Drosophila의 비행 중 시각 인한 악취 추적

요약

여기서 우리는 후각 자기 - 밧줄 (OMT) 장치에 대한 취득 비디오 이미지를 최적화하는 방법에 대해 설명합니다. 우리는 또한 visuo - 후각 융합을 공부 두 가지 샘플 실험 프로토콜을 설명합니다.

초록

비행 곤충들은 바람 스트림의 제목을 안정화시키기 위해 시각적 단서를 사용합니다. 많은 동물은 또한 바람에 실시 냄새를 추적할 수 있습니다. 맞바람의 등, 영상 안정화는 냄새 추적에 직접 에이즈 추적. 그러나 후각 신호를 직접 바람의 단서에서 독립적으로 시각 추적 행동에 영향을합니까? 또한, 후각 분자 유전학 및 neurophysiology 최근 발전 (예) 유전자 특정 후각 활성화 회로의 운영을 중지시키지 행동 영향을 평가하기 위해 새로운 정량 분석​​을 행동 동기가있다. 우리는 원래 좁은 층류의 냄새 plumes과 무대를 갖춘하여 시력 실험 고안 자기 테더 시스템을 수정했습니다. 여기는 파리가 닿는 후 수행과 자기 분야에서 탐색할 수있는 수있는 실험에 중점을두고 있습니다. 우리는 얼마나 안정적인 냄새 추적을 판단하는 신체 각도 측정에 최적화된 영상 이미지를 획득하는 방법을 보여줍니다, 우리는 냄새 추적에 대한 시각적 단서의 영향을 검토하는 방법은 두 실험을 보여줍니다.

프로토콜

OMT는 가상 플륨 시뮬레이터 ^2를 통합할 수 있도록 설계된 자기 테더 시스템 ^1의 적응이다. 다음 프로토콜은 취득 비디오 이미지를 (1 부) 최적화 및 기본 visuo - 후각 실험의 두 종류 (파트 2 & 3)를 실행하는 방법을 설명합니다.

1 부 : 비디오 수집

비디오 이미지를 최적화하면 획득한 데이터의 품질을 매우 중요합니다. 깨끗한 이미지에 대한 다음 단계를 수행하십시오.

1. 포셉 한 켤레를 사용하여 무대에 갓 닿는 파리를 놓습니다.
2. 곁에 비행의 복부 측면에 카메라보기가 유리관을 통해 직접적으로 상향 챔버 통해 그러한 명확한 아크릴 진공 챔버 아래에 위치 FireWire를 보드 카메라 (화재 - I 1394store.com). 비디오 시스템의 렌즈에는 적외선 필터 코팅이 없다는 것을 확인하십시오.
3. 파리를 조명하려면 LED 패널 아래에 위치 적외선 발광 다이오드 (LED)의 원형 배열 (소형 부품 병원)을 사용합니다. 균일한 조명을위한 개별적으로 파리의 시체에서 LED를 각각 중점을두고 있습니다.
4. 패널 시스템에서 섬광을 감소하고 비행 의해 관찰된 영상 신호를 최소화하기 위해, 그것은 평평한 검은 페인트와 카메라보기 내에있는 코트 다 반사 표면을하는 데 유용합니다. 객실 조명은 파리의 눈으로 감지 섬광 및 밝기 modulations을 줄이기 위해 꺼질해야합니다.
5. 시각 카메라 이미지를 검사합니다. 파리가 검은 배경 밝은 흰색해야합니다. 이미지가 흐리게되면 렌즈는 초점을해야 할 수도 있습니다. 파리가 어두운 경우, LED 배열은 산만하거나 충분 적절한 조명을위한 구동 수 있습니다. 배경이 밝은 개체를 포함하는 경우, 배경 반사율을 최소화하기 위해 막 날아 위의 검은 무리 종이의 디스크를 탑재합니다.
6. 우리는 이미지 수집 도구 상자를 사용하여 Matlab로 작성된 사용자 정의 서브루틴과 영상을 획득.

2 부 : 악취 플륨를 찾는 비행

OMT에서 한 간단한 실험 위치 배고픈 (굶주린) 비행을 준수하고 적극적으로 매력적인 음식 냄새의 깃털을 추적합니다. 시각 환경을 조작하는 것은 견고 appetitive 음식 냄새를 추적하는 비행의 능력에 영향을 미칩니다. 실험 일반적으로 실험 순서에 편견을 최소화하기 위해 임의의 블록 형식으로 실행됩니다. 모든 외부 하드웨어 (가스 멀티플렉서, LED 투기장, 비디오 취득) Matlab (Mathworks)로 작성된 맞춤 소프트웨어 루틴에 의해 제어됩니다.

1. 포셉 한 켤레를 사용하여 무대에 갓 닿는 파리를 놓습니다.
2. 모든 실험을하기 전에, 시각 디스플레이를 사용하여 전체 360 편주 축 주위에 부드러운 움직임을 보장하기 위해 여러 가지 회전을 위해 파리 ³ 회전. 파리가 회전하지 않는 경우 원활하게 그것을 폐기. 문제가 지속되면, 원인이 고르지 자석입니다. 참고 : 스핀 재판 동안 여러 궤도로 가고 경기장의 배포가 큰 봉우리를 (즉, 360도 이상의 평면이 아니다) 표시되면 고르지 자석에 의한 방향 바이어스 가능성이있다.
3. 무작위 순서로 아래의 예제 실험 조건과 파리를 제시 : 나는 수증기가 악취 포트에서 냄새가 나는데 포함) 높은 콘트라스트 줄무늬 패턴, II) 매력적인 냄새 수증기와 높은 대비 줄무늬 패턴, 3) 한 세로 줄무늬가 90도 오프셋 수증기 노즐에서, 그리고 4) 한 90도이 냄새 증기와 스트 라이프를 오프셋. 우리의 경험에서는, 30 초 간격으로 파리가 자신의 냄새 소스를 찾을 수 도전 아르 실험 잘 작동합니다. 우리는 각 실험 조건의 기간 동안 30 Hz에서에서 비디오를 취득하고 (한 Matlab 작성된 맞춤 소프트웨어 루틴을 사용하여 오프라인 이미지를 분석하는 가장 유용한 내장 Matlab 함수 타원의 기하학적 특성을 분석 regionprops.m입니다.
4. 냄새가 꺼져 후 높은 악취 농도를 사용하면 잔류 냄새가 악취 포트에서 공개 수 있습니다. 이것은 그것이 시스템은 잔여 냄새를 제거 수 있도록 회전 파노라마로 몇 초 동안 비행을 회전하는 데 유용합니다 미칠 수있는 영향을 최소화합니다.
5. 그것은 유지은 (i) 시각으로 실험 트리 트먼트를 사이에 파리를 회전하는 것도 도움이됩니다 적극적으로 실험에서 그리고 (ii) 어떤 한 지점에 남아에서 파리를 유지하는 약혼 날아. ; II) 오초 중간 회전, 3) 스물두번째 조건 쌍 # 1, 4) 오초 중간 스핀, V) 스물두번째 조건 쌍 # 2 I) 스물두번째 초기 진단 스핀 : 예제 실험이 다음 순서가있을 수 있습니다.

파트 3 : 악취 플륨 내에 남아있는 비행

OMT의 두 번째 기본적인 실험을 시각적으로 악취 플륨에 파리를 드래그하는 것입니다, 즉시 시각 조건을 변경한 다음 플륨에 남아있는 그 능력을 측정합니다. 다시 말하지만, 모든 실험은 무작위 블록 견적에서 수행됩니다t는 실험 순서에 편견을 최소화하기 위해.

1. 포셉 한 켤레를 사용하여 무대에 갓 닿는 파리를 놓습니다.
2. 시각 동물 (파트 2.2를 참조) 모든 방향으로 방향으로 능력을 가지고 있는지 확인하는 진단 검사로 모든 실험을하기 전에 (스핀), 경기장 주변의 비행을 여러 번 돌린다.
3. 각 조건하기 전에 실험 냄새 (물 또는 식초)에 설정 시각 깃털의 위치에 작은 수직 줄무늬가 진동하여 깃털로 파리를 "드래그". 이것은 파리 [4]에서 관찰 강력한 스트 라이프 고정 동작을 활용합니다.
4. 이제 비행이 플륨쪽으로 방향 즉, 진동 스트 라이프를 제거하고 다음 예제 Visual 조건을 제시 : 수증기 (그림 1A)와 전) 고대비 파노라마 줄무늬, II) 수증기 (그림의 1B)와 유니폼을 배경; 3) 냄새 증기 (그림 1C)와 높은 대비 파노라마 줄무늬, 냄새 증기 (그림의 1D)와 4) 균일한 배경. 2.3에서와 같이 동영상을 습득. 스물두번째 조건 쌍 # 2 V), II) 오초 플륨 스트 라이프 진동,, 3) 스물두번째 조건 쌍 # 1, 4) 오초 플륨 스트 라이프 진동 I) 스물두번째 초기 진단 스핀 : 예제 실험이 흐르는 순서가있을 수 있습니다 .

대표 결과 :

그림 1

파트 1은 OMT 비디오 이미지를 최적화하는 방법에 대해 설명합니다. 비디오 이미지는 어두운 검정색 배경에 조명 비행을 확연히 볼 수 있어야합니다. 과도하게 밝은 이미지, 배경 간섭을 감소 IR LED가의 강도를 줄이고, 또는 방 조명을 해제에 의해 향상시킬 수 있습니다. 파리가 부적절하게 켜져있는 경우, IR LED가 또는 IR LED가의 modulating 강도의 초점을 조정하면 문제를 해결할 수 있습니다. 파트 2 & 3 OMT의 적절한 작동을 확인하기 위해 수행하는 간단한 실험을 설명합니다. 모든 경우에, 파리는 시각 운동의 원활하고 완전한 범위를 보장하기 위해 경기장에 몇 회전을 회전 (optomotor 응답을 통해) "강제로"한다. 2 부에서는 파리는 자체에 악취 플륨을 찾는 도전이다. , 실험에 참여 비행을 유지하기 위해 잔여 냄새 릴리스의 효과를 감소하고, 실험을 통해 제목 하나를 유지에서 파리를 유지하기 위해, 그것은 시각적으로 실험 사이에 몇 초 동안 비행을 회전하는 데 유용합니다. 파리가 상당한 정도로 수증기 플륨를​​ 집중해서는 안됩니다, 항상 풍부한 파노라마 영상 신호의 면전에서 냄새 플륨을 집중해야합니다. 제 3 비행은 시각 냄새 플륨로 직접 끌어와 정지 영상 배경의 다양한 반대 플륨 이내에 표제를 유지하는 도전이다. 비행가 수증기 플륨에 끌어 경우, 신속하게 발길을 돌리한다. 파리가 냄새 플륨에 끌려하고 강력한 추적을 중재하기 위해 충분한 시각적 단서가있는 경우, 즉시이 플륨를 유지합니다.

토론

이 시스템에 대한 이미지 인수는 Matlab으로 작성된 저렴한 FireWire를 보드 카메라와 소프트웨어를 활용합니다. 지우기 이미지가 정확한 데이터 추적을 얻기위한 열쇠입니다. 위에서 설명한 전략이 시스템의 이미지를 정리하는 데 유용합니다. 이 시스템에 대한 기타 비디오 추적 절차 ¹ 설명하고 있습니다. 또한이 시스템은 쉽게 실시간 비디오 추적을 포함하도록 수정이 될 수 있습니다. 예?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Firewire camera	1394store.com	Fire-I board camera BW	4.3mm lens no IR coating
IR LEDs	Small Parts, Inc.
Black spray paint	Rustoleum		Flat black
Black flock paper	Edmund Scientific
Panel system	Caltech		3
Matlab 2006a	Mathworks		Image acquisition toolbox