Name: a computational method to quantify fly circadian activity
Uploaded: 2017-10-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity at JoVE.com

Vi er takknemlige for Stanislav Lazopulo hjelp med videoinnholdet.

1. måle Fly bevegelse bruke Drosophila aktivitet skjerm (DAM) Merk: For mer informasjon se referansen 5.
<ol><li>Forberede personlige fly rør med mat på den ene enden og bomull på den andre. Til slutt med mat skal tettes for å hindre maten tørker ut.
	<ol><li>Innlegge en 50 mL kanne 5-6 g fly mat. Skjær maten i små biter slik at det er lettere å smelte den.</li>
		<li>Koble 32 personlige glass rør med en strikk.</li>
		<li>Smelte maten i begeret av varme ...

<ol>
	<li>Pittendrigh, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+systems:+general+perspective.">Circadian systems: general perspective.</a> Biological Rhythms. II, 57-80 (1981).</li><li>Zhang, E. E., Kay, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clocks+not+winding+down:+unravelling+circadian+networks.">Clocks not winding down: unravelling circadian networks.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 11 (11), 764-776 (2010).</li><li>Tataroglu, O., Emery, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+molecular+ticks+of+the+Drosophila+circadian+clock.">The molecular ticks of the Drosophila circadian clock.</a> Curr Opin Insect Sci. 7, 51-57 (2015).</li><li>Plautz, J. D., 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=Quantitative+analysis+of+Drosophila+period+gene+transcription+in+living+animals.">Quantitative analysis of Drosophila period gene transcription in living animals.</a> J Biol Rhythms. 12 (3), 204-217 (1997).</li><li>Chiu, J. C., Low, K. H., Pike, D. H., Yildirim, E., Edery, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assaying+locomotor+activity+to+study+circadian+rhythms+and+sleep+parameters+in+Drosophila.">Assaying locomotor activity to study circadian rhythms and sleep parameters in Drosophila.</a> J Vis Exp. (43), e2157 (2010).</li><li>Helfrich-F&#246;rster, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+control+of+morning+and+evening+components+in+the+activity+rhythm+of+Drosophila+melanogaster--sex-specific+differences+suggest+a+different+quality+of+activity.">Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster--sex-specific differences suggest a different quality of activity.</a> J Biol Rhythms. 15 (2), 135-154 (2000).</li><li>Dautzenberg, F. M., Neysari, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Irreversible+binding+kinetics+of+neuropeptide+Y+ligands+to+Y2+but+not+to+Y1+and+Y5+receptors.">Irreversible binding kinetics of neuropeptide Y ligands to Y2 but not to Y1 and Y5 receptors.</a> Pharmacology. 75 (1), 21-29 (2005).</li><li>Lazopulo, A., Syed, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mathematical+model+provides+mechanistic+links+to+temporal+patterns+in+Drosophila+daily+activity.">A mathematical model provides mechanistic links to temporal patterns in Drosophila daily activity.</a> BMC Neuroscience. 17 (1), 14 (2016).</li><li>Donelson, N., Kim, E. Z., Slawson, J. B., Vecsey, C. G., Huber, R., Griffith, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+positional+tracking+for+long-term+analysis+of+Drosophila+sleep+and+locomotion+using+the+&amp;#34;tracker&amp;#34;+program.">High-resolution positional tracking for long-term analysis of Drosophila sleep and locomotion using the &amp;#34;tracker&amp;#34; program.</a> PloS ONE. 7 (5), e37250 (2012).</li><li>Schlichting, M., 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=A+Neural+Network+Underlying+Circadian+Entrainment+and+Photoperiodic+Adjustment+of+Sleep+and+Activity+in+Drosophila.">A Neural Network Underlying Circadian Entrainment and Photoperiodic Adjustment of Sleep and Activity in Drosophila.</a> J Neurosci. 36 (35), 9084-9096 (2016).</li><li>Guo, F., 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=Circadian+neuron+feedback+controls+the+Drosophila+sleep-activity+profile.">Circadian neuron feedback controls the Drosophila sleep-activity profile.</a> Nature. 536 (7616), 292-297 (2016).</li></ol>

Dette arbeidet gir instruksjoner for bruk av et beregningsorientert verktøy som gir en kvantitativ beskrivelse av fly bevegelse mønster. Verktøyet passer bevegelse data med en matematisk modell som består av fire eksplosive begreper som sammen beskriver formen og størrelsen på M og E toppene. De siste verdiene for parameterne modell hentes fra montering makt spektra av dataene, der bruk av rådata kan unngå artefactual effekter som data binning eller filtrering kan pålegge parameterverdier. Parameterne modell kan...

Circadian klokken er en endogen biokjemiske oscillator med en periode på ca. 24 timer og er nesten allestedsnærværende i dyr og planter1,2. Klokken hjelper synkronisere en organismes interne prosesser og virkemåten til eksterne lys mørke syklus. Den genetiske strukturen av circadian klokken har vært mye studert siden 1960 med frukt fly, D. melanogaster. I dette insektet, kjernen i circadian klokken består av fire proteiner: periode, TIMELESS, klokke og syklus. Disse kjernekomponentene sammen med andre molekyler utgjør en feedback loop som produserer nesten sinusformet svingninger for klokke gener3,4. Circadian klokken i fluer er mye studert bruker multiday locomotor opptak hvor fly aktivitet registreres med en enkelt infrarød stråle krysset midten av en individuell tube5. En typisk fly innspillingen har en kompleks bimodale mønster med to frisk distinguishable toppene: morgen peak (M) som starter på slutten av natten og har en maksimal når lysene slår på; og kvelden peak (E) som starter på slutten av dagen og har en maksimal når lysene slår av6. Interessant, er form av slike atferdsmessige innspillingen svært forskjellig fra enkel sinusformet svingninger observert på molekylært nivå, foreslå av flere mekanismer bidrar til observert timelige mønstre. For bedre å forstå disse skjulte mekanismer, har vi utviklet et beregningsorientert verktøy som gir en kvantitativ beskrivelse av timelige mønstre.
I vårt arbeid defineres locomotor rytmer en bølgeform som etterligner fly aktivitet mønster. Siden enkel sinus-bølger ikke kan brukes til modell observert rytmisk endringer i aktivitet, testet vi ulike signal figurer å velge den enkleste som fanger opp alle de viktigste funksjonene i opptakene. Frukt fly circadian virkemåten kontrolleres av aktiviteten til klokken nerveceller som ofte har eksponentiell mønstre for aktivering og deaktivering *7. Eksponentiell dynamikk og visuell analyse av dataene motivert oss å bygge en modell med eksponentiell vilkår som består av fire eksponenter med ni uavhengig parametere og ligner fly aktivitet mønster8. I tillegg til locomotor dataene analysere vi også spekteret sin makt. Typisk fly aktivitet spectrum viser flere topper på harmoniske T0/2, T0/3, etc., i tillegg til den forventede grunnleggende peak på circadian perioden T0. Ifølge Fourier teoremet produserer bare en ren sinuskurve en enkelt topp i kraft spectra, mens mer komplekse bølgediagrammer viser flere spectral topper på harmoniske primære perioden (figur 1). Derfor, gitt ikke-sinusformet timelige mønsteret i fly aktivitet8, et multi peak strøm spekter av data forventes matematisk og innebærer ikke nødvendigvis tilstedeværelsen av flere perioder oscillation. Viktigere, viser makt spekteret av foreslåtte modellen bølgeform også topper på alle harmoniske primære periode, ligner på fly locomotor opptakene, dermed understreker Hi-Fi som beskriver vår modell fly data både i tid og frekvens.
Tid oppløsning noen minutter eller mindre, fly aktivitet vises dataene støyende, gjør det vanskelig å ekstra parametere direkte fra rådataene. Binning data til lengre tidsintervaller kan redusere støynivå, men kan endre dataene på måter som kan påvirke estimering av modellen parametere. Vi har derfor få parameterne fra makt spektra av opptakene, bruker analytisk uttrykk for de forventede makt spectra beregnet fra Fourier-transformere modell funksjon8 (se tilleggsfil 1 referanse8). Denne tilnærmingen å skaffe parametere fra til makt spectra gir nøyaktig parameterverdier uten noen ytterligere endringer, som binning eller filtrering av rå aktivitetsdata. Matematiske detaljer av modellen og vill-type og mutant-programmer er beskrevet i referanse8. Protokollen presenteres her fokuserer på de trinnvise instruksjonene bruke verktøyet beregningsorientert.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1389">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:296px;">Drosophila Activity Monitor</td>
			<td style="width:81px;">TriKinetics</td>
			<td style="width:201px;">DAM2, DAM5</td>
			<td style="width:811px;">Measures fly locootion using single infrared beam</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:296px;">MatLab</td>
			<td style="width:81px;">Mathworks</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Computing environment and programming language, MatLab should include Optimization and Symbolic Math toolboxes</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:296px;">Drosophila melanogaster&#160;</td>
			<td style="width:81px;"></td>
			<td style="width:201px;">per[S], per[L], iso31(wild type)</td>
			<td>Our analysis can be performed with fly mutants of any circadian period</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a computational method to quantify fly circadian activity

I de fleste dyr og planter, circadian klokker organisere opptreden og molekylære prosesser og synkronisere dem til daglig lys og mørke syklus. Grunnleggende mekanismer som ligger til grunn for denne timelige kontrollen er mye studert med frukt fly Drosophila melanogaster som en modell organisme. I fluer, er klokken vanligvis studerte ved å analysere multiday locomotor opptak. Slike en innspilling viser et kompleks bimodale mønster med to topper aktivitet: en morgen topp som skjer rundt dawn og en kvelden peak som skjer rundt skumringen. Disse to toppene sammen danner en bølgeform som er veldig forskjellig fra sinusformet svingninger observert i klokken gener, noe som tyder på at mekanismer i tillegg klokken har dyptgripende virkninger i produserende observert mønstre i atferdsdata. Her gir vi instruksjoner om bruk av en nylig utviklet datametode som matematisk beskriver timelige mønstre i fly aktivitet. Metoden passer aktivitetsdata med en modell bølgeform som består av fire eksplosive betingelser og ni uavhengig parametere som fullt beskriver formen og størrelsen på morgenen og kvelden topper aktivitet. Utdraget parameterne kan bidra til å belyse kinetic mekanismer av underlag underlie vanligvis observert bimodale aktivitet mønstre i fly locomotor rytmer.

Metoden som presenteres her kan kvantifisering av hovedtrekkene flyr bevegelse mønster. Kvantifiseringen oppnås ved å tilpasse aktivitetsdata med en modell som består av fire eksplosive begreper:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55977/55977eq1.jpg">
Modellen har ni uavhengig parametere som beskriver aktivitet mønster. Parametere bMD,b</...

Watch this Scientific Journal Video about A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity at JoVE.com

A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

En datametode å kvantifisere Fly Circadian aktivitet

En metode for å kvantifisere timelige hovedtrekkene i fly circadian locomotor rytmer presenteres. Kvantifiseringen oppnås ved montering fly aktivitet med en multi parametrisk modell bølgeform. Parameterne modell beskriver formen og størrelsen på morgenen og kvelden topper aktivitetsnivået.

In most animals and plants, circadian clocks orchestrate behavioral and molecular processes and synchronize them to the daily light-dark cycle. ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

Topografisk Estimering av Visual Befolkning Mottakelig Felt av fMRI

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic ...

A Method for Remotely Silencing Neural Activity in Rodents During Discrete Phases of Learning

En metode for Remotely Silencing Neural aktivitet i Gnagere Under Diskret Faser i Learning

This protocol describes how to temporarily and remotely silence neuronal activity in discrete brain regions while animals are engaged in learning and ...

A Method to Quantify Visual Information Processing in Children Using Eye Tracking

En metode for å kvantifisere Visual Information Processing hos barn ved hjelp av Eye Tracking

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational ...

Psychophysical Tracking Method to Measure Taste Preferences in Children and Adults

Psyko Tracking metode for å måle smakspreferanser hos barn og voksne

The Monell two-series, forced-choice, paired-comparison tracking method provides a reliable measure of sweet taste preferences from childhood to ...

A Method to Test the Effect of Environmental Cues on Mating Behavior in Drosophila melanogaster

A Method to Test the Effect of Environmental Cues on Mating Behavior in Drosophila melanogaster

En metode for å teste effekten av miljøvennlige påkjenningshendelser i<em&gt; Drosophila melanogaster</em

An individual's sexual drive is influenced by genotype, experience and environmental conditions. How these factors interact to modulate sexual behaviors ...

A Method to Study Adaptation to Left-Right Reversed Audition

En metode for å studere tilpasning til venstre høyre reversert Audition

An unusual sensory space is one of the effective tools to uncover the mechanism of adaptability of humans to a novel environment. Although most of the ...

Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Visuelle klassisk betinging i tre maur

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, ...

Modified Blood Collection from Tail Veins of Non-anesthetized Mice with a Vacuum Blood Collection System and Eyeglass Magnifier

Endret blod samling fra halen årer av ikke-anesthetized mus med et vakuum blod samling System og øyeglasset Forstørrelsesprogram

Blood sample collection is the basis of experimental animal research. It is of importance to obtain adequate blood samples for various research purposes. ...

A Laboratory Method to Measure Contagious Yawning in Rats

En laboratorium metoden å mål smittsom gjesping inne rotter

Communication is an essential aspect of animal social life. Animals may influence one another and come together in schools, flocks, and herds. ...

Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Bruke rase modell ulikhet å kvantifisere Behavioral Multisensor Integration Effects

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) ...