Система и протокол предназначены для анализа физиосистемы мух путем картографирования с минимальным вмешательством человека. С помощью системы и протокола мы можем точно знать, как организовано визуальное пространство размера мухи. Преимуществами системы являются воспроизводимость и скорость отображения.
Изучение сложных глаз является важной частью исследований зрения животных и вдохновило несколько технических инноваций, которые привели к созданию искусственных глаз. Мы подали пример того, как построить и протестировать автоматическое устройство для сканирования сложных глаз. Детали разработки алгоритма, которые объединяют части, требуют особого внимания.
Начните с сбора мухи из популяции, выращенной в лаборатории. Подготовьте удерживающую трубку, отрезав шесть миллиметров от верхней части так, чтобы трубка имела внешний диаметр четыре миллиметра и внутренний диаметр 2,5 миллиметра в верхней части. Поместите муху внутрь разрезанной трубки и запечатайте трубку хлопком, чтобы предотвратить повреждение мухи.
Затем толкните муху так, чтобы голова выступала из трубки и тело удерживалось в трубке. Используйте пчелиный воск, чтобы обездвижить голову, в то время как глаза остаются непокрытыми. Как только это будет сделано, вырежьте трубку, чтобы достичь длины 10 миллиметров.
Затем поместите пластиковую трубку, содержащую муху, в латунный держатель с одним глазком мухи, направленным вверх, и держателем, опирающимся на столешницу. Отрегулируйте ориентацию трубки на микроскопе, как описано в рукописи, чтобы сканировать весь глаз в пределах диапазона азимута и высоты, допускаемых установкой. Настройте микроскоп, установив выравнивающий штифт на азимутальной ступени вращения таким образом, чтобы положение X-Y наконечника можно было отрегулировать в соответствии с осью азимута на моторизованной ступени.
Во время просмотра с помощью микроскопа, оснащенного объективом 5X, используйте джойстик оси Z, чтобы сфокусироваться на наконечнике. Затем выровняйте регулировку X-Y оси азимута с оптической осью микроскопа и используйте джойстики осей X и Y, чтобы убедиться, что оси поворота высоты и азимута предварительно выровнены с центрированным штифтом. Манипулируйте джойстиками азимута и высоты, чтобы проверить, центрирован ли штифт относительно обеих степеней свободы.
При хорошем центрировании наконечник штифта остается в том же положении во время азимута и поворотов высоты. Выровняйте и установите муху со ступенью возвышения в нулевых градусах и держателем на азимутальной ступени. Затем понаблюдайте за глазом мухи с помощью микроскопа.
После включения светодиода подсветки отрегулируйте горизонтальное положение мухи, чтобы выровнять центр псевдопупила. Затем измените вертикальное положение псевдопупиля с помощью вращающегося винта держателя так, чтобы глубокий псевдопупил был приведен в фокус на уровне оси возвышения. Далее выровняем глубокий псевдопупил по отношению к осям азимута и возвышения, центрируя его в поле зрения.
Когда настройка будет готова, переключите вид на цифровую камеру, установленную на микроскопе, и запустите программную инициализацию системы грейс, которая включает инициализацию контроллеров двигателя и контроллера Arduino LED. Для этого откройте MATLAB версии 2020a или выше и запустите скрипт MATLAB. На экране компьютера убедитесь, что псевдопупил мухи находится в центре проецируемого изображения.
Используйте джойстик по оси Z, чтобы довести фокус до уровня псевдопупиля роговицы. Как только фокус будет выровнен, запустите алгоритм автофокусировки, чтобы получить четкое изображение на уровне роговицы. Затем верните фокус на глубокий уровень псевдопупила, отрегулировав моторизованную ступень оси Z.
Сохраняйте расстояние между глубоким псевдопупилом и псевдопупилом роговицы. Затем настройте центрирование псевдопупила с помощью алгоритма автоматического центрирования, а затем верните фокус на уровень псевдопупила роговицы. Перезапустите алгоритм автофокусировки и обнулите моторизованные ступени в их текущем положении.
Во время сканирования глаза запустите алгоритм сканирования, чтобы отобрать изображения глаз по траекториям в пять градусов, выполняя алгоритмы автоматического центрирования и автоматической фокусировки. После отбора проб выключите контроллеры светодиодов и двигателей. Позже обработайте изображения, применив алгоритмы обработки изображений.
При исследовании оптики глаза мухи изображение на уровне поверхности глаза показывает фасетные отражения и отражение пигментной гранулы в активированном состоянии. Изображение, сделанное на уровне центра искривления глаза, проиллюстрировало отражение расположения фоторецепторных клеток в трапециевидном рисунке с их дистальными концами, расположенными примерно в фокальной плоскости фасеточных линз. Два последовательных изображения были коррелированы, чтобы определить сдвиг в переводе фасетного узора.
Изображение, сделанное во время сканирования по всему глазу, отображается с помощью фасеточных центроидов. После азимутального вращения на пять градусов здесь проиллюстрировано последующее изображение. Центроидная процедура не смогла идентифицировать все грани.
Низкая локальная отражательная способность, вызванная незначительными поверхностными неровностями или частицами пыли, привела к ошибочным центроидам. Ошибка была устранена путем вычисления быстрого преобразования Фурье. Первое кольцо гармоник определяет три ориентации, обозначенные синей, красной и зеленой линиями.
Обратное преобразование гармоник вдоль трех ориентаций дало серые полосы. Правый глаз комнатной мухи сканировался с фронтальной стороны на боковую сторону в 24 шага. На рисунке показана сборка граней в виде диаграммы Вороного.
В начале сканирования особое внимание следует уделить корректировке глубокого псевдопупила глаза мухи в центре вращения гониометрической системы. Здесь мы применяем микроскопию эпиосвещения. Этот метод может быть напрямую распространен на флуоресцентную микроскопию для изучения насекомых, которые не имеют отражающего псевдопупила.
Количественные знания о распределении зрительных осей глаза позволят понять, как физиосистемы оптимизированы для определенных задач, таких как охота, спаривание или обнаружение хищников.
