제브라피시 연구에서 신체 운동은 상업적으로 이용 가능하거나 맞춤형 수영 터널을 사용하여 수행할 수 있습니다. 여기에서 우리는 쉽게 구할 수 있는 재료를 사용하여 제브라피시를 위한 고처리량, 사용자 친화적인 운동 시스템을 개발했습니다. 설정은 제브라피쉬의 실제 접근 동작을 기반으로 합니다.
장치의 효율성을 테스트하기 위해 두 가지 운동 프로토콜이 사용되었습니다. 중간 강도의 지속적인 훈련과 고강도 인터벌 훈련. 유량 센서가 표시하는 물의 흐름 속도를 모니터링하기 위해 Arduino Nano, 16x2 LCD 화면, 10킬로옴 1/4와트 스루홀 저항기 및 10킬로옴 전위차계를 사용합니다.
제공된 구성표에 따라 구성 요소를 조립합니다. 성능 보드, 솔더 와이어, 솔더 인두, 와이어 및 3개의 수 점퍼를 사용합니다. Arduino IDE를 통해 적절한 USB 케이블을 사용하여 제공된 Arduino 스케치를 로드합니다.
물의 유속, 마지막 재설정 이후의 시간(분) 및 물의 속도가 LCD 화면에 표시됩니다. 물 재순환 시스템을 조립하려면 3/4인치 PVC 파이프와 3/4인치 커넥터를 사용하십시오. 두 개의 물 배출구를 만들어야합니다.
첫 번째는 주요 흐름에서 저수지로 물을 다시 유도하고 두 번째는 흐름을 물고기 훈련 구역으로 유도합니다. 리턴 흐름을 조절하기 위해 글로벌 밸브를 추가합니다. 훈련 구역으로의 물 흐름을 조절하기 위해 상부 물 배출 밸브를 추가하십시오.
T-커넥션을 상부 밸브에 부착합니다. 물고기가 장치의 바닥 부분으로 들어가는 것을 방지하기 위해 밸브 근처의 연결부 내부에 그물을 추가해야 합니다. T-연결에서 시스템에서 물고기의 출입을 위한 게이트 역할을 할 글로벌 밸브를 추가합니다.
아크릴 파이프를 T-커넥터에 부착합니다. 다음으로 유량 센서를 아크릴 파이프에 부착합니다. 물고기가 통과하지 못하도록 파이프 내부에 스크린을 설치해야합니다.
부분적으로 조립된 장치를 물통 내부의 수중 펌프에 연결합니다. 물 재순환을 유지하려면 유량 센서 후 호스를 장치의 마지막 부분에 연결해야합니다. 마지막으로 유량 센서를 모니터에 연결하여 물의 유속을 모니터링합니다.
이러한 커넥터는 올바른 순서로 연결해야 합니다. 이제 사용할 준비가 되었습니다. 제브라피시를 장치에 추가하기 전에 흐름을 설정해야 합니다.
이렇게 하려면 먼저 두 유량 제어 밸브를 완전히 열어 기포가 시스템에서 빠져나갈 수 있도록 하고 생선 입구와 출구 밸브를 닫은 상태로 유지합니다. 그런 다음 유량을 최대 속도(초당 약 0.6미터)로 조정합니다. 이렇게 하면 상부 밸브를 사용하여 유량 조정에 더 큰 정밀도를 제공할 수 있습니다.
물고기를 잡은 다음 상부 밸브를 닫아 물의 흐름을 멈춥니다. 그런 다음 물고기의 진입 게이트 역할을 할 다음 밸브를 완전히 엽니다. 밸브 개구부를 위쪽으로 유지하는 것이 중요합니다.
그 직후 입구 밸브를 닫고 유량 제어 밸브를 엽니다. 최대 6마리의 물고기로 구성된 소규모 그룹을 배치할 수 있으며 한 번에 모두 삽입해야 합니다. 물고기를 제거하려면 상부 밸브를 완전히 닫고 물고기 입구 배출 밸브를 돌려 입구를 아래쪽으로 돌립니다.
그런 다음 밸브를 완전히 엽니다. 용기를 사용하여 장치에서 중력에 의해 흐를 물과 함께 물고기를 모으십시오. 마지막으로 입구 출구 밸브를 닫아 누수를 막습니다.
운동 프로토콜을 사용하기 전에 일주일 동안 하루에 최소 60분 동안 동물을 상대적으로 낮고 일정한 속도에 적응시켜야 합니다. 각 운동 세션 전에 10분 동안 동물을 적응시켜야 합니다. 적응 기간이 지나면 Umax는 흐름에 대한 최대 수영 속도를 평가하여 결정해야 합니다.
이를 위해 물고기가 지칠 때까지 유속은 매분 0.02 미터씩 증가합니다. 속도를 높이려면 상부 밸브를 부드럽게 열고 LCD를 통해 속도를 모니터링하기만 하면 됩니다. 최대 용량 테스트에서 결정된 대로 35분 동안 최대 용량 테스트에서 결정된 대로 Umax의 60%에서 물의 흐름에 맞서 물고기를 강제로 수영시킵니다.
처음 10분 동안 물고기는 앉아있는 그룹과 동일한 속도(초당 0.06미터)에 적응합니다. 물고기는 육체적 피로 상태에 도달하지 않고 일정한 물의 흐름에 맞서 수영합니다. 물고기가 수영 속도를 번갈아 가며 강제로 수영하도록 합니다.
Umax의 90%에서 2분, Umax의 30%에서 2분, 18분 동안 반복, 9주기. 물고기는 육체적 피로 상태에 도달하지 않고 번갈아 가며 물의 흐름에 맞서 헤엄칩니다. 설정이 정밀하여 유속을 미세하게 조정할 수 있었습니다.
그러나 속도가 낮을 때 오차는 약 30%로 초당 0.06미터였습니다. 속도가 초당 약 0.3미터, 초당 0.5미터로 높았을 때 오류율은 3%에서 4% 사이였습니다. 훈련 중 도달한 가장 빠른 속도는 최종 지구력 테스트에서 좌식 그룹에서 초당 0.4미터, 중간 훈련 그룹에서 0.44미터, 고강도 그룹에서 초당 0.49미터였습니다.
두 훈련 요법 모두 동일한 거리를 커버하도록 설계되었지만, 고강도 훈련 프로토콜은 주간 Umax 증가에서 입증된 것처럼 더 빠른 성능 향상으로 이어졌습니다. 고강도 훈련에 노출된 물고기는 매주 10%씩 성능을 향상시켜 전체적으로 약 30%의 성과를 보였습니다. 반면에, 적당한 훈련에 노출된 물고기는 3주에만 Umax가 눈에 띄게 10% 증가했고 그 다음 주에는 더 이상 개선되지 않는 등 더 느린 진행을 보였습니다.
이러한 결과는 훈련 프로토콜의 선택이 제브라피시의 신체 능력에 어떻게 다르게 영향을 미칠 수 있는지 강조합니다. 이 연구에서 우리는 기존 수영 터널 및 수로 시스템에서 영감을 받은 새로운 비용 효율적인 운동 시스템을 만들었습니다. 이 시스템을 사용하면 제브라피시의 수영 성능을 철저히 검사할 수 있습니다.
우리는 물고기가 지칠 때까지 물의 흐름을 점진적으로 증가시켜 Umax를 결정했으며, 이는 세 번 연속 피로 또는 조류를 거슬러 계속 수영 할 수 없다는 특징이 있습니다. 이러한 발견은 두 가지 운동 프로토콜을 설계하고 제브라피시의 신체 성능을 평가하기 위한 수영 터널 장치의 효과를 확인하는 데 도움이 되었습니다. 또한 이 컴팩트한 시스템은 다재다능하여 광범위한 물 흐름 속도를 커버하고 교육 프로토콜을 쉽게 사용자 정의할 수 있습니다.
