פיתוח CeleST נתמך על ידי NIH מענקי R21AG027513 ו U01AG045864. נתונים וכמה ייצוגי וידאו קצרים מעובדים מנתונים ואח Restif. (2014) 8, אשר פורסמו תחת רישיון Creative Commons (CC BY) רישיון http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. אנו מודים ריקרדו Laranjeiro לעזרת כתב יד.

צמיחת נמטודות 1. וטיפול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגדול סי אלגנס על צלחות פטרי המכילות תקן NGM מנוקדת coli OP50-1 Escherichia כמזון מקור 1-3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור תרבויות באינקובטור אשר שומרת על הטמפרטורה הרצויה. סי אלגנס גדל היטב 15 ל 25 מעלות צלזיוס, עם 20 מעלות צלזיוס להיות טמפרטורת הצמיחה הסטנדרטית. הערה: שחייה היא פנוטיפ חזק, אולם לשחות מרץ יכול להיות מושפע מגורמים סביבתיים לרבות זיהום על צלחות וחימום יתר של תרבויות ומגלשות. מאמצים רבים כדי לשמור על תנאים יציבים צריכים להיעשות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בחירה נמטודות תוצרת בית עשוי חוט פלטינה אטומה להבה לתוך מוט זכוכית לטפל העברת יחיד חי 4. </li></ol> 2. הגדרה עבור ניתוח שח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במערכת משולבת מורכבת סטראו, מצלמת CCD דיגיטלית, ותוכנות הקלטת וידאו דיגיטליות. רשות אישורי תוכנת CeleSTn לשמש במחשב נפרד. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסים את מיקרוסקופ עם בד כהה (למשל, הרגיש) כדי למנוע סנוור באזור טיפה לשחות בשקופית מיקרוסקופ ולשפר את איכות התמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מרחק העבודה של מיקרוסקופ בהגדלה להופיע בתצוגה מלאה של האזור לשחות, ואת מראה הבסיס להשיג ניגוד חריף של חיות על הרקע. הגדר את התאורה אל שדה כהה לדמיין את גופותיהם של מבוגרים כמו לבן על רקע שחור, אשר עובד טוב מאוד להדמיה חישובית מעקב עם תוכנת ניתוח לשחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תשמור על עצמך כדי לשמור על אזור העבודה, מיקרוסקופ שקופיות, ולשחות טיפה מאוד נקי. רסיסים יכולים להפריע ניתוח על ידי שאטם את בשחייה החופשית של מבוגרים, וחוטים דקים של סיבים יכולים להתגלות כמו nonmoving חיות במהלך מעקב. </li></ol></li></ol> 3. הכנת בעלי חיים עבור ניתוח של כושר גופני נוזלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> o פיפטה 60 μLf 1x M9 חיץ לתוך טבעת 10 מ&quot;מ מודפסות מראש בשקופית מיקרוסקופ. ודא הירידה לגמרי מכסה את האזור הפנימי של הטבעת. התוכנה מחלצת מידע נוסף שחייה באמצעות גודל הטיפה הזה הכיל בשקופית ממה שהוא היה אם ניצול צלחות multiwell. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיק יחיד נמטודות מבוגר ולהעביר אותם לתוך טיפת חיץ 1x M9, מזעור להובלת חיידקים שיכולים להעיב הנוזל. מזער חיידקים על ידי הראשון הצבת חיות להעברה צד של הצלחת שאינו מכיל הרבה דשא בקטריאלי, לתת להם לזחול, ואז בעדינות להרים אותם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעת העברת נמטודות לתוך הירידה, להשתמש בהיקף לנתח קרוב לתחנת הניתוח כדי להפחית את משך הזמן לשחות, אשר יכול להשפיע על התנהגותם של בעלי החיים 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המקום היחיד 4 מבוגרים בירידה אם הם עוברים במרץ דרכיהם לעתים קרובות. כמו הדרכה כדי למזער שחיינים חופפים (אשר מקעקעת ניתוח חישובית), לשקול הצבת4 חיות לכל טיפה כאשר הם פעילים כמו מבוגרי WT צעירים, בריאים 5 חיות לכל טיפה כשהם גדולים יותר ולהראות פחות מרץ. הערה: נמטודות WT הבריא אינסטינקטיבית להתחיל לשחות זמן קצר לאחר שיוצב בתוך נוזל. בעזרת מכוש נמטודות, בעדינות להפריד מבוגרי הטיפה אם הם גוש. </li></ol></li></ol> ניתוח 4. של כושר גופני בנוזל - הקלטת וידאו של שחייה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את השקופית עמוסה מבוגרים על בסיס של המיקרוסקופ להקליט השחייה שלהם. לכידת קטעי וידאו של 30 פרטים של התנהגות בעלי חי פרט בנוזל (וידאו 1), ודגימה של מספר רב של רשומות כאלה מושגות בקלות כאשר הוא מסתייע תוכנת CeleST 8,26; עם זאת, כבר לשחות תקופות עשויות להיות אידיאליות עבור מחקרים התנהגותיים ספציפיים אחרים 25. חשוב לציין, הקפד לשמור על אותה הגדלה לאורך כל ההקלטות מאז הבדלי הגדלת affecניתוח שחי t והשוואת הטית רצון. הערה: צעדים אלה ניתנים הדרכה באמצעות תוכנת הקלטת וידאו הדיגיטלית הנזכרת בטבלה של חומרים; תוכנת גישה פתוחה VirtualDub עשויה להחליף, אם כי לא בדקנו את זה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרות הבאות כמו הדרכה לניתוח לשחות מוצלח: גודל התמונה של 696 x 520 פיקסלים, רזולוציית תמונה של 0.02 מ&quot;מ / פיקסל, ולעומת שיעור של 18 מסגרות / s. גרסות ברזולוציה גבוהות של הגדרות אלה עשויות להקל מעקב אבל לא תשפענה על הצעדים מחושבים על ידי התכנית. הערה: אזור לשחות שמספקת ירידה של 60 μL של חיץ 1x M9 בשקופית מיקרוסקופ אין הרבה עומק, אשר ממזער כלפי מעלה ותנועה שחייה כלפי מטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת הגדרות, עבור אל &#39;הקלטה&#39;, להגדיר &#39;גודל רצף הגבל&#39; ל &#39;545 מסגרות בדיסק&#39;. תחת אותו כותר, סמן את התיבה &#39;מנהל הקלטה השתמש&#39;. לחץ ה recor הערוך הנוכחיתסריט דינג ... &quot;כפתור, ותחת &#39;פקודות&#39;, בחר &#39;גזל Frame&#39;, ותחת &#39;עצור תנאי&#39;, זן &#39;עצור לאחר 0: 00: 30.00&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להקליט, בחר &#39;רצף חדש ב- RAM&#39; תחת הכותרת הביתה, ולאחר מכן לחצו על הלחצן האדום רקורד. התוכנה תהיה לתפוס 545 מסגרות למעלה מ -30 s עם המצלמה הדיגיטלית ומחזיקה אותם בזיכרון RAM. </li></ol> ניתוח 5. כושר גופני בנוזל - טיפול וידאו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבר את הווידאו לתוך רצף של מסגרות תמונה על ידי לחיצה על הכותרת הביתה ובחירת &#39;רצף מלא ייצא אל ...&#39; בתוכנת צריבת וידאו. הערה: תוכנת הקלטת וידאו הדיגיטלית יכולה לחסוך את המסגרות .bmp, .jpg, .tif, או .png, כל מה שיכול להיקרא על ידי תכנית הניתוח לשחות שהוצגה כאן. שים לב .tif קבצים להשתמש שטח אחסון נוסף, אבל כמה פורמטים כגון .jpg ייתכן שאיכות התמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תכנית הניתוח לשחות מ b MATLABy לחיצה על כפתור ההפעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במסך הבית של תכנית הניתוח לשחות, השתמש &#39;הוסף וידאו אחד&#39; או &#39;הוסף סרטונים מרובים &quot;כפתורים כדי להעלות רצפים של תמונת מסגרות אחד בכל פעם או בקבוצות תוך הצמדת תוויות רלוונטיות כגון גנוטיפ, תאריך, בדיקת משך . התוכנה יוצרת מסד נתונים של הרצפים שכותרתו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר מעקב סימולטני של בעלי חיים רבים של רצפים נטענים ע&quot;י לחיצה על &#39;1. קטעי וידאו תהליך &#39;. במסך החדש, בחר את הסרטונים הרצויים בתיבה מהשמאל ולחץ, &#39;הוסף לרשימה&#39;. עבור כל סרטון, לחץ על שם ברשימה הימנית העליונה כדי להציג את התמונה הראשונה של הווידאו בפינה הימנית התחתונה. לתחום את אזור לשחות ידי בחירת 3 נקודות בתוך הטבעת, וליזום עיבוד באמצעות לחיצה על &#39;תהליך כל הסרטונים המפורטים לעיל &quot;. צג התקדמות העיבוד בתחתית המרכז. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלים, &#39;סגור&#39; מסך עיבוד וידאו. </li></ol> 6. ניתוח של כושר גופני נוזלי - מדידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &#39;2. אמצעים לחשב &#39;כדי לפתוח מסך חדש שבו סרטוני מעובד ניתן להעלות, אחד בכל פעם, כדי לאמת או לדחות את המעקב של חיות יחידות. וידאו שעובד יופיע ברשימה בצד שמאל ששמים וידאו ניתן ללחוץ כדי להעלות את הסרטון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש צעד במדריך זה להתמקד בתחומים של שיחות שלא נענו מעקב (בלוקים אדומים) בניגוד המעקב מוצלח (בלוקים ירוקים). הערה: לחלופין, אפשר לסמוך על הפלט האוטומטי של מעקב חוקי מאז התוכנה יש מערכת מעקב חזקה (94.1% תוקפים כפי שנצפה 2,020 בעלי חיים מ -404 קטעי וידאו 8). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא את &#39;תוקפן של הגוף המפולח&#39; בסרגל הצבע הראשון על פני המסך במחצית התחתונה. אחוז &#39;המסגרות חוקית&#39; הוא בירוק, והאחוז &#39;המסגרות שנדחו&#39; הוא באדום. ≥80% של מסגרות תקפות לרמוז כי אני עוקבnformation המשמשים לחישוב מדדים מגיע מ -432 מסגרות לפחות מתוך 540 בתוך 30 שניות לשחות משפט רשמה ב 18 מסגרות / s. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נווט בקלות ולשנות גושיים תקפים / דחה מסגרות הניצול &#39;הבלוק הבא&#39;, &#39;תוקף חלף&#39;, &#39;בלוק ספליט&#39;, ו &#39;frame הבודד של אופציות. במקרה נדיר 2 חיות הצטלבו בתוך אזור לשחות צפוף, לעבור בין מספרי הזהות שלהם על פני טווח מסגרת מסוימת עם כפתור &#39;החלף&#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצגת הגרפים הברים במחצית התחתונה של המסך לקבלת מידע נוסף על מעקב ומופעים חופפים. אורכו של הגוף המפולח (אורך הגוף של בעל חיים לכל מסגרת) עולה בקנה אחד עם מקרים חופפים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם כל כתמים בהירים על הווידאו להפריע ניתוח, להתאים אזורים בהירים באזור לשחות ידי בחירת הפונקציה &#39;Glare האזורים&#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &#39;שמור ואמצעים לחשב&#39; להציל את הקלט תוקף לפני למעלהטעינה אחרת עיבוד וידאו. בשלב זה התוכנה מחשבת, ברקע (לא יוצג בפני המשתמש), מפות העקמומיות של ביצועים לשחות של חיות הפרט לבין הפרמטרים המצוינים להלן (וידאו 2). הערה: הפרמטרים שנמדדו כי הם התמקדו כאן מתוארים בטבלה 1. שיעור ייזום הגל, מספר גל גוף, אסימטריה, למתוח, ומסתלסל מחושבים על בסיס מפות עקמומיות שתוכנת מחשב עבור החיות; הנסיעות מהירות, משיחת מכחול, ופרמטרי מדד הפעילות אינם מבוססים על מפות עקמומיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על סגור כדי לצאת ממסך &#39;האמצעים לחשב&#39;. </li></ol> ניתוח 7. של כושר גופני נוזלי - יציאה של תוצאות הערה: התוכנה יכולה לדווח על אמצעים מרובים של תנועה לשחות, אשר מכסים מ אל הגלוי תכונות התנהגותיות מאוד עדין לא הבקיע בקלות על ידי העין (וידאו 3 ו -4). כאןהדגש הוא על 8 פרמטרים, כי בדרך כלל להראות טווח דינמי טוב: שיעור ייזום גל, מספר גל גוף, אסימטריה, למתוח, קרלינג, מהירות נסיעה, משיחת מכחול, ומדד פעילות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במסך הבית של התוכנית, לחץ על &#39;3. הצג תוצאות &#39;כדי לקבל את פלט ניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת קבוצות מדגם לטיפול סטטיסטי על ידי בחירת הרצפים נתחו הרצויים של מסגרות בתיבה מהשמאל והעברת לתוך קבוצת מדגם חדשה או קיימת על ידי לחיצה על &quot;הוסף המדגם שנבחר &#39;או&#39; הוסף לדוגמא חדשה &#39;כפתורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &#39;גרפי צג עבור הדגימות אלה &quot;ללכת למסך שני המציג את הגרפים ונתונים סטטיסטיים מרכזית של הדגימות עבור כל אחד 8 את הפרמטרים שעל בחירה על החלק העליון של המסך. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם ירצה, להתאים את הייצוג של הגרפים הברים בפינה השמאלית העליונה של המסך באמצעות &#39;הצבעים&#39;, &#39;# של היסטוגרמות&#39;, ו- &#39;המספר של תולעים&#39; סלקטורים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש&#39;היסטוגרמות 2D&#39; לתכנן שילובים של כל שני פרמטרים דרך &#39;מדוד על ציר X&#39; ו &#39;מדוד על ציר Y&#39; הנפתחת תפריטים בצד שמאל של המסך. לחץ על &#39;סגור&#39; כדי לצאת ולחזור למסך &#39;תוצאות התצוגה&#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש &#39;ייצוא ...&#39; כפתור בפינה השמאלית העליונה של המסך כדי לשמור את הנתונים המספריים מפורט כקובץ csv לפתוח להמשיך לתפעל בתוכנית גיליון אלקטרוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> &#39;סגור&#39; המסך &#39;הצג תוצאות&#39; כדי לחזור למסך הבית ולחץ על &#39;יציאה&#39; כדי להבטיח חיסכון של מסד הנתונים המכיל את רצפי וידאו מנותח. </li></ol>

<ol>
	<li>Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetics+of+Caenorhabditis+elegans.">The genetics of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 77 (1), 71-94 (1974).</li><li>Stiernagle, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+C.+elegans.">Maintenance of C. elegans.</a> WormBook. , 1-11 (2006).</li><li>Gallagher, T., Kim, J., Oldenbroek, M., Kerr, R., You, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ASI+regulates+satiety+quiescence+in+C.+elegans.">ASI regulates satiety quiescence in C. elegans.</a> J Neurosci. 33 (23), 9716-9724 (2013).</li><li>Brown, A. E., Yemini, E. I., Grundy, L. J., Jucikas, T., Schafer, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dictionary+of+behavioral+motifs+reveals+clusters+of+genes+affecting+Caenorhabditis+elegans+locomotion.">A dictionary of behavioral motifs reveals clusters of genes affecting Caenorhabditis elegans locomotion.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (2), 791-796 (2013).</li><li>Herndon, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+and+genetic+factors+influence+tissue-specific+decline+in+ageing+C.+elegans.">Stochastic and genetic factors influence tissue-specific decline in ageing C. elegans.</a> Nature. 419 (6909), 808-814 (2002).</li><li>Restif, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CeleST:+computer+vision+software+for+quantitative+analysis+of+C.+elegans+swim+behavior+reveals+novel+features+of+locomotion.">CeleST: computer vision software for quantitative analysis of C. elegans swim behavior reveals novel features of locomotion.</a> PLoS Comput Biol. 10 (7), e1003702 (2014).</li><li>Ibanez-Ventoso, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulated+microRNA+expression+during+adult+lifespan+in+Caenorhabditis+elegans.">Modulated microRNA expression during adult lifespan in Caenorhabditis elegans.</a> Aging Cell. 5 (3), 235-246 (2006).</li><li>Hahm, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+elegans+maximum+velocity+correlates+with+healthspan+and+is+maintained+in+worms+with+an+insulin+receptor+mutation.">C. elegans maximum velocity correlates with healthspan and is maintained in worms with an insulin receptor mutation.</a> Nat Commun. 6, 8919 (2015).</li><li>Hsu, A. L., Feng, Z., Hsieh, M. Y., Xu, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+by+machine+vision+of+the+rate+of+motor+activity+decline+as+a+lifespan+predictor+in+C.+elegans.">Identification by machine vision of the rate of motor activity decline as a lifespan predictor in C. elegans.</a> Neurobiol Aging. 30 (9), 1498-1503 (2009).</li><li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+aging+in+the+nervous+system+contributes+to+age-dependent+motor+activity+decline+in+C.+elegans.">Functional aging in the nervous system contributes to age-dependent motor activity decline in C. elegans.</a> Cell Metab. 18 (3), 392-402 (2013).</li><li>Gerstbrein, B., Stamatas, G., Kollias, N., Driscoll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+spectrofluorimetry+reveals+endogenous+biomarkers+that+report+healthspan+and+dietary+restriction+in+Caenorhabditis+elegans.">In vivo spectrofluorimetry reveals endogenous biomarkers that report healthspan and dietary restriction in Caenorhabditis elegans.</a> Aging Cell. 4 (3), 127-137 (2005).</li><li>Husson, S. J., Costa, W. S., Schmitt, C., Gottschalk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keeping+track+of+worm+trackers.">Keeping track of worm trackers.</a> WormBook. , 1-17 (2012).</li><li>Yemini, E., Jucikas, T., Grundy, L. J., Brown, A. E., Schafer, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+database+of+Caenorhabditis+elegans+behavioral+phenotypes.">A database of Caenorhabditis elegans behavioral phenotypes.</a> Nat Methods. 10 (9), 877-879 (2013).</li><li>Wang, S. J., Wang, Z. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Track-a-worm,+an+open-source+system+for+quantitative+assessment+of+C.+elegans+locomotory+and+bending+behavior.">Track-a-worm, an open-source system for quantitative assessment of C. elegans locomotory and bending behavior.</a> PLoS One. 8 (7), e69653 (2013).</li><li>Likitlersuang, J., Stephens, G., Palanski, K., Ryu, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+elegans+tracking+and+behavioral+measurement.">C. elegans tracking and behavioral measurement.</a> J Vis Exp. (69), e4094 (2012).</li><li>Tsechpenakis, G., Bianchi, L., Metaxas, D., Driscoll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+computational+approach+for+simultaneous+tracking+and+feature+extraction+of+C.+elegans+populations+in+fluid+environments.">A novel computational approach for simultaneous tracking and feature extraction of C. elegans populations in fluid environments.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 55 (5), 1539-1549 (2008).</li><li>Krajacic, P., Shen, X., Purohit, P. K., Arratia, P., Lamitina, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+profiling+of+Caenorhabditis+elegans+motility.">Biomechanical profiling of Caenorhabditis elegans motility.</a> Genetics. 191 (3), 1015-1021 (2012).</li><li>Pierce-Shimomura, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+crawling+and+swimming+locomotory+patterns+in+C.+elegans.">Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (52), 20982-20987 (2008).</li><li>Schreiber, M. A., Pierce-Shimomura, J. T., Chan, S., Parry, D., McIntire, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manipulation+of+behavioral+decline+in+Caenorhabditis+elegans+with+the+Rag+GTPase+raga-1.">Manipulation of behavioral decline in Caenorhabditis elegans with the Rag GTPase raga-1.</a> PLoS Genet. 6 (5), e1000972 (2010).</li><li>Fang-Yen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+analysis+of+gait+adaptation+in+the+nematode+Caenorhabditis+elegans.">Biomechanical analysis of gait adaptation in the nematode Caenorhabditis elegans.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (47), 20323-20328 (2010).</li><li>Buckingham, S. D., Partridge, F. A., Sattelle, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated,+high-throughput,+motility+analysis+in+Caenorhabditis+elegans+and+parasitic+nematodes:+Applications+in+the+search+for+new+anthelmintics.">Automated, high-throughput, motility analysis in Caenorhabditis elegans and parasitic nematodes: Applications in the search for new anthelmintics.</a> Int J Parasitol Drugs Drug Resist. 4 (3), 226-232 (2014).</li><li>Ghosh, R., Emmons, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Episodic+swimming+behavior+in+the+nematode+C.+elegans.">Episodic swimming behavior in the nematode C. elegans.</a> J Exp Biol. 211 (Pt 23), 3703-3711 (2008).</li><li>Restif, C., Ibanez-Ventoso, C., Driscoll, M., Metaxas, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+C.+elegans+swimming+for+high-throughput+phenotyping.">Tracking C. elegans swimming for high-throughput phenotyping.</a> 2011 IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 1542-1548 (2011).</li><li>Friedman, D. B., Johnson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mutation+in+the+age-1+gene+in+Caenorhabditis+elegans+lengthens+life+and+reduces+hermaphrodite+fertility.">A mutation in the age-1 gene in Caenorhabditis elegans lengthens life and reduces hermaphrodite fertility.</a> Genetics. 118 (1), 75-86 (1988).</li><li>Johnson, T. E., Tedesco, P. M., Lithgow, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+mutants,+selective+breeding,+and+transgenics+in+the+dissection+of+aging+processes+of+Caenorhabditis+elegans.">Comparing mutants, selective breeding, and transgenics in the dissection of aging processes of Caenorhabditis elegans.</a> Genetica. 91 (1-3), 65-77 (1993).</li><li>Morris, J. Z., Tissenbaum, H. A., Ruvkun, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+phosphatidylinositol-3-OH+kinase+family+member+regulating+longevity+and+diapause+in+Caenorhabditis+elegans.">A phosphatidylinositol-3-OH kinase family member regulating longevity and diapause in Caenorhabditis elegans.</a> Nature. 382 (6591), 536-539 (1996).</li><li>Lin, K., Dorman, J. B., Rodan, A., Kenyon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=daf-16:+An+HNF-3/forkhead+family+member+that+can+function+to+double+the+life-span+of+Caenorhabditis+elegans.">daf-16: An HNF-3/forkhead family member that can function to double the life-span of Caenorhabditis elegans.</a> Science. 278 (5341), 1319-1322 (1997).</li><li>Ogg, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Fork+head+transcription+factor+DAF-16+transduces+insulin-like+metabolic+and+longevity+signals+in+C.+elegans.">The Fork head transcription factor DAF-16 transduces insulin-like metabolic and longevity signals in C. elegans.</a> Nature. 389 (6654), 994-999 (1997).</li><li>Ziv, E., Hu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+variation+in+insulin/IGF-1+signaling+pathways+and+longevity.">Genetic variation in insulin/IGF-1 signaling pathways and longevity.</a> Ageing Res Rev. 10 (2), 201-204 (2011).</li><li>Murphy, C. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genes+that+act+downstream+of+DAF-16+to+influence+the+lifespan+of+Caenorhabditis+elegans.">Genes that act downstream of DAF-16 to influence the lifespan of Caenorhabditis elegans.</a> Nature. 424 (6946), 277-283 (2003).</li><li>Sulston, J. E., Horvitz, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-embryonic+cell+lineages+of+the+nematode,+Caenorhabditis+elegans.">Post-embryonic cell lineages of the nematode, Caenorhabditis elegans.</a> Dev Biol. 56 (1), 110-156 (1977).</li><li>White, J. G., Southgate, E., Thomson, J. N., Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+the+nervous+system+of+the+nematode+Caenorhabditis+elegans.">The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans.</a> Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 314 (1165), 1-340 (1986).</li><li>Varshney, L. R., Chen, B. L., Paniagua, E., Hall, D. H., Chklovskii, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+properties+of+the+Caenorhabditis+elegans+neuronal+network.">Structural properties of the Caenorhabditis elegans neuronal network.</a> PLoS Comput Biol. 7 (2), e1001066 (2011).</li><li>Jarrell, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+connectome+of+a+decision-making+neural+network.">The connectome of a decision-making neural network.</a> Science. 337 (6093), 437-444 (2012).</li><li>Greenblum, A., Sznitman, R., Fua, P., Arratia, P. E., Sznitman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caenorhabditis+elegans+segmentation+using+texture-based+models+for+motility+phenotyping.">Caenorhabditis elegans segmentation using texture-based models for motility phenotyping.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 61 (8), 2278-2289 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

שימוש סי אלגנס כמערכת מודל ממשיך לגדול עקב הגמישות הגנטית שלו, העקיבות ניסיון ואנטומיה מבואר לפרטים מוקפדים. למשל, המבנה העצבי והקישוריות של אנדרוגינוס אלגנס ממופה בבירור מחוץ 34-36, הקלת חקירות מאוד של מעגלים עצביים ספציפיים ששולטים התנהגויות מסוימות. 302 נוירונים מהווים את מערכת העצבים של אנדרוגינוס המבוגר, אשר תהליך מגוון רחב של מסרים חושיים לתפוקות התנהגותיים בסיסיות כמו תנועה. המבנה של מערכת עצבים הגברית יותר המורכבת אף תואר 37, מה שמאפשר מעגלי מין ספציפי לטפל. 37 התנהגות סי אלגנס נחקרה בהרחבה על צלחות תרבות סטנדרטיות המכילות תקשורת מוצקה. מאז WT C. elegans מהלך בגלים סינוסי לחיזוי על צלחות מלאות אגרו, סטיות מןתבנית כללית ניתן להבחין באמצעות עין וכבש ידני. גישה זו, עם זאת, הוא כפוף של קריטריון הנסיין היא עבודה אינטנסיבית. כלי חומרה ותוכנה שנועדו לעקוב ולמדוד C. elegans תנועה על תקשורת מוצקה להסיר את ההטיה הסובייקטיביות ולאפשר ללימודים בקנה מידה גדולה, המתיר שאלות ביולוגיות מתוחכמות יותר להיות מטופל. המאגר התנהגותי האחרון נוצר על ידי המעבדה שייפר 16 הוא דוגמא מצוינת של הרחבה אנליטית והעומק כי הושג עם מערכת חישובית לתנועה על צלחות. כאשר WT סי אלגנס מושם בנוזל, החיה מסתגלת בתנועתו במהירות לסביבה החדשה, ייזום לשחות. C. elegans שחייה מנצל מגוון רחב יותר של תנועה מאשר זוחל ויכול להיות יותר סדיר 8. תוכנות כמו CeleST נועדה למלא את הפער עבור ניתוח מפורט של C. elegans התנהגות בנוזל, permiquantitation tting של פרמטרים הקשורים בתנועה שאינו נמדדים בקלות על ידי עין האו&quot;ם בעזרת, או שניתן להשיג במהירות רבה יותר מאשר ניקוד ידני. ב 8 קשה h יחיד יכול לעבד עד 200 סרטונים, ~ 1,000 רשומות ליום. התוכנה מגדירה שחי פרמטרים בהערכה המשמשים טביעת אצבע מקיפה של כושר גופני והתנהגות. בנוסף להעשרת הבנה של ההיבטים המורכבים של התנהגות אלגנס בנוזל והשבילים המולקולריים שבבסיס שלהם, תוכנה זו יכולה לשמש כדי לחקור היבטים רבים של ביולוגיה ובן התייחסות תרופתית, הזדקנות, התנהגות ברורה. אנו מציגים כאן, בראייה הכוללת של השינויים לכמת המתרחשים התפקוד הפיזי של C. elegans מבוגרים כשהם מזדקנים היא דוגמה אחת של יישום כזה של התוכנה (עבור חשבון מפורט יותר, ראה Restif et al. 8). בהקשר של הזדקנות, פרמטרים שנמדדו כמה ירד תוךאחרים גדלו או לא שינו באופן עקבי סוג בר. מגמות אוששו במידה רבה על ידי הפרופיל חישובית של מוטציות אריכות ימים, ואת הפרופילים היחסיים של קבוצות ילדונת חינניות הרעות של אוכלוסיות מאותו גיל שומרים על תנאים סביבתיים אחידים. הרזולוציה הגבוהה של התוכנה יכולה גם לחשוף פנוטיפים עדין שלא היו ידועים קודם מוטנטים מאופיין בהרחבה (למשל, גיל-1 (hx546) באיור 1). ישנם כמה שלבים קריטיים במיוחד של הפרוטוקול המתואר. שמירה על סביבת טמפרטורה קבועה בין הסביבה לשחות ואת תרבות צלחת זן חשובה שחזור לשחות, כך מנסה כעת מעודדות מאוד ללכת מאמצים רבים כדי למנוע שינויי טמפרטורה אקראיים. תקשורת לשחות צריכה להיות באותה הטמפרטורה כמו הצלחות. כמו כן, תשומת לב קפדנית את גודל הטיפה עבור לשחות תעזור להבטיח שחזור. לבסוף, זה נבון לחשובמראש על ההעברה של קבצי וידאו גדולים המצטברים. עיבוד תמונות באתר מלבד המחשב לכידת וידאו מומלץ. השימוש בתוכנה מוצגת כאן לניתוח לשחות יש הגבלות מסוימות. ראשית, למרות התוכניות יכולות לעקוב אחר בעלי חיים מרובים בו זמנית, אם יותר מחמש חיות מנותחות במשותף, יש סיכוי מוגבר כי החיות תשחינה ברחבי לזה את תמונות וידאו. כאשר התוכנית אינה יכולה לקבוע באופן חד משמעי איזו חיה היה אשר, זה מצנזר מסגרות נתונים אלה. למרות תכונת תכנית זו מבטיחה כי נתונים עבור בעלי חיים בודדים הם באיכות גבוהה, היא מגבילה את התפוקה. שנית, התמונה צריכה להיות נקייה למדי, כי הוא חופשי של אבק, לכלוך ובוהק מן האורות, כמו אותות הקשורים גם יכול לבלבל את ניתוח התמונה. כפי שתואר בפרק פרוטוקול 2.1.1, השקעה נמוכה מאוד-טק שיכול מאוד לסייע לכידת תמונה על ידי ביטול סיבוכים עם תנודות in תאורה סביבתית היא לכסות את אזור הבמה עם בד כהה שאינו מאפשר אור הסביבה להגיע לשלב. שלישית, התכנית מותאמת לבעלי חיים בשלב מבוגרים. לשחות זחלים צעירים מאוד מהיר ויש גופים קטנים, אשר מגדיל שגיאה בתכנית. הרביעית, כמה תוכנות מנצל MATLAB, וכאשר ישנם שדרוגי גרסה ו / או שדרוגי מערכת הפעלה, כמה קישורי תכנית עשויים להיות מופר. נכון לעכשיו, התוכנה היא מותאמת לשימוש על 2015b MATLAB ו- Mac OS גרסת 10.10, אולם אנו מצפים בקרוב בכדי לפרסם גרסת תוכנה כי הוא חזק יותר נגד שינויים כאלה. לבסוף, קבצי נתוני וידאו עשויים להיות גדולים מהירים, דורשים שטח אחסון שיוקצו. לסיכום, המוצגת כאן היא מתודולוגיה פשוטה שניתן ליישם בקלות על ידי כל מעבדה ללא השקעה רבה כדי ליצור קטעי וידאו של C. elegans שחייה לניתוח CeleST. תכונות של חבילת התוכנה כוללות אוטומציה נרחבת של מעקב דרךניתוח, מעקב רב-חי בו זמנית, ושימוש בסיסי מתמטי (כלומר, אמצעי עקמומיות) כדי לכמת את פרמטרי הנידות ביותר. התוכנה היא קוד פתוח, עם קוד והדגמות זמין לציבור כמפורט Restif et al. 8. למרות התכנית כוללת ניתוח ראייה ממוחשבת מתקדם למעקב, מערכות מעקב שפורסם אחרות (למשל, גרינבלום et al., 2014 38) עולים בקנה אחד עם ניתוח הפרמטר של התוכנה המוצגת כאן. שיפורים עתידיים יופנו המרת התוכנה לתוך חבילה חזקה יותר כי אין להגביל את השימוש לגרסות הספציפיות של מערכות ההפעלה הנ&quot;ל (מסומן גם בטבלה של חומרים).

ההגדרה עד כמה גנטיקה, אפיגנטיקה, ניסיון, והתנהגות השפעה לסביבה הוא אתגר גדול בביולוגיה המודרנית. מודלים פשוטים, גנטי מקובלים כי ניתן לעקוב מחשוב ומדד יכול לתרום קריטי לקראת מטרה זו. נמטודות Caenorhabditis elegans הוא דגם אחד כזה. מטרת מאמר זה היא להדגים כיצד אלגנס לשחות תנועה ניתן לעקוב ונרשמת לחלץ מידע על שמונה תכונות רומן עם הרלוונטיות ביולוגיות. יש סי אלגנס אורך חיים קצר יחסית של כ 2 - 3 w ותקופה הרבייה של כ 4 ד בטמפרטורה של 20 מעלות 1,2 C. בתרבויות מעבדה סטנדרטיות, נמטודות מיקרוסקופים זה הוא גדלו על צלחות פטרי המכילות מדיה צמיחה נמטודות (NGM) פרוסות עם מקור מזון חיידקי 3,4. חיות WT N2 להזיז פעילות בגלים סינוסי אלגנטיים על צלחות מלאות אגרו; הם משנים את תנועת עכברושes בעת נדידה (המחפשים מזון), מגורים (גלישה), או מחל ארוחה (קפאון שובע פעיל) 5. ירידת ערך 6 או גיל 7-12 גם יכול לשנות התנועה באופן דרמטי על צלחות. גני מווסתי התנהגות, healthspan או הזדקנות, ניתן לאפיין מבחינה תפקודית על ידי ניתוח דפוסי תנועה אלגנס או תנועה. גישה אחת למדוד healthspan היא לסווג מבוגרי הזדקנות לשלושה סוגים (למשל, A, B, ו- C) על פי התנועה שלהם על צלחות, עם פעילות גופנית נמרצת כיתה להיות ומעמד להיות שיתוק C 7,8,13. למרות מיון ואיכותי הכולל שימושי לחשוף הבדלים בכושר גופני, בקטגוריות רחבות ללא גבולות ברורים ובכך הניקוד שלהם כפוף הנסיין משוא פנים. מספר גדל והולך של עוקבים העלה את האובייקטיביות, התחכום, ודיוק של הניתוח של C. elegans תנועהעל תקשורת המוצקה 14-18. C. elegans תנועה על צלחות מוגבלת בעיקר למישור שבו החיה יוצרת מגע עם המשטח המוצק של התקשורת. (ג elegans יכול גם לגרום חיפושים ידי הרמת הראש רחוק מהשאר של הגוף כי הוא עדיין בקשר עם משטח מוצק, מיצוב הגוף במטוסים רבים. עם זאת, התנהגות זו היא יוצאת דופן.) כאשר מכניסים נוזל, זה נמטודות יוזם תנועה גלית, או שחייה, כי תכונות תנועה ממדית נרחבת יותר, טווח גדול יותר של מהירות ועומק של תנועה, עלייה בשכיחות עם גיל של הקדמי נע באופן שונה מן האחוריים לעומת חיות על משטחים מוצקים. כתוצאת ניתוח מהיר של כושר גופני ותגובה לסביבה חדשה, נסיין יכול למקם חיה בודדת לתוך טיפת נוזל להבקיע שכיחותו של עיקולי גוף מתחת למשטח הביתור. הקלטת וידאו יכולה להקל scorings הווה והעתיד של מרץ השחייה שלבעל חיים. עם זאת, הגישה הידנית מגבילה את מספר תכונות שיכולים להיות בקיע, והוא מוגבל ומזומן בקיע חיה אחת בכל פעם. תנועה בנוזל כבר פחות בחנה מ תנועה על תקשורת מוצקה. אכן, יש כמה אפשרויות התוכנה כי הם חזקים וקלים ליישום במעבדה למדוד תנועה בנוזל 19-24. CeleST התוכנה (המבחן לשחות C. elegans) מציע פשטות שימוש והמתמטי מבוססת אמצעים המספקים נתונים (ציוני עקמומיות) רלוונטיים ישירות לאופי התנועה 8; (תיאור מפורט של תכונות ויתרונות Restif et al. 8). יתר על כן, ניתוח חישובית מאפשר להבהרת תכונות פנוטיפי כי הם בלתי אפשריים עבור העין האנושית להבקיע. הנה, נתונים המדגימים את הרזולוציה של גישת ניתוח זה מוצגים קל ליישם פרוטוקול להקליט ניסויים לשחות לניתוח CeleST הבא מתואר.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;REAGENT&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>N2</td><td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td><td></td><td>&lt;em&gt;C. elegans&lt;/em&gt; WT (ancestral).</td></tr><tr><td>OP50 &lt;em&gt;Escherichia coli&lt;/em&gt;</td><td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td><td></td><td>Biosafety Level: BSL-1.</td></tr><tr><td>OP50-1 &lt;em&gt;Escherichia Coli&lt;/em&gt;&amp;nbsp;</td><td>Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td><td></td><td>Streptomycin resistant strain of OP50.&amp;nbsp; Biosafety Level: BSL-1.</td></tr><tr><td>Streptomycin sulfate salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S6501</td><td></td></tr><tr><td>Printed Microscope Slides&amp;nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Gold Seal Fluorescent Antibody Microslides: 3032-002</td><td>have two etched 10 mm diameter circles delineated by white ceramic ink</td></tr><tr><td>Nematode Growth Medium (NGM)</td><td>For 1 L: 17 g Agar, 3 g NaCl, 2.5 g Peptone, 1 mL 1 M CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 1 mL 5 mg/mL Cholesterol in ethanol, 25 mL 1 M KPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; buffer, 1 mL 1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 L. Sterilize by autoclaving.</td><td></td><td>Stiernagle, T. Maintenance of &lt;em&gt;C. elegans&lt;/em&gt;. WormBook, 1-11, doi:10.1895/wormbook.1.101.1 (2006)</td></tr><tr><td>M9 buffer</td><td>For 1 L: 3 g KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 6 g Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 5 g NaCl, 1 mL 1 M MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O to 1 L. Sterilize by autoclaving.</td><td></td><td>Stiernagle, T. Maintenance of &lt;em&gt;C. elegans&lt;/em&gt;. WormBook, 1-11, doi:10.1895/wormbook.1.101.1 (2006)</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;EQUIPMENT&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CeleST</td><td>Driscoll Lab, Rutgers University</td><td>&lt;em&gt;C. elegans&lt;/em&gt; Swim Test</td><td>Open Source, see http://celestmod.github.io/CeleST/ and http://celest.mbb.rutgers.edu/</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>www.mathworks.com/downloads</td><td>MatLab version 2015b (best)</td><td>The CeleST version demonstrated here has best functionality with Mac OS 10.10 and MatLab 2015b. MATLAB 2015B introduced changes to how MATLAB handled graphics, including a new coding convention and syntax. These changes resolved an issue that couldn&#039;t be resolved elegantly (primarily because the internals of MATLAB really needed the major graphics overhaul implemented in MATLAB 2015B). For this reason, CeleST should always be run on MATLAB 2015B or later versions. However for users without access to MATLAB version 2015B or later (or MATLAB at all), we have created a CeleST program that doesn&#039;t need MATLAB on the computer at al. An installer is downloaded by the prospective user and then it installs itself onto the computer through a couple prompts like most programs.&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mac OS</td><td>www.apple.com</td><td>Version 10.10</td><td>Currently, CeleST has been ported to the major operating systems (Windows, Mac, and Linux). The current code can be run on any of the operating systems and there are versions for each operating system that don&#039;t even require users to have MATLAB to use CeleST (this version requires a large download). The Windows version has been tested the least and is most prone to bugs as such. Linux has been moderately tested. And Mac has been and continues to be tested extensively (primarily because it&#039;s the operating system in our lab).</td></tr><tr><td>Stereomicroscope&amp;nbsp;</td><td>Zeiss</td><td>Stemi 2000-C&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Transmitted Light Base</td><td>Diagnostic Instruments</td><td>TLB 3.1</td><td></td></tr><tr><td>Digital CCD Camera</td><td>QImaging</td><td>Rolera-XR Mono Fast 1394 (ROL-XR-F-M-12)</td><td></td></tr><tr><td>Digital Video Recording Software</td><td>Norpix</td><td>Streampix Version 3.17.2</td><td></td></tr></tbody></table>

automated analysis of c. elegans swim behavior using celest software

ביתור המעגלים העצביים ועל תוקפת מסדירי התנהגות עדיין מהווה אתגר מרכזי בביולוגיה. נמטודות Caenorhabditis elegans הוכיחו להיות אורגניזם מודל יסולא בפז עוזר להתמודד עם האתגר הזה, מן להפיח גישות טכנולוגיות, בניית connectome המוח האנושי, ממש לשפוך אור על הנהגים מולקולריים הייחודיים של דפוסים תפקודיים בסיסיים. חלק הארי של המחקרים התנהגותיים ב C. elegans בוצע על מצעים מוצקים. בנוזל, חיות מפגינות דפוסי התנהגות הכוללים ינועו בטווח של מהירויות ב -3 D, כמו גם תנועות גוף חלקית, כגון תלתל אחורי ללא שינוי צורה קדמית, אשר מציגות אתגרים חדשים כדי לכמת. השלבים של הליך פשוט, ושימוש תוכנה המאפשרת ניתוח ברזולוציה גבוהה של C. elegans לשחות התנהגות, מוצגים כאן. התוכנה, בשם CeleST, משתמשת תוכנת מחשב מתמחה העוקבתבעלי חיים רבים בו זמנית ומספק אמצעים הרומן של C. elegans תנועה בנוזל (שחייה). הצעדים מבוססים בעיקר בתנוחת חיה ובהתבסס על מתמטיקה המשמשת ראייה ממוחשבת דפוס הכרה, ללא דרישות חישוביים-offs לחתוך סף. כלי התוכנה יכול לשמש הוא להעריך תעוזת שחייה הכוללת מאה בעלים ממחקרים יצוו קטן משולבים לחשוף פנוטיפים רומן אפילו מוטציות גנטיות היטב מאופיינות. הכנת דגימות לניתוח עם CeleST היא פשוט נמוך-טק, מה שמאפשר הסתגלות רחבה על ידי הקהילה המדעית. השימוש בגישה חישובית המתואר כאן ולכן צריך לתרום להבנה טובה יותר של התנהגות ומעגלים התנהגותי במודל C. elegans.

על ידי ניתוח תנועה בנוזל (שחייה), פנוטיפים כי אינם עומדים לרשות חברה על תקשורת מוצקה (זחילה) ניתן הובהר. כדי לכמת שחי תנועה פתחנו תוכנה ספציפית המודד עשרה פרמטרי רומן של שחי התנהגות 8. שמונה השימושיים ביותר של פרמטרים אלה מתוארים בפירוט בטבלה 1. פרמטרים אלה נקראים שיעור ייזום גל, מספר גל גוף, אסימטריה, למתוח, קרלינג, מהירות נסיעה, משיחת מכחול, ומדד פעילות. מחקרים המדגימים את הכוח של התוכנה הגדירו את הירידה התפקודית של מאות מבוגרים ההזדקנות עם WT, התנהגותיים או אריכות ימים מוטציה רקע 8, ו ניתחו את למד היטב מוטציות אריכות ימים-1 גיל (hx546) ו daƒ-16 (mgDƒ50), אשר נמל מוטציות לשבש את מסלול איתות אינסולין הקבוע. גיל -1 הגן מקודד עבור phosphatidylinositide 3-kinase (PIK3למקטע קטליטי), וכאשר היא מטפחת את המוטציה hx546, גורם ללחץ הארכת תוחלת חי התנגדות 27-29. הגן daƒ-16 מקודד עבור O תיבת forkhead גורם שעתוק (FoxO) כי מקצרת את תוחלת החיים ופוגעת תגובת הלחץ כאשר נמחק 30-33. פרמטרים מסוימים של שחייה כגון שיעור ייזום גל, מהירות נסיעה, משיחת מכחול ואינדקס פעילות ירד בהדרגה עם הגיל גם רקע גנטי חיובי (איור 1). עולים בקנה אחד עם ידע נוכחי, חיים ארוכי גיל-1 (hx546) מוטנטים הראו ביצועים גופניים נמרצים יותר WT בגילים המבוגרים וזקנים מאוד. כמו כן כמצופה, קצר מועד daƒ-16 (mgDƒ50) מוטנטים מוצגים נפגעת ביצועים, במיוחד בגילים ישנים מאוד. למרבה הפלא, זה היה רק ​​תחת פיקוח של ראייה ממוחשבת CeleST חבילת אלגוריתם מתמטי כי superioביצועי r לשחות בגיל-1 (hx546) מוטנטים לא הורגשו בתחילת הבגרות. עובדת גיל-1 (hx546) תוצאות בביצועים פיסיים משופרים על חי בוגרים צעירים עולה כי מוטציה זו משפיעה התפתחות תקינה ו / או פנוטיפ בוגרים צעיר בצורה לא המוערכת בעבר (איור 1). גוף גל מספר, אסימטריה, למתוח, ומסתלסלים פרמטרים במגמה עם גיל ב WT ומבוגרי מוטצית הזדקנות (איור 2). מעניין לציין, כי רמת הרזולוציה של התוכנה חשפה תכונות התנהגותיות עדינות כמו הסימטריה המתמשכת של גיל-1 (hx546) מוטנטים ברחבי תוחלת החיים שלהם ואת חוסר היכולת של daƒ-16 מופלג (mgDƒ50) מוטנטים למתוח ולהתכרבל במידה זהה לעשות מבוגרים WT וגיל-1 -age (hx546). בנוסף את ההפסד הכולל הבלתי נמנעת של perfo פיזיתrmance בשל גילו, כל מבוגר הפרט מציג דפוס התקדמות ייחודי בתהליך ההזדקנות, גם כאשר גנטיקה וסביבה הם כמעט הומוגנית 7. (על ידי שליטת גנטיקה והסביבה, את ההשפעות של בלבול האפשרית של גורמים אלה הם מזעריים, חשיפת התרומה המשמעותית של stochasticity להתנוונות הקשורות לגיל.) אוכלוסייה אלגנס מסונכרנת של רקע גנטי דומה שמר בסביבה מבוקרת עדיין מכיל תערובת של סוגים שונים של אנשים על פי מוזרויות מזדקנות. למרות כל להתחיל מבוגרים בריאים כמו, כמה מאבדים במהירות את הכושר הגופני שלהם (העשרה רע, בכיתת ג &#39;), בעוד שאחרים לשמור על מרץ לתקופה ארוכה יותר של זמן (העשרה חינני, כיתה). העשרה רע ולכן נראה שיש healthspan קצר באופן משמעותי מן העשרה חינני. כמו כן פורטו המחקר שלנו 8, העשרה חינני מתוחזק fitn פיזית נעוריםESS כפי שנצפה על ידי השוואה עם פרופיל לשחות של מבוגרים הרבה יותר צעיר (איורים 3, 4 ו -5). כושר מתמשכת זו ניתן להשוות את התפקוד הפיזי של מוטציות גיל-1 חיים ארוכים (hx546) בגיל שלאחר הרבייה (ד 11) (איורים 1 ו -2). נהפוך הוא, העשרה רע איבד דרמטי הרבה של היכולת הפיזית שלהם זמן קצר לאחר הרבייה, ביצוע ברמות דומות לאלו של מבוגרים daƒ-16 (mgDƒ50) חולי פרוגריה וישנים קיצוניים (איורים 1 - 4). דמיון אלה ניתן להסיק על ידי השוואת ברוטו, אולם חתימות בפרט הם מורגש ללא קושי מבט מקרוב. לדוגמא, אם כי יש איזשהו יחס בין ההיקף הן של המתיחה ומסתלסל בסוגים ברים מופלגים מוטנטים הזדקנות (איור 2), יחס זה לא הוא ציין העשרה רע (איורים 4 ו -5), אשר מראות נטייה גבוהה יותר להתכרבל עד אךלא למתוח בדגימות שנבדקו. התוכנה אנו מציגים ובכך מוסיפה ממד לניתוח כושר גופני או קיבולת locomotory על ידי מתן הכלים ללימודים מתוחכמים יותר, כי לא היו צייתנים לפני. לסיכום, CeleST מספק readouts המקיף בצורת שמונה צעדי רומן מודגשים כאן, המגדירים את טביעת האצבע התנהגותיים של גנטיים, אפיגנטיים ספציפיים, ועל רקע הסביבה, המאפשר זיהוי של דפוסי פרמטר ייחודיים משותפים שיכול להיות החתימות של תנאים ספציפיים ( סביבתי, תרופתי, תזונה), תהליכים ביולוגיים, או אורגניזם מדינות כגון healthspan. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54359/54359fig1.jpg" /> איור 1: כתבות על תוכנות CeleST על גל ייזום שיעור (א), פעילות מדד (B), משיכת מכחול (C) נסיעות מהירות (ד) עבור WT, גיל-1 (hx546), ו daƒ-16 (mgDƒ50)<html> מבוגרים על D 4 (בגרות צעירה), 11 (פוסט-רבייה) ו -20 (מופלג). &#39;#&#39; ב &#39;מספר&#39; אמצעי ציר y. WTS נצבע באפור, גיל-1 בירוק daƒ-16 באדום. ברים שגיאה הם סטיית התקן של הממוצע (SEM). WT מאותו גיל מוטציות הזדקנות הושוו מובהקות סטטיסטיות באמצעות חד סטרי ANOVA ואחריו מבחן ההשוואה הנפוץ של Dunnett. **, P = 0.001 - &lt;0.01; ***, P = 0.0001 - &lt;0.001. n = 62 בכל הנתונים מצביעים מארבעה ניסויים עצמאיים. שים לב כאן, ובמשך איור 2, כל הסרטון של פרט 30 הוא עשה עם 4 בעלי חיים, עבור כל ניסוי אנו להבקיע כולל של 16 חיות מ -4 קטעי וידאו לשחות, זה נעשה עבור 4 ביולוגים משכפלים עבור כל נקודת נתונים המוצגות. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54359/54359fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <html> ntent &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54359/54359fig2.jpg" /> איור 2: כתבות על תוכנות על גוף גל מספר (א), אסימטריה (B), למתוח (C), ו קרלינג (ד) עבור WT, גיל-1 (hx546) ו daƒ-16 (mgDƒ50) מבוגרים על D 4 (צעירים בבגרות), 11 (-רבייה פוסט) ו -20 (מופלג). &#39;#&#39; ב &#39;מספר&#39; אמצעי ציר y. WT נצבע באפור, גיל-1 בירוק, daf-16 באדום. ברים שגיאה הם סטיית התקן של הממוצע (SEM). WT מאותו גיל מוטציות הזדקנות הושוו מובהקות סטטיסטיות באמצעות חד סטרי ANOVA ואחריו מבחן ההשוואה הנפוץ של Dunnett. *, P = 0.01 - &lt;0.05; **, P = 0.001 - &lt;0.01; ***, P = 0.0001 - &lt;0.001. n = 62 בכל נקודת נתונים מארבעה עצמאיים, 30 שניות לשחות ניסויים.e.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54359/54359fig3.jpg" /> איור 3: דוחות תוכנה על גל ייזום שיעור (א), פעילות מדד (B), משיכת מכחול (C), נסיעות מהירות (D) למבוגרים WT צעירים (ד 4), ואותו בגיל חינני אנשי גיל Bad (D10 ו -11). &#39;#&#39; ב &#39;מספר&#39; אמצעי ציר y. WTS יאנג נצבע באפור, Class A העשרה חינני בירוק, העשרה רע בכיתה ג באדום. ברים שגיאה הם סטיית התקן של הממוצע (SEM). Class A העשרה חינני העשרה רע בכיתה ג הושוו D 4 צעירים באמצעות ANOVA חד כיווני ואחריו מבחן השוואה נפוצה של Dunnett. ****, P &lt;0.0001. n = 27 בכל נקודת נתונים משני עצמאית, 30 שניות לשחות ניסויים. גרף הוא שונה במקצת ואח Restif. (2014) 8, אשר פורסם תחת CreativeCommons ייחוס (CC BY) רישיון http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54359/54359fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54359/54359fig4.jpg" /> איור 4: כתבות על תוכנות על גוף גל מספר (א), אסימטריה (B), ואת קרלינג (C) עבור מבוגרים WT יאנג (ד 4), ואותו בגיל חינני Bad אנשי גיל (D 10 ו -11). &#39;#&#39; ב &#39;מספר&#39; אמצעי ציר y. WTS יאנג נצבע באפור, Class A העשרה חינני העשרה ירוק והמעמד C רע באדום. ברים שגיאה הם סטיית התקן של הממוצע (SEM). Class A העשרה חינני העשרה רע בכיתה ג הושוו D 4 צעירים באמצעות ANOVA חד כיווני ואחריו מבחן השוואה נפוצה של Dunnett. **, P = 0.001 - &lt;0.01; ****, P &lt;0.0001; <sטרונג&gt; N / A, הלא רלוונטי שכן רק אחד חיה מתוך ציון של גודל המדגם מסולסל. n = 27 בכל נקודת נתונים משני עצמאית, 30 שניות לשחות ניסויים. גרף הוא שונה במקצת ואח Restif. (2014) 8, אשר פורסם תחת רישיון Creative Commons רישיון http (CC BY): /creativecommons.org/licenses/by/4.0/. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54359/54359fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54359/54359fig5.jpg" /> איור 5: דווח תוכנה על מתיחה למבוגרים WT יאנג (ד 4), ואותו בגיל חינני Bad אנשי גיל (D 10 ו -11). WTS יאנג נצבע באפור, Class A העשרה חינני העשרה ירוק והמעמד C רע באדום. ברים שגיאה הם סטיית התקן של הממוצע (SEM). Class A העשרה חינני העשרה רע בכיתה ג הושווה y D 4מבוגרי oung באמצעות ANOVA חד כיווני ואחריו מבחן ההשוואה הנפוץ של Dunnett. n = 27 בכל נתונים מצביעים משני ניסויים עצמאיים. גרף הוא שונה במקצת ואח Restif. (2014) 8, אשר פורסם תחת רישיון Creative Commons רישיון http (CC BY): /creativecommons.org/licenses/by/4.0/. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54359/54359fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="וידאו 1" src="/files/ftp_upload/54359/54359video1.jpg" /> וידאו 1: שחייה של קבוצת נציג של C. elegans מבוגר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54359/Video1.mov" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה. (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד.)</a> <img alt="וידאו 2" src="/files/ftp_upload/54359/54359video2.jpg" /> וידאו 2: חישוב תוכנת CeleST של עקמומיות מפות בודדות של הופעות Swim של בעלי החיים נבדקים. מפות עקמומיות מחושבות ברקע; הם אינם מופיעים בממשק התוכנה עם המשתמש. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54359/Video2.mov" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה. (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד.)</a> <img alt="וידאו 3" src="/files/ftp_upload/54359/54359video3.jpg" /> וידאו 3: חישוב תוכנה של צעדים לשחות מבוססים על פרט עקמומיות מפות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54359/Video3.mov" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה. (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד.)</a> <img alt="וידאו 4" src="/files/ftp_upload/54359/54359video4.jpg" /> וידאו 4: חישוב תוכנה של צעדים לשחות כי אין לסמוך על עקמומיותמפות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54359/Video4.mov" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה. (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד.)</a>

Watch this Scientific Journal Video about Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software at JoVE.com

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

מתודולוגיה יעילה ופשוט לניתוח במחשב מבוסס התנהגות שחי נמטודות בנוזל מתוארת. השיטה מחייבת לא מעט על מנת השקעה למעבדות C. elegans. החומרה בשימוש הוא רגיל, ואת תוכנת מחשב עבור ניתוח התנהגותי (CeleST) הוא קוד פתוח אחד.

ניתוח אוטומטי של<em&gt; C. elegans</em&gt; התנהגות שח שימוש CeleST תוכנה

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has ...

automated-analysis-of-c-elegans-swim-behavior-using-celest-software

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

12.5K Views.  Rutgers University.  מתודולוגיה יעילה ופשוט לניתוח במחשב מבוסס התנהגות שחי נמטודות בנוזל מתוארת. השיטה מחייבת לא מעט על מנת השקעה למעבדות C. elegans. החומרה בשימוש הוא רגיל, ואת תוכנת מחשב עבור ניתוח התנהגותי (CeleST) הוא קוד פתוח אחד. 

Video: Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, acceleration and forces involved in the locomotory behavior of nematodes suspended in a column of water in response to single wavelengths of light. We demonstrate how to evaluate the locomotion of a microscopic organism using Single Wavelength Shadow Imaging (SWSI) using two different examples.
The first example is a systematic and statistically viable study of the average descent of C. elegans in a column of water. For this study, we used living and dead wildtype C. elegans. When we compared the velocity and direction of nematode active movement with the passive descent of dead worms within the gravitational field, this study showed no difference in descent-times. The average descent was 1.5 mm/sec &#177; 0.1 mm/sec for both the live and dead worms using 633 nm coherent light.
The second example is a case study of select individual C. elegans changing direction during the descent in a vertical water column. Acceleration and force are analyzed in this example. This case study demonstrates the scope of other physical properties that can be evaluated using SWSI while evaluating the behavior using single wavelengths in an environment that is not accessible with traditional microscopes. Using this analysis we estimated an individual nematode is capable of thrusting with a force in excess of 28 nN.
Our findings indicate that living nematodes exert 28 nN when turning, or moving against the gravitational field. The findings further suggest that nematodes passively descend in a column of water, but can actively resist the force of gravity primarily by turning direction.

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

The technique presented here measures the path of freely swimming microscopic species using single wavelength exposure. C. elegans are used to demonstrate shadow imaging as an inexpensive alternative to costly microscopes. This technique can be adapted to accommodate various orientations, environments and species to measure direction, speed, acceleration and forces.

אחת אורך גל צל הדמיה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em&gt; נידות כולל כוח אומדנים

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

Engineering

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

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

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

מחקר נידות כמותית של חי מייקרו אורגניזמים בחופשיות באמצעות ליזר עקיף

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

Bioengineering

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

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

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

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

Electrotaxis מבוסס microfluidic לניתוח כמותי על פי דרישה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em&gt; &#39;נידות

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

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 ...

Swimming Induced Paralysis to Assess Dopamine Signaling in Caenorhabditis elegans

The swimming assay described in this protocol is a valid tool to identify proteins regulating the dopaminergic synapses. Similar to mammals, dopamine (DA) controls several functions in C. elegans including learning and motor activity. Conditions that stimulate DA release (e.g., amphetamine (AMPH) treatments) or that prevent DA clearance (e.g., animals lacking the DA transporter (dat-1) which are incapable of reaccumulating DA into the neurons) generate an excess of extracellular DA ultimately resulting in inhibited locomotion. This behavior is particularly evident when animals swim in water. In fact, while wild-type animals continue to swim for an extended period, dat-1 null mutants and wild-type treated with AMPH or inhibitors of the DA transporter sink to the bottom of the well and do not move. This behavior is termed "Swimming Induced Paralysis" (SWIP). Although the SWIP assay is well established, a detailed description of the method is lacking. Here, we describe a step-by-step guide to perform SWIP. To perform the assay, late larval stage-4 animals are placed in a glass spot plate containing control sucrose solution with or without AMPH. Animals are scored for their swimming behavior either manually by visualization under a stereoscope or automatically by recording with a camera mounted on the stereoscope. Videos are then analyzed using a tracking software, which yields a visual representation of thrashing frequency and paralysis in the form of heat maps. Both the manual and automated systems guarantee an easily quantifiable readout of the animals' swimming ability and thus facilitate screening for animals bearing mutations within the dopaminergic system or for auxiliary genes. In addition, SWIP can be used to elucidate the mechanism of action of drugs of abuse such as AMPH.

Swimming Induced Paralysis to Assess Dopamine Signaling in Caenorhabditis elegans

Swimming induced paralysis (SWIP) is a well-established behavioral assay used to study the underlying mechanisms of dopamine signaling in Caenorhabditis elegans (C. elegans). However, a detailed method to perform the assay is lacking. Here, we describe a step-by-step protocol for SWIP.

שחייה המושרה שיתוק כדי להעריך דופמין איתות ב Caenorhabditis elegans

The swimming assay described in this protocol is a valid tool to identify proteins regulating the dopaminergic synapses. Similar to mammals, dopamine (DA) ...

Behavior

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

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

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

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

ניתוח השוואתי של שיטות ניסיוניות לכימות פעילות בעלי חיים בקאנורבדיטיס אלגנס מודלים של מחלות מיטוכונדריאליות

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

An Assay for Measuring the Effects of Ethanol on the Locomotion Speed of Caenorhabditis elegans

Alcohol use disorders are a significant public health concern, for which there are few effective treatment strategies. One difficulty that has delayed the development of more effective treatments is the relative lack of understanding of the molecular underpinnings of the effects of ethanol on behavior. The nematode, Caenorhabditis elegans (C.&#160;elegans), provides a useful model in which to generate and test hypotheses about the molecular effects of ethanol. Here, we describe an assay that has been developed and used to examine the roles of particular genes and environmental factors in behavioral responses to ethanol, in which locomotion is the behavioral output. Ethanol dose-dependently causes an acute depression of crawling on an agar surface. The effects are dynamic; animals exposed to a high concentration demonstrate an initial strong depression of crawling, referred to here as initial sensitivity, and then partially recover locomotion speed despite the continued presence of the drug. This ethanol-induced behavioral plasticity is referred to here as the development of acute functional tolerance. This assay has been used to demonstrate that these two phenotypes are distinct and genetically separable. The straightforward locomotion assay described here is suitable for examining the effects of both genetic and environmental manipulations on these acute behavioral responses to ethanol in C.&#160;elegans.

An Assay for Measuring the Effects of Ethanol on the Locomotion Speed of Caenorhabditis elegans

C. elegans is a useful model for studying the effects of ethanol on behavior. We present a behavioral assay that quantifies the effects of ethanol on the locomotion speed of crawling worms; both initial sensitivity and the development of acute functional tolerance to ethanol can be measured with this assay.

Assay למדידת ההשפעות של אתנול במהירות התנועה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em

Alcohol use disorders are a significant public health concern, for which there are few effective treatment strategies. One difficulty that has delayed the ...

Automated Behavioral Analysis of Large C. elegans Populations Using a Wide Field-of-view Tracking Platform

Caenorhabditis elegans is a well-established animal model in biomedical research, widely employed in functional genomics and ageing studies. To assess the health and fitness of the animals under study, one typically relies on motility readouts, such as the measurement of the number of body bends or the speed of movement. These measurements usually involve manual counting, making it challenging to obtain good statistical significance, as time and labor constraints often limit the number of animals in each experiment to 25 or less. Since high statistical power is necessary to obtain reproducible results and limit false positive and negative results when weak phenotypic effects are investigated, efforts have recently been made to develop automated protocols focused on increasing the sensitivity of motility detection and multi-parametric behavioral profiling. In order to extend the limit of detection to the level needed to capture the small phenotypic changes that are often crucial in genetic studies and drug discovery, we describe here a technological development that enables the study of up to 5,000 individual animals simultaneously, increasing the statistical power of the measurements by about 1,000-fold compared to manual assays and about 100-fold compared to other available automated methods.

Automated Behavioral Analysis of Large C. elegans Populations Using a Wide Field-of-view Tracking Platform

We describe protocols for using the wide field-of-view nematode tracking platform (WF-NTP), which enables high-throughput phenotypic characterization of large populations of Caenorhabditis elegans. These protocols can be used to characterize subtle behavioral changes in mutant strains or in response to pharmacological treatment in a highly scalable fashion.

אוטומטיות התנהגותית ניתוח של גדול C. elegans אוכלוסיות שימוש רחב שדה-of-view מעקב פלטפורמה

Caenorhabditis elegans is a well-established animal model in biomedical research, widely employed in functional genomics and ageing studies. To assess the ...

Immunology and Infection

Evaluation of Motor Impairment in C. elegans Models of Amyotrophic Lateral Sclerosis

The neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS) features progressive loss of motor neurons accompanied by muscle weakness and motor impairment that worsens with time. While considerable advances have been made in determining genetic drivers of ALS for a subset of patients, the majority of cases have an unknown etiology. Further, the mechanisms underlying motor neuron dysfunction and degeneration are not well understood; therefore, there is an ongoing need to develop and characterize representative models to study these processes. Caenorhabditis elegans can adapt their movement to the physical constraints of their surroundings, with two primary movement paradigms studied in a laboratory environment- crawling on a solid surface and swimming in liquid. These represent a complex interplay between sensation, motor neurons, and muscles. C. elegans models of ALS can exhibit impairment in one or both of these movement paradigms. This protocol describes two sensitive assays for evaluating motility in C. elegans: an optimized radial locomotion assay measuring crawling on a solid surface and an automated method for tracking and analyzing swimming in liquid (thrashing). In addition to the characterization of baseline motor impairment of ALS models, these assays can detect suppression or enhancement of the phenotypes from genetic or small molecule interventions. Thus, these methods have utility for studying ALS&#160;models and any C. elegans strain that exhibits altered motility.

Evaluation of Motor Impairment in C. elegans Models of Amyotrophic Lateral Sclerosis

This protocol describes two sensitive assays for discriminating among mild, moderate, and severe motor impairment in C. elegans models of amyotrophic lateral sclerosis, with general utility for C. elegans strains, with altered motility.

הערכה של ליקוי מוטורי בדגמי C. elegans של טרשת אמיוטרופית לרוחב

The neurodegenerative disease amyotrophic lateral sclerosis (ALS) features progressive loss of motor neurons accompanied by muscle weakness and motor ...

Swimming-Induced Paralysis (SWIP) Assay: A Method to Quantify Dopamine-Mediated Locomotion in C. elegans

Source: Kudumala, S., et al. <a href="https://www.jove.com/video/59243/swimming-induced-paralysis-to-assess-dopamine-signaling">Swimming Induced Paralysis to Assess Dopamine Signaling in&#160;Caenorhabditis elegans</a>.&#160;J. Vis. Exp.&#160;(2019).
Here, we introduce an assay to measure SWIP, a behavioral phenotype of&#160;C. elegans&#160;that occurs during vigorous motion like swimming.&#160; The example protocol discusses both manual and automated analysis approaches.

בדיקת שיתוק המושרה בשחייה (SWIP): שיטה לכימות תנועה בתיווך דופמין ב- C. elegans

Source: Kudumala, S., et al. Swimming Induced Paralysis to Assess Dopamine Signaling in&#160;Caenorhabditis elegans.&#160;J. Vis. Exp.&#160;(2019).
Here, ...

ניתוח אוטומטי של

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

אחת אורך גל צל הדמיה של