Il sistema e il protocollo sono progettati per analizzare il sistema fisiologico delle mosche mappando con un intervento umano minimo. Con il sistema e il protocollo, possiamo sapere con precisione come è organizzato lo spazio visivo di una dimensione di mosca. I vantaggi del sistema sono la riproducibilità e la velocità della mappatura.
Lo studio degli occhi composti è una parte importante della ricerca sulla visione animale e ha ispirato diverse innovazioni tecniche che hanno prodotto occhi artificiali. Abbiamo dato un esempio su come costruire e testare un dispositivo automatico per la scansione di occhi composti. I dettagli dello sviluppo dell'algoritmo che riuniscono le parti richiedono particolare attenzione.
Inizia con la raccolta di una mosca dalla popolazione allevata in laboratorio. Preparare un tubo di ritenuta tagliando sei millimetri dalla parte superiore in modo che il tubo abbia un diametro esterno di quattro millimetri e un diametro interno di 2,5 millimetri nella parte superiore. Posizionare la mosca all'interno del tubo tagliato e sigillare il tubo con cotone per evitare di danneggiare la mosca.
Quindi spingere la mosca in modo tale che la testa sporga dal tubo e il corpo sia trattenuto nel tubo. Usa la cera d'api per immobilizzare la testa mentre gli occhi rimangono scoperti. Una volta fatto, tagliare il tubo per ottenere una lunghezza di 10 millimetri.
Quindi posizionare il tubo di plastica contenente la mosca nel supporto in ottone con un occhio della mosca rivolto verso l'alto e il supporto appoggiato su un piano del tavolo. Regolare l'orientamento del tubo sul microscopio come descritto nel manoscritto per scansionare l'intero occhio all'interno della gamma dell'azimut e dell'elevazione consentita dalla configurazione. Impostare il microscopio montando un perno di allineamento sullo stadio di rotazione azimutale in modo che la posizione X-Y della punta possa essere regolata in modo che coincida con l'asse azimutale sullo stadio motorizzato.
Durante la visualizzazione con il microscopio dotato di un obiettivo 5X, utilizzare il joystick dell'asse Z per concentrarsi sulla punta. Quindi, allineare la regolazione X-Y dell'asse azimutale con l'asse ottico del microscopio e utilizzare i joystick degli assi X e Y per garantire che gli assi rotanti di elevazione e azimut siano preallineati con il perno centrato. Manipolare l'azimut e i joystick di elevazione per verificare se il perno è centrato rispetto a entrambi i gradi di libertà.
Quando è ben centrata, la punta del perno rimane nella stessa posizione durante le rotazioni azimutali e di elevazione. Allineare e montare la mosca con lo stadio di elevazione a zero gradi e il supporto sullo stadio azimutale. Quindi osserva l'occhio della mosca con il microscopio.
Dopo aver acceso il LED di illuminazione, regolare la posizione orizzontale della mosca per allineare il centro dello pseudopupil. Quindi modificare la posizione verticale dello pseudopupil utilizzando la vite rotante del supporto in modo che lo pseudopupil profondo venga messo a fuoco a livello dell'asse di elevazione. Quindi, allineare lo pseudopupil profondo rispetto all'azimut e agli assi di elevazione centrandolo nel campo visivo.
Quando la configurazione è pronta, passare la vista alla fotocamera digitale montata al microscopio ed eseguire l'inizializzazione software del sistema di grazia, che include l'inizializzazione dei controller del motore e del controller LED Arduino. Per fare ciò, apri MATLAB versione 2020a o successiva ed esegui lo script MATLAB. Sullo schermo del computer, confermare che lo pseudopupil della mosca sia al centro dell'immagine proiettata.
Utilizzare il joystick dell'asse Z per portare la messa a fuoco al livello dello pseudopupil corneale. Una volta allineata la messa a fuoco, eseguire l'algoritmo di messa a fuoco automatica per ottenere un'immagine nitida a livello della cornea. Quindi riportare la messa a fuoco al livello pseudopupil profondo regolando lo stadio motorizzato dell'asse Z.
Conservare la distanza tra lo pseudopupil profondo e lo pseudopupil corneale. Successivamente, metti a punto il centraggio pseudopupil con l'algoritmo di centraggio automatico seguito riportando l'attenzione al livello pseudopupil corneale. Eseguire nuovamente l'algoritmo di messa a fuoco automatica e azzerare gli stadi motorizzati nelle loro posizioni correnti.
Durante la scansione dell'occhio, eseguire l'algoritmo di scansione per campionare le immagini oculari lungo le traiettorie in cinque gradi mentre si eseguono gli algoritmi di centraggio automatico e messa a fuoco automatica. Dopo il campionamento, spegnere il LED e i controller del motore. Successivamente, elaborare le immagini applicando gli algoritmi di elaborazione delle immagini.
Nello studio dell'ottica dell'occhio di mosca, l'immagine a livello della superficie oculare mostra i riflessi delle faccette e la riflessione del granulo pigmentato nello stato attivato. L'immagine scattata a livello del centro della curvatura oculare ha illustrato il riflesso della disposizione delle cellule fotorecettrici in uno schema trapezoidale con le loro estremità distali posizionate a circa il piano focale delle lenti sfaccettate. Due immagini successive sono state correlate per determinare uno spostamento nella traduzione del modello di sfaccettatura.
Un'immagine scattata durante una scansione attraverso l'occhio viene mostrata con i centroidi delle faccette. Dopo una rotazione azimutale di cinque gradi, l'immagine successiva è illustrata qui. La procedura centroide non è stata in grado di identificare tutte le sfaccettature.
Una bassa riflettanza locale causata da piccole irregolarità superficiali, o specifiche di polvere, ha provocato centroidi errati. L'errore è stato risolto calcolando una trasformata di Fourier veloce. Il primo anello di armoniche definisce tre orientamenti indicati dalle linee blu, rossa e verde.
La trasformazione inversa delle armoniche lungo i tre orientamenti ha prodotto le bande grigie. L'occhio destro di una mosca domestica è stato scansionato dal lato frontale al lato laterale in 24 passaggi. L'immagine mostra l'assemblaggio delle sfaccettature come un diagramma di Voronoi.
All'inizio della scansione, particolare attenzione dovrebbe essere data alla regolazione dello pseudopupil profondo dell'occhio di mosca al centro di rotazione del sistema goniometrico. Qui applichiamo la microscopia epi-illuminazione. Questo metodo può essere semplicemente esteso alla microscopia a fluorescenza per studiare gli insetti che non hanno uno pseudopupil riflettente.
La conoscenza quantitativa della distribuzione degli assi visivi di un occhio consentirà di comprendere come i sistemi fisiologici sono ottimizzati per determinati compiti come la caccia, l'accoppiamento o il rilevamento dei predatori.
