיפי על ידי הפעלה של יחיד (בMormyrids) או איברים חשמליים מופצים מרחבית מרובות (בGymnotiforms) 17,18. מודולציות זמניות בשיעור EOD יכולה לחשוף את פעילות עצבית ברמה גבוהה יותר, שכן קוצב לב מהדולרי מקבלת תשומות עצביות ישירות מאזורי המוח גבוהים יותר כמו גרעין prepacemaker diencephalic, אשר בתורו מקבל תחזיות axonal מהמוח הקדמי 19. עם זאת, עיתוי EOD חייב להיות מופק בקפידה מתוך הקלטת צורת גל גלם ואינו מוטה על ידי עיוותים הנגרמת התנועה של בעלי החיים. השדה החשמלי שנוצר על ידי WEF יכול להיות מקורב כמו דיפול, ולכן אמפליטודות דופק EOD באלקטרודות הקלטה תלויה במרחקים יחסי והאוריינטציות בין בעלי החיים ואלקטרודות 8,20. movem העצמי של בעלי החייםמציג לשנות את הגיאומטריה היחסית בין בעלי החיים ואלקטרודות, ובכך לגרום לתנועות אמפליטודות EOD באלקטרודות שונות כדי להשתנות לאורך הזמן באופן תנודתי (ראה איור 2 ביוני et al. 8). יתר על כן, תנועות עצמית גם לשנות את הצורה של גל EOD נרשם, כי תרומה היחסית מסט של האיברים חשמליים שונה תלויות על מיקומיהם לאורך הגוף והעקמומיות המקומית שלהם הוצגו על ידי כיפוף זנב. העיוותים הנגרמות התנועה באמפליטודות EOD וצורות יכולות להוביל למדידות עיתוי EOD לא מדויקות ולא אמינות. התגברנו על בעיות אלה על ידי מרחבית ממוצע גל EOD מרובה נרשם במקומות שונים, ועל ידי הוספת מסנן חילוץ מעטפה לקבוע באופן מדויק את עיתוי EOD מWEF שחייה חופשית. בנוסף, הטכניקה שלנו מודדת גם את אמפליטודות EOD, שתציין אם חיה נחה או פעיל מרגשת המבוססת על השינוי של EODאמפליטודות לאורך זמן (ראה 2E דמויות ו2F). הקלטנו אותות מוגבר באופן דיפרנציאלי מזוגות האלקטרודה הקלטה כדי להפחית את הרעש נפוץ במצב. מאז פולסים EOD נוצרים במרווחי זמן סדירים, יש זמן סדרת אירוע EOD קצב דגימה משתנה. זמן סדרת EOD ניתן להמיר לקצב דגימה קבוע על ידי ביון אם נדרש על ידי כלי האנליטי של בחירה. הקלטת וידאו. למרות שהקלטת EOD יכולה לפקח על פעילות תנועת ברוטו של בעלי חיים, הקלטת וידאו מאפשרת מדידה ישירה של תנוחת גופו של בעל חיים ואת היציבה. תאורת אינפרא אדום קרוב (NIR) (λ = 800 ~ 900 ננומטר) מאפשרת תצפית ויזואלית מוטרדת של שחייה בחופשיות דגים 21,22, מאז WEFs הם פעילים ביותר בחושך ועיניהם אינן רגישות לספקטרום ניר 23,24. רוב חיישני הדמיה הדיגיטליים (לדוגמא ה-CMOS או CCD) יכולים ללכוד קשת ניר עם wavelengtטווח שעות שבין 800-900 ננומטר, לאחר הסרת אינפרא אדום (IR) חוסם את המסנן 25. מצלמות רשת כיתה הצרכן-high-end מסוימת מציעות בהבחנה גבוהה, זווית צפייה רחבה ורגישות נמוכה לאור טוב, אשר יכול לייצר איכות תמונה דומה, או עדיפה על רמה מקצועית מצלמות IR זמינות בעלויות הרבה יותר גדולות. בנוסף, מצלמות רשת כיתה צרכן מסוימות יחד עם תוכנת הקלטה המאפשרת משך הקלטה ארוך על ידי דחיסת וידאו ללא אובדן איכות. רוב המצלמות ברמה מקצועית מציעות תפוקות זמן סנכרון TTL דופק או תשומות דופק TTL הדק 26 ליישור התזמון בין הווידאו עם האותות הדיגיטליים, אבל תכונה זו היא בדרך כלל חסרה במצלמות כיתה צרכן. עם זאת, העיתוי בין הקלטת וידאו וdigitizer אות ניתן להתאים באופן מדויק על ידי במקביל לכידת IR מעת לעת מהבהבת LED עם המצלמה וdigitizer האות. עיתוי דופק IR הראשוני והסופי יכול לשמששני סמני כיול זמן להמרת מספרי מסגרת וידאו ליחידת זמן digitizer האות ולהיפך. תאורה ורקע. התמונה לכידת באמצעות מים יכולה להיות מאתגרת מבחינה טכנית בשל השתקפויות אור על פני המים. פני המים יכולים לשמש כראי לשקף סצנה ויזואלית מעל מים, ותכונות חזותיות מעורפלות מתחת למים, ולכן הסצנה מעל המים חייבת להיות שניתנו ייחוד כדי למנוע הפרעה חזותית. כדי תמונה השלם אקווריום, מצלמה צריכה להיות ממוקמת ישירות מעל המים, וזה צריך להיות מוסתר מאחורי התקרה מעל חור צפייה קטן כדי למנוע ההשתקפות שלה על פני המים. יתר על כן, על פני המים יכולים לייצר מבטים ותאורה לא אחידה אם מקורות אור מוקרנים באופן שגוי. תאורה עקיפה יכולה להשיג בהירות אחידה על פני כל אקווריום על ידי מכוון מקורות האור לכיוון התקרה, כך שהתקרה וול מסביבls יכול לשקף ולפזר את קרני האור לפני שהגיע פני המים. בחר הפנס IR התואם את תגובה הספקטרלית של המצלמה (למשל שיא גל ננומטר 850). רעש חשמלי ממקורות האור ניתן למזער באמצעות נורות LED והצבת ספקי כוח DC שלהם מחוץ לכלוב פאראדיי. הנח רקע לבן מתחת לטנק, שכן בניגוד דגים היטב ברקע לבן באורכי גל ניר. באופן דומה, שימוש בצבע לבן דהוי על המשטחים הפנימיים של תא הבידוד מספק תאורת רקע אחידה ובהירה. מעקב וידאו. לאחר הקלטת וידאו, אלגוריתם מעקב תמונה אוטומטי יכול למדוד תנוחות גופו של בעל החיים ותנוחות לאורך זמן. מעקב הווידאו יכול להתבצע באופן אוטומטי או על ידי תוכנה מוכנה לשימוש (נקודת מבט או Ethovision), או תוכנה למשתמש הניתן לתכנות (OpenCV או ארגז כלים של עיבוד תמונת MATLAB). כצעד הראשון של מעקב תמונה,שטח חוקי למעקב צריך להיות מוגדר על ידי ציור צורה גיאומטרית שלא לכלול את האזור שמחוץ (מיסוך פעולה). בשלב הבא, התמונה של בעל חיים צריכה להיות מבודדת מהרקע על ידי הפחתת תמונת רקע מתמונה המכילה את בעלי החיים. תמונת מופחתים מומרת לפורמט בינארי על ידי יישום סף עוצמה, כזה שcentroid וציר הנטייה ניתן לחשב מפעולות מורפולוגיות בינארי. בGymnotiforms 27-29 וMormyrids 30-32, צפיפות electroreceptor היא הגבוה ביותר בסמוך לאזור הראש, ולכן מיקום הראש בכל רגע מצביע על מיקומו של חדות החושים הגבוהות ביותר. מקומות הראש והזנב ניתן לקבוע באופן אוטומטי על ידי יישום פעולות סיבוב תמונה ותוחם-box. קצות הראש והזנב יכולים להבחין בין זה לזה על ידי הגדרה ידנית שלהם בפריים הראשון, ועל ידי שמירה על המסלול של המקומות שלהם מהשוואה בין שתי מסגרות רצופות.

<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

מעקב התנהגותי לטווח ארוך יכול לתפוס ולכמת התנהגות בעלי חיים טבעית, כוללים אלה המתרחשים לעתים רחוקות. התנהגויות כגון חיפוש ואינטראקציות חברתיות ניתן ללמוד הכי טובות על ידי צפייה בבעלי חיים חסרי מעצורים, מתנהגים בחופשיות. תצוגת דגים חשמליים חלוש (WEF) גישוש לצפות בקלות ובהתנהגויות חברתיות על ידי פליטת פריקת אורגן חשמלית (EOD). כאן, אנו מתארים שלוש טכניקות יעילות למדידה באופן סינכרוני EOD, תנוחת גוף, והיציבה של WEF שחייה חופשית לתקופה ממושכת של זמן. ראשית, אנו מתארים את הבנייה של טנק ניסיוני בתוך תא בידוד שנועד לחסום מקורות חיצוניים של גירויים חושיים כגון אור, צליל ורטט. האקווריום היה מחולק לארבע להכיל דגימות בדיקה, ושערים אוטומטיים מרחוק לשלוט בגישתם של בעלי החיים לזירה המרכזית. שנית, אנו מתארים שיטת מדידת עיתוי EOD זמן אמת מדויקת ואמינה מחי WEF חופשיות. עיוותי אות שנגרמו על ידי תנועות גופו של בעל החיים מתוקנים על ידי מיצוע במרחב ובשלבי עיבוד זמניים. שלישית, אנו מתארים התקנת הדמיה קרובה אינפרא אדום מתחת למים כדי לבחון התנהגויות של בעלי חיים ליליות בשלוות נפש. הבזקי אור אינפרא אדום שימשו כדי לסנכרן את התזמון בין הווידאו והאותות הפיסיולוגיים על משך הקלטה ארוך. תוכנת המעקב האוטומטית שלנו מודדת תנוחת גופו של בעל החיים ויציבה באופן אמין בזירה הימית. בשילוב, טכניקות אלה מאפשרות תצפית ארוכת טווח של התנהגות ספונטנית של שוחה בחופשיות דגי חשמל חלש באופן אמין ומדויק. אנו מאמינים כי השיטה שלנו יכולה להיות מיושמת באופן דומה לחקר בעלי חיים ימיים אחרים על ידי הנוגעים אותות הפיסיולוגיים שלהם עם התנהגויות גישוש או חברתיות.

תוצאות מעקב EOD גל EOD נרשם מזוגות אלקטרודה שונים מגוון באמפליטודות וצורות כצפוי מתפקידים הייחודיים שלהם ואורינטציות (למעלה איור 2C). השימוש בזוגות אלקטרודה מרובים הבטיחו קבלת אות חזקה בכל העמדות אפשריות והאוריינטציות של WEF ...

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

אנו מתארים קבוצה של טכניקות ללימוד התנהגות ספונטנית של שוחה בחופשיות דגי חשמל חלש על פני תקופה ארוכה של זמן, על ידי באופן סינכרוני מדידת העיתוי של החיה פריקת אורגן חשמלי, תנוחת גוף ואת היציבה הן מדויקת ואמין באקווריום שתוכנן במיוחד בתוך חושי חדר בידוד.

לטווח ארוך התנהגות מעקב של Freely בריכה בחולשת דגים חשמליים

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

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.4K Views.  University of Ottawa.  אנו מתארים קבוצה של טכניקות ללימוד התנהגות ספונטנית של שוחה בחופשיות דגי חשמל חלש על פני תקופה ארוכה של זמן, על ידי באופן סינכרוני מדידת העיתוי של החיה פריקת אורגן חשמלי, תנוחת גוף ואת היציבה הן מדויקת ואמין באקווריום שתוכנן במיוחד בתוך חו?...

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

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

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

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

מלוטשת מחוזק דליל, הגולגולת חלון הדמיה לטווח ארוך של מוח עכבר

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

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

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

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

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

מעקב סי אלגנס ומדידת התנהגות

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

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

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

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

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

Readout מולקולרי של הסתגלות חוש ריח לטווח הארוך ב<em&gt; ג 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.

הקלטות ארוכות טווח בו זמנית בשני שלבים עצביים עיבוד במתנהגים דבורי דבש

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.

לטווח ארוך זמן פקיעת הדמיה של Explants שבלול העכבר

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

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

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

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

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

Microchambers agarose לסידן הדמיה לטווח ארוך של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</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.

כימות התנהגות שחי דגים בתגובה לחשיפה אקוטית של נחושת מהימית באמצעות וידאו בסיוע מחשב דיגיטלי ניתוח תמונה

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

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

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

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

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

Assay רומן ההתנהגות לחקור תגובות Gustatory של הפרט, חופשי-נע דבורים Bumble (<em&gt; בומבוס האדמה</em&gt;)

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

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

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

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

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

דור ותחזוקה לטווח ארוך של עצבים ללא<em&gt; הידרה</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.

EEG לא פולשנית הקלטות לנוע בחופשיות חזירונים

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