Name: automated analysis of c. elegans swim behavior using celest software
Uploaded: 2016-12-07T12:30:00
Duration: 8 min 47 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software at JoVE.com

Развитие CELEST была поддержана NIH гранты R21AG027513 и U01AG045864. Данные и некоторые короткие видео представления адаптированы из Restif и др. (2014) 8, которые были опубликованы в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution (CC BY) http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/~~HEAD=pobj. Мы благодарим Рикардо Laranjeiro рукописи помощи.

<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.

Использование C. Элеганс в качестве модельной системы продолжает увеличиваться из - за своей генетической пластичностью, экспериментальной сговорчивости и анатомии аннотированный к тщательной детализации. Например, нейронная структура и связность C. Элеганс гермафродита четко наметил 34-36, значительно облегчает исследования конкретных нейронных цепей , которые контролируют определенные модели поведения. 302 нейроны образуют нервную систему взрослого гермафродитом, которая обрабатывать широкий спектр сенсорных входов в основные поведенческие выходы, как локомоции. Структура более сложной мужской нервной системы также было описано 37, что позволяет связанный с полом схемы , которые будут рассмотрены. 37 C. Элеганс поведение широко изучалась на стандартных культуральных пластин , содержащих твердые носители. Так как WT C. Элеганс движется в предсказуемых синусоидальных волн на чашках заполненные пластинами, отклонения отобщий рисунок можно обнаружить невооруженным глазом и вручную подсчитывают. Такой подход, однако, при условии соблюдения критерия экспериментатора и является трудоемким. Аппаратные и программные средства , предназначенные для отслеживания и измерения C. Элеганс локомоция на твердых средах удалить смещение субъективность и позволяют крупномасштабных исследований, что позволяет более сложные биологические вопросы должны быть рассмотрены. Недавно поведенческая база данных , созданная в лаборатории Schafer 16 является прекрасным примером аналитического расширения и глубины , что было достигнуто с помощью вычислительной системы для передвижения на пластинах. Когда WT C. Элеганс помещают в жидкость, животное быстро адаптируется свое движение к новой среде, инициируя плавать. C. Элеганс плавание использует больший диапазон движения , чем ползать и может быть более нерегулярным 8. Программное обеспечение , как CELEST предназначен , чтобы заполнить пробел для детального анализа C. Элеганс поведение в жидкости, Permiчал Количественное параметров движения ассоциированных, которые не легко измерить с помощью оон автоматизированного глаза, или которые могут быть выполнены быстрее, чем вручную скоринга. В 8 ч жесткий человек может обрабатывать до 200 видео, ~ 1000 записей в день. Программное обеспечение определяет плавание параметры, оценивающие служат в качестве всеобъемлющего отпечатка пальца физической культуры и поведения. В дополнение к обогащению понимания сложных аспектов поведения C. Элеганс в жидкости и лежащих в их основе молекулярных путей, это программное обеспечение может быть использовано для изучения различных аспектов биологии в том числе фармакологических реакций, старение и отчетливым поведения. Представленные здесь, обзор полученных количественных изменений , которые происходят в физическом исполнении C. Элеганс взрослых , как они возраст является одним из примеров такого применения программного обеспечения (для более детального отчета см Restif и др. 8). В контексте старения, некоторые измеряемые параметры снизились в то время какдругие увеличены или последовательно не изменится в дикого типа. Тенденции были подтверждены в значительной степени вычислительной профилем долговечности мутантов, а относительные профили грациозных и плохих Äger когорт населения того же возраста содержатся в одинаковых условиях окружающей среды. Высокое разрешение программного обеспечения может также выявить тонкие фенотип ранее неизвестные в широко характеризуемых мутантов (например, возраст-1 (hx546) на рисунке 1). Есть несколько особо важных шагов протокола, описанного. Поддержание постоянной среды между температурой окружающей среды и плавательного штаммом пластины культуры имеет важное значение для плавания воспроизводимости, поэтому экспериментаторы настоятельно рекомендуется идти на большие усилия, чтобы избежать случайных изменений температуры. Плавают средства массовой информации должны быть при той же температуре, что и пластин. Кроме того, пристальное внимание к размеру капли для купания поможет обеспечить воспроизводимость. И, наконец, это разумно думатьзаранее о разгрузку больших видео файлов, которые накапливаются. Обработка изображений на сайте отдельно от компьютера захвата видео рекомендуется. Использование программного обеспечения, представленного здесь для плавательного анализа имеет определенные ограничения. Во-первых, несмотря на то, что программы могут одновременно отслеживать несколько животных, если более чем пять животных совместно анализируются, существует повышенная вероятность, что животные будут плавать поперек друг друга в видеоизображений. Когда программа не может однозначно определить, какое животное, которое, он подвергает цензуре эти кадры данных. Хотя эта функция программы гарантирует, что данные для отдельных животных, имеют высокое качество, это ограничивает пропускную способность. Во-вторых, изображения должны быть достаточно чистыми, что свободна от пыли, грязи и бликов от света, так как связанные с ним сигналы также могут посрамить анализа изображения. Как отмечалось в разделе 2.1.1 протокола, очень низкотехнологичном инвестиций, которые могут значительно помочь захвата изображения путем устранения осложнений при колебаниях яп экологического освещения, чтобы покрыть площадь сцене с темной тканью, которая не позволяет окружающего света, чтобы достичь стадии. В-третьих, программа оптимизирована для животных на взрослой стадии. Молодые личинки плавают очень быстро и имеют небольшие тела, что увеличивает ошибку программы. В-четвертых, некоторые из программного обеспечения использует MATLAB, а при наличии обновления версии и / или обновления операционной системы, некоторые программные ссылки могут быть нарушены. В настоящее время программное обеспечение оптимизировано для использования на MATLAB 2015b и Mac OS версии 10.10, но мы ожидаем, что в скором времени опубликовать версию программного обеспечения, которое является более устойчивым к таким изменениям. И, наконец, файлы видеоданных могут стать большими быстро, и требуют места для хранения, которые будут выделены. Таким образом, представленная здесь простая методика , которая может быть легко реализован с помощью любой лаборатории без больших инвестиций для создания видео C. Элеганс плавание для анализа CELEST. Особенности пакета программного обеспечения включают в себя обширную автоматизацию от отслеживания черезанализ, одновременное отслеживание нескольких животных, и использование математических основ (т.е. кривизны меры) для количественного определения большинства параметров локомоции. Программное обеспечение с открытым исходным кодом, с кодом и демок общедоступной , как описано в Restif и др. 8. Хотя программа имеет расширенный анализ компьютерного зрения для отслеживания, другие системы опубликованные отслеживания (например, Greenblum и др., 2014 38) совместимы с анализом параметров программного обеспечения , представленного здесь. Будущие усовершенствования будут направлены на превращение программного обеспечения в более надежный пакет , который не ограничивает использование для конкретных версий операционных систем , упомянутых выше (также указанных в таблице материалов).

Определение того, что поведение генетика, эпигенетика, опыт и влияние окружающей среды является одной из основных проблем современной биологии. Простые, генетически аменабельные модели, которые могут быть вычислительно отслеживаемые и измеренные может внести важный вклад к достижению этой цели. Нематод Caenorhabditis Элеганс является одной из таких моделей. Цель данной статьи состоит в том, чтобы показать , как C. Элеганс плавание локомоцию могут быть отслежены и количественному , чтобы извлечь информацию о восьми новых функций с биологической значимости. C. Элеганс имеет относительно короткую продолжительность жизни приблизительно 2 - 3 Вт и репродуктивный период около 4 дней при 20 ° C 1,2. В стандартных лабораторных культурах, эта микроскопическая нематода выращивают на чашках Петри , содержащих нематодой роста Media (NGM), которые распространяются с бактериальным источником питания 3,4. WT N2 животные активно передвигаются в элегантных синусоидальных волн на агар заполненные пластинами; они меняют движение крысыэс при роуминге (продукты питания) Знакомлюсь, жилище (просмотр), или восстанавливается после еды (неактивным сытости неподвижности) 5. Обесценение 6 или возраст 7-12 также может резко изменить движение на пластинах. Гены , которые модулируют поведение, или старение при сохранении здоровья, может быть функционально характеризуется анализом C. Элеганс моделей движения или передвижения. Один из подходов для измерения заключается в сохранении здоровья классифицировать старение взрослых на три категории (например, A, B, и C) в соответствии с их передвижению на пластинах, с энергичной физической активности как класс А и паралич как класс C 7,8,13. Хотя такая качественная сортировка полезно, чтобы выявить различия в физической культуры, категории являются широкими, без четких границ и, следовательно, их выигрыш подлежит экспериментатор уклон. Все большее число трекеров повышали объективность, изысканность и точность анализа C. Элеганс движенияна твердых средах 14-18. C. Элеганс локомоции на пластинах, в основном , ограничена плоскостью , в которой животное контактирует с твердой поверхностью носителя. (C. Элеганс может также вызвать разведку, подняв голову от остальной части тела , которая находится в контакте с твердой поверхностью, позиционирование тела в нескольких плоскостях. Тем не менее, такое поведение необычно.) При помещении в жидкость, это нематода инициирует волнообразную движение, или плавание, который показывает более обширное одномерное движение, больший диапазон скорости и глубины движения, а также увеличение числа случаев с возрастом передней движущейся в отличие от задней по сравнению с животными на твердых поверхностях. В качестве быстрого анализа физической подготовленности и реагирования на новую среду, экспериментатор может поместить отдельное животное в капли жидкости и оценка его частоту изгибов тела под действие рассекает. Запись видео может облегчить настоящим и будущим задиров на плавательный изощренностьюживотное. Тем не менее, руководство подход ограничивает число функций, которые могут быть забиты, и полностью ограничен для забив одно животное в то время. Передвижение в жидкости было меньше, чем исследовал передвижению на твердых средах. Действительно, есть несколько вариантов программного обеспечения , которые являются надежными и легко осуществить в лаборатории для измерения локомоцию в жидком 19-24. Программное обеспечение CELEST (C. Элеганс плавательного теста) предлагает простоту использования и математических основе мер , которые обеспечивают данные (искривление баллов) , имеющих непосредственное отношение к характеру движения 8; (подробное описание особенностей и преимуществ в Restif и др. 8). Кроме того, вычислительный анализ позволяет выяснению фенотипических признаков, которые невозможны для человеческого глаза забить. При этом данные, которые иллюстрируют решение этого анализа подхода представлены и легко реализовать протокол для записи плавать испытания для последующего анализа CELEST описан.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1764">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">REAGENT</td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td style="width:649px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:484px;">N2</td>
			<td style="width:256px;">Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td>C. elegans wild type (ancestral).</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:484px;">OP50 Escherichia coli</td>
			<td style="width:256px;">Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td>Biosafety Level: BSL-1.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:484px;">OP50-1 Escherichia Coli&#160;</td>
			<td style="width:256px;">Caenorhabditis Genetics Center (CGC)</td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td>Streptomycin resistant strain of OP50.&#160; Biosafety Level: BSL-1.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Streptomycin sulfate salt</td>
			<td style="width:256px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:375px;">S6501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Printed Microscope Slides&#160;</td>
			<td style="width:256px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:375px;">Gold Seal Fluorescent Antibody Microslides: 3032-002</td>
			<td>have two etched 10mm diameter circles delineated by white ceramic ink</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:484px;">Nematode Growth Medium (NGM)</td>
			<td style="width:256px;">For 1L: 17g Agar, 3g NaCl, 2.5g Peptone, 1mL 1M CaCl2, 1mL 5mg/mL Cholesterol in ethanol, 25mL 1M KPO4 buffer, 1mL 1M MgSO4, H2O to 1 L. Sterilize by autoclaving.</td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td>Stiernagle, T. Maintenance of C. elegans. WormBook, 1-11, doi:10.1895/wormbook.1.101.1 (2006)</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:484px;">M9 buffer</td>
			<td style="width:256px;">For 1L: 3g KH2PO4, 6g Na2HPO4, 5g NaCl, 1mL 1 M MgSO4, H2O to 1 L. Sterilize by autoclaving.</td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td>Stiernagle, T. Maintenance of C. elegans. WormBook, 1-11, doi:10.1895/wormbook.1.101.1 (2006)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">EQUIPMENT</td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td style="width:375px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">CeleST</td>
			<td style="width:256px;">Driscoll Lab, Rutgers University</td>
			<td style="width:375px;">C. elegans Swim Test</td>
			<td>Open Source, see http://celestmod.github.io/CeleST/ and http://celest.mbb.rutgers.edu/</td>
		</tr>
		<tr height="189">
			<td height="189" style="height:189px;width:484px;">MATLAB</td>
			<td style="width:256px;">www.mathworks.com/downloads</td>
			<td style="width:375px;">MatLab version 2015b (best)</td>
			<td style="width:649px;">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&#39;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&#39;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.&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:484px;">Mac OS</td>
			<td>www.apple.com</td>
			<td style="width:375px;">Version 10.10</td>
			<td style="width:649px;">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&#39;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&#39;s the operating system in our lab).</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Stereomicroscope&#160;</td>
			<td style="width:256px;">Zeiss</td>
			<td style="width:375px;">Stemi 2000-C&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Transmitted Light Base</td>
			<td style="width:256px;">Diagnostic Instruments</td>
			<td style="width:375px;">TLB 3.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Digital CCD Camera</td>
			<td style="width:256px;">QImaging</td>
			<td style="width:375px;">Rolera-XR Mono Fast 1394 (ROL-XR-F-M-12)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:484px;">Digital Video Recording Software</td>
			<td style="width:256px;">Norpix</td>
			<td style="width:375px;">Streampix Version 3.17.2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated analysis of c. elegans swim behavior using celest software

Анатомический нейронные и нервно-мышечные цепи, которые регулируют поведение остается серьезной проблемой в области биологии. Нематоды Caenorhabditis Элеганс оказалась бесценным модель организма, помогая справиться с этой задачей, от вдохновляющих технологических подходов, построение Коннектом человеческого мозга, на самом деле пролить свет на конкретных молекулярных драйверов основных функциональных моделей. Основная часть поведенческих исследований в C. Элеганс были выполнены на твердых подложках. В жидкости, животные проявляют поведенческие модели, которые включают движение в диапазоне скоростей в 3D, а также частичные движения тела, такие как задний ротор без изменения передней формы, которые вводят новые вызовы для количественному. Этапы простой процедуры и использование программного обеспечения , которое позволяет с высокой разрешающей способностью анализ C. Элеганс плавать поведение, здесь представлены. Программное обеспечение, названное CELEST, использует специализированную компьютерную программу, которая отслеживаетодновременно несколько животных и обеспечивает новые меры C. Элеганс локомоцию в жидком (плавание). Эти меры в основном основаны на животных позе и на основе математики, используемых в области компьютерного зрения и распознавания образов, без вычислительных требований к пороговым отключений. Программное средство может использоваться как для оценки общего доблесть плавание в сотни животных из комбинированных мелкосерийного испытаний и выявить новые фенотипы даже в хорошо охарактеризованных генетических мутантов. Подготовка образцов для анализа с CELEST прост и низкотехнологичных, что позволяет широкий адаптации со стороны научного сообщества. Поэтому использование вычислительного подхода , описанного здесь , должны способствовать более глубокому пониманию поведения и поведенческих схем в C. Элеганс модели.

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

Эффективная и простая методика компьютерного анализа поведения нематод плавание в жидкости описывается. Метод практически не требует инвестиций для C. Элеганс лабораторий. Оборудование, используемое является стандартным, и компьютерная программа для анализа поведения (CELEST) является открытым исходным кодом один.

Автоматизированный анализ<em&gt; C. Элеганс</em&gt; Плавать Поведение Использование CELEST программного обеспечения

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

The overall goal of this methodology is to quantitatively evaluate C.Elegans swim behavior using Computer Vision software called CeleST, for C.Elegans Swim Test"This analysis method can help address the impact of genetic mutations or pharmacological interventions on C.elegans swim behavior. It can also easily score the age-associated decline in locomotive capacities. The main advantages of this technique are that multiple animals can be tracked simultaneously, with different aspects of swim posture analyzed to score eight parameters of swim behavior, and automated data evaluation.Begin by obtaining a stereo microscope and digital CCD camera as well as a computer with digital video recording software and computer vision software for the C.Elegans swim behavior analysis. Within the digital video recording software set up the following settings:Cover the microscope with a dark cloth to prevent glare in the swim drop area on the microscope slide, and improve image quality. Adjust the microscope's working distance and magnification to full view of the swim area, and adjust the base mirror to get sharp contrast of the animals against the background.Then, set the illumination to dark field to visualize the bodies of the adults as white against a black background. Next, pipette 60 microliters of 1 x M9 buffer into a 10 millimeter ring, pre-printed on a microscope slide, and ensure the drop entirely covers the inside area of the ring. Transfer four adult nematodes into the drop of 1 x M9 buffer while minimizing the transport of bacteria that can cloud the liquid.Minimize bacteria in the swim well by either allowing nematodes to crawl briefly on an unseated region of the plate before being transferred, or mixing the swim well slightly to disperse minor bacteria traces before recording. Next, position the slide loaded with adult nematodes on the base of the microscope to record their swimming behavior in liquid in 30 second videos. To record, select New Sequence in RAM under the Home heading, then press the red record button.Finally, after recording is complete, click the Home heading and select Export Full Sequence, in order to fragment the video into a sequence of image frames. Begin by launching the Computer Vision software for C.elegans swim behavior analysis from Mat Lab by clicking the Run button. On the home screen of the swim analysis program, use the Add one video"or Add multiple videos"buttons to upload sequences of image frames one at a time or in groups while attaching relevant labels, such as genotype, date, trial, and duration.Then, click Process videos"to enable simultaneous tracking of multiple animals in the uploaded sequences. In the new screen that appears, select the desired videos in the left box and click Add to the list"Next, demarcate the swim zone by selecting three points inside the ring and initiate processing by clicking Process all the videos listed above. View progress of the video processing at the center bottom of the screen.After it has completed, close the video processing screen. Begin by clicking on Compute measures"to open a new screen where the processed videos can be uploaded one at a time to validate or reject the tracking of single animals. Use this manual step to focus on areas of missed tracking, shown in the red blocks, and contrast to successful tracking, noted in the green blocks.Find the Validity of the segmented body"in the first color bar across the screen in the bottom half. Note the percentage of valid frames is in green, and the percentage of rejected frames is in red. Then, navigate and modify blocks of valid or rejected frames utilizing the next block, Switch validity"Split block"and Isolate frame"options.In the rare event that two animals cross paths in an uncrowded swim zone, switch their identification numbers over a specific frame range with the Switch"button. Finally, click on Save and compute measures"to save the validity input before uploading another processed video. Then select Close"to exit the Compute Measures screen.Note that the software computes curvature maps of the swim performance of individual animals in the background as well as the eight parameters indicated later. On the Home Screen of the Computer Vision software program, click Display results"to obtain the analysis output. Then, create sample groups for statistical treatment by selecting the desired analyzed sequences of frames in the left box and moving them into a newer existing sample group by clicking the Add to the selected sample"or Add to a new sample"buttons.Click Show graphs for these samples"to go to a second screen that displays the graphs and key statistics of the samples for each of the eight parameters by selection on the top of the screen. Next, select 2D histograms"to plot combinations of any two parameters via the measure on the X axis and measure on the Y axis dropdown menus on the left of the screen. Click Close"to exit and return to the Display Results"screen.Then, select the export button on the top left of the screen to save detailed numerical data as a csv file to open and further manipulate in a spreadsheet program. Finally, select Close"to exit the Display Results"screen and go back to the home screen. Click Quit"to ensure saving of the database containing the analyzed video sequences.Certain parameters of swimming, such as wave initiation rate, activity index, brush stroke, and travel speed gradually declined with age even in favorable genetic backgrounds. On the other hand, body wave number, asymmetry, stretch, and curling parameters trended up with age in wild type and aging mutant adults. Although all nematodes start as healthy adults, some rapidly lose their physical fitness, while others maintain vigor for longer periods of time, indicating bad agers have a considerably shorter health span than graceful agers.Once mastered, analysis of four swimming worms can be acquired in a matter of minutes. Computation takes about six minutes per video, and can be done remotely. It's feasible to process 250 animals per day.After watching this video, you should have a good understanding of how to acquire videos of swim trials, and process data to obtain evaluation of locomotion in liquid.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Assaying &beta;-amyloid Toxicity using a Transgenic C. elegans Model

Assaying &#946;-amyloid Toxicity using a Transgenic C. elegans Model

Опробование β-амилоида Токсичность использованием трансгенных С. Элеганс Модель

Accumulation of the &beta;-amyloid peptide (A&beta;) is generally believed to be central to the induction of Alzheimer's disease, but the relevant ...

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

In vivo Laser Axotomy in C. elegans

В естественных условиях лазерной Axotomy на языке C. Элеганс

Neurons communicate with other cells via axons and dendrites, slender membrane extensions that contain pre- or post-synaptic specializations. If a neuron ...

VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

VisioTracker, инновационный автоматизированный подход к анализу Глазодвигательный

Investigations into the visual system development and function necessitate quantifiable behavioral models of visual performance that are easy to elicit, ...

The Mouse Forced Swim Test

Мышь принудительного плавания испытаний

The forced swim test is a rodent behavioral test used for evaluation of antidepressant drugs, antidepressant efficacy of new compounds, and experimental ...

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

Automated Quantification of Synaptic Fluorescence in C. elegans

Автоматизированная количественная оценка Synaptic флуоресценции в<em&gt; С. Элеганс</em

Synapse strength refers to the amplitude of postsynaptic responses to presynaptic neurotransmitter release events, and has a major impact on overall ...

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

C. elegans Tracking and Behavioral Measurement

C. Элеганс отслеживания и поведенческих измерений

We have developed instrumentation, image processing, and data analysis techniques to quantify the locomotory behavior of C. elegans as it crawls on the ...

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

A Molecular Readout of Long-term Olfactory Adaptation in C. elegans

Молекулярная Считывание Долгосрочные обонятельной адаптации в<em&gt; C. Элеганс</em

During sustained stimulation most sensory neurons will adapt their response by decreasing their sensitivity to the signal. The adaptation response helps ...

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

In vivo Neuronal Calcium Imaging in C. elegans

В естественных нейронных изображений кальция в C. Элеганс

The nematode worm C. elegans is an ideal model organism  for relatively simple, low cost neuronal imaging in vivo. Its small transparent body and simple, ...

Visualizing Neuroblast Cytokinesis During C. elegans Embryogenesis

Visualizing Neuroblast Cytokinesis During C. elegans Embryogenesis

Визуализация нейробласта Цитокинез Во<em&gt; С. Элеганс</em&gt; Эмбриогенеза

This protocol describes the use of fluorescence microscopy to image dividing cells within developing Caenorhabditis elegans embryos. In particular, this ...

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

In Vivo Imaging of Dauer-specific Neuronal Remodeling in C. elegans

В естественных изображений из Dauer конкретным нейронов ремоделирования в C. Элеганс

The mechanisms controlling stress-induced phenotypic plasticity in animals are frequently complex and difficult to study in vivo. A classic example of ...