Name: behavioral tracking and neuromast imaging of mexican cavefish
Uploaded: 2019-04-06T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Behavioral Tracking and Neuromast Imaging of Mexican Cavefish at JoVE.com

אנו מודים לכל חברי המעבדה יושיזאווה כולל Cetraro ש ש סיימון, ג ולדז, ג Macapac, ג'יי צ'וי, ל' Lu, ג'יי נגוין, ס פודהורצר, ה Hernandes, פונג ג'יי, ג'יי קאטו, אני לורד לטיפול דגים על הדגים נסיוני בשימוש כתב היד הזה. אנו מודים גם חברי המעבדה קין א כולל עמ' Masek לאמן שלי להרכיב מצלמת IR CCD. לבסוף, ברצוננו להודות את מעבדת המדיה - המכללה למדעי החברה - בית הספר לתקשורת האוניברסיטה של hawai ' i Mānoa על עזרתם לא בפז עם ביצוע הווידאו, סמית ב', ג' לאם ולבן ס במיוחד. עבודה זו נתמכה על ידי קרן קהילתית הוואי (16CON-78919 ו- 18CON-90818), המכון הלאומי של הבריאות NIGMS (P20GM125508) מעניק שלי.

כל הפרוצדורות מתבצעות לבצע את ההנחיות המתוארות "עקרונות של מעבדה חיה אכפת" (המכון הלאומי לבריאות פרסום מס' 85-23, תוקן 1985), שאושרו על-ידי האוניברסיטה של hawai ' i Manoa מוסדיים טיפול בעלי חיים, שימוש ועדת חיות פרוטוקול 17-2560-3.
1. רטט המשיכה התנהגות (VAB) assay (≤ 10 דקות עבור הליך הקלטת כולה)
<p ...

<ol>
	<li>Keene, A. C., Yoshizawa, M., McGaugh, S. 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> Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. , (2015).</li><li>Mitchell, R. W., Russell, W. H., Elliott, 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> Mexican eyeless characin fishes, genus Astyanax: Environment, distribution, and evolution.Special publications the museum Texas Tech University. (12), (1977).</li><li>Wilkens, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+and+genetics+of+epigean+and+cave+Astyanax-fasciatus+(Characidae,+Pisces)+-+Support+for+the+neutral+mutation+theory.">Evolution and genetics of epigean and cave Astyanax-fasciatus (Characidae, Pisces) - Support for the neutral mutation theory.</a> Evolutionary Biology. 23, 271-367 (1988).</li><li>Fumey, J., Hinaux, H., Noirot, C., Thermes, C., R&#233;taux, S., Casane, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+late+Pleistocene+origin+of+Astyanax+mexicanus+cavefish.">Evidence for late Pleistocene origin of Astyanax mexicanus cavefish.</a> BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 1-19 (2018).</li><li>Yoshizawa, M., Gori&#269;ki, S., Soares, D., Jeffery, 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=Evolution+of+a+behavioral+shift+mediated+by+superficial+neuromasts+helps+cavefish+find+food+in+darkness.">Evolution of a behavioral shift mediated by superficial neuromasts helps cavefish find food in darkness.</a> Current Biology. 20 (18), 1631-1636 (2010).</li><li>Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eyeless+Mexican+cavefish+save+energy+by+eliminating+the+circadian+rhythm+in+metabolism.">Eyeless Mexican cavefish save energy by eliminating the circadian rhythm in metabolism.</a> PloS One. 9 (9), e107877 (2014).</li><li>Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+energetic+cost+of+vision+and+the+evolution+of+eyeless+Mexican+cavefish.">The energetic cost of vision and the evolution of eyeless Mexican cavefish.</a> Science Advances. 1 (8), e1500363 (2015).</li><li>Yoshizawa, 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=The+Evolution+of+a+Series+of+Behavioral+Traits+is+associated+with+Autism-Risk+Genes+in+Cavefish.">The Evolution of a Series of Behavioral Traits is associated with Autism-Risk Genes in Cavefish.</a> BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 89 (2018).</li><li>Riddle, M. R., 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=Insulin+resistance+in+cavefish+as+an+adaptation+to+a+nutrient-limited+environment.">Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment.</a> Nature. 555 (7698), 647-651 (2018).</li><li>Protas, M. E., 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+cavefish+reveals+molecular+convergence+in+the+evolution+of+albinism.">Genetic analysis of cavefish reveals molecular convergence in the evolution of albinism.</a> Nature Genetics. 38 (1), 107-111 (2006).</li><li>Yoshizawa, 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=Distinct+genetic+architecture+underlies+the+emergence+of+sleep+loss+and+prey-seeking+behavior+in+the+Mexican+cavefish.">Distinct genetic architecture underlies the emergence of sleep loss and prey-seeking behavior in the Mexican cavefish.</a> BMC Biology. 13 (1), 15 (2015).</li><li>Dubou&#233;, E. R., Keene, A. C., Borowsky, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+convergence+on+sleep+loss+in+cavefish+populations.">Evolutionary convergence on sleep loss in cavefish populations.</a> Current Biology. 21 (8), 671-676 (2011).</li><li>Fernandes, V. F. L., Macaspac, C., Lu, L., Yoshizawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+the+developmental+plasticity+and+a+coupling+between+left+mechanosensory+neuromasts+and+an+adaptive+foraging+behavior.">Evolution of the developmental plasticity and a coupling between left mechanosensory neuromasts and an adaptive foraging behavior.</a> Developmental Biology. 441 (2), 262-271 (2018).</li><li>P&#233;rez-Escudero, A., Vicente-Page, J., Hinz, R. C., Arganda, S., de Polavieja, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=idTracker:+tracking+individuals+in+a+group+by+automatic+identification+of+unmarked+animals.">idTracker: tracking individuals in a group by automatic identification of unmarked animals.</a> Nature Methods. 11, 743 (2014).</li><li>Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+ethomics+in+large+groups+of+Drosophila.">High-throughput ethomics in large groups of Drosophila.</a> Nature Methods. 6 (6), 451-457 (2009).</li><li>Yoshizawa, M., Jeffery, W. R., Van Netten, S. M., McHenry, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sensitivity+of+lateral+line+receptors+and+their+role+in+the+behavior+of+Mexican+blind+cavefish+(Astyanax+mexicanus).">The sensitivity of lateral line receptors and their role in the behavior of Mexican blind cavefish (Astyanax mexicanus).</a> Journal of Experimental Biology. 217 (6), (2014).</li><li>Lee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Virtualdub. , (2014).</li><li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+Image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).</li><li>Cavallari, N., 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+blind+circadian+clock+in+cavefish+reveals+that+opsins+mediate+peripheral+clock+photoreception.">A blind circadian clock in cavefish reveals that opsins mediate peripheral clock photoreception.</a> PLoS Biology. 9 (9), e1001142 (2011).</li><li>Swimmer, B., Lang, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Surface Wave Discrimination between Prey and Nonprey by the Back Swimmer Notonecta glauca L. (Hemiptera , Heteroptera ). 6 (3), 233-246 (1980).</li><li>Montgomery, J. C., Macdonald, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sensory Tuning of Lateral Line Receptors in Antarctic Fish to the Movements of Planktonic Prey. 235 (4785), 195-196 (1987).</li><li>Prober, D. A., Rihel, J., Onah, A. A., Sung, R. J., Schier, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypocretin/orexin+overexpression+induces+an+insomnia-like+phenotype+in+zebrafish.">Hypocretin/orexin overexpression induces an insomnia-like phenotype in zebrafish.</a> The Journal of Neuroscience. 26 (51), 13400-13410 (2006).</li><li>Zhdanova, I. V., Wang, S. Y., Leclair, O. U., Danilova, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melatonin+promotes+sleep-like+state+in+zebrafish.">Melatonin promotes sleep-like state in zebrafish.</a> Brain Research. 903 (1-2), 263-268 (2001).</li><li>Nussbaum-Krammer, C. I., Neto, M. F., Brielmann, R. M., Pedersen, J. S., Morimoto, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+Spreading+and+Toxicity+of+Prion-like+Proteins+Using+the+Metazoan+Model+Organism+C.+elegans.">Investigating the Spreading and Toxicity of Prion-like Proteins Using the Metazoan Model Organism C. elegans.</a> Journal of Visualized Experiments. (95), e52321 (2015).</li><li>Rasband, 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=.">.</a> Object Tracker. , (2000).</li><li>Ferreira, T., Rasband, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Create+Shortcuts.">Create Shortcuts.</a> ImageJ User Guide. , (2012).</li><li>Lochmatter, T., Roduit, P., Cianci, C., Correll, N., Jacot, J., Martinoli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SwisTrack. , (2008).</li></ol>

שיטות אלה שהוצגו קל לגישה אבל יכול להיות מסובך לביצוע בשל אופיו של מקורותיה freeware. לכן, מומלץ מאוד לבצע מבחני ניסיון וניתוחים לפני כל ניסויים בפועל.
קצב נתונים הדור יכול להיות מהירה ברגע הוקם במסגרת ניסיוני אנליטיים. הוקמה לאחר, זה אפשרי להקליט שני דגים ב- 7 דקות לקבלת VAB וזמינ?...

טטרה מקסיקנית, Astyanax mexicanus (Teleostei: Characidae), מיוחד בין הדגים שיש שני morphs אלטרנטיביות שונות באופן קיצוני - מורף רואי, השטח-המגורים ואת מורף עיוורת, שוכני המערה מורכבת מכמה ברורים אוכלוסיות1. למרות שונה מורפולוגיה ופיזיולוגיה, הם עדיין interfertile2,3. אלה morphs interfertile להופיע התפתחו במהירות (~ 20,000 שנים)4, מה שהופך אותם מערכת מודל אידיאלי לחקר הסתגלותם המהירה. Cavefish ידועים חבילה של תכונות מורפולוגיים והתנהגותיים מתבדרת כולל צפיפות מוגברת של בלוטות הטעם, עלייה במספר mechanosensors, הרעיה התנהגות מכוון לתדר מסוים של גירוי רוטטת, היפראקטיביות, ו נדודי שינה. רבים של התנהגויות אלו ככל הנראה התפתח בו זמנית, אשר חלקם שהוצעו להיות יתרון בחשכת מערות שיחור מזון5 ושימור אנרגיה בסביבות כהה, מזון-דליל6,7.
במערכות רבות של המודל האבולוציוני, קשה לרכוש ידע משולב על שינוי התנהגות ומורפולוגיה כמה בעלי חיים בתגובה הסביבה כי רוב המינים מופצים מעבר הדרגתי מתמשך בסביבות מורכבות. עם זאת, הניגוד סטארק בין המערה של השטח מורף Astyanax שהתפתחו ב מאוד מנוגדים סביבות המותווית על ידי אקוטון חדה הובילה Astyanax המתעוררים כמודל מעולה כדי להבין את התפתחות בעלי חיים. הדבר מאפשר לקשר בקלות רבה יותר גנים ותהליכים התפתחותיים עם תכונות הסתגלות ומבחר בסביבה. יתר על כן, חקירות ביו האחרונים של תכונות אלה ב- Astyanax הראו כי התכונות הללו עשויים מקבילי הסימפטומים האנושי8,9,10. לדוגמה, הפסד של sociality ושינה, ורווח של קשב, התנהגות שחוזרת על עצמה, רמת הקורטיזול דומים מה נצפית בבני אדם עם הפרעת ספקטרום אוטיזם8.
כדי לטפל ההתפתחות שיתוף מורכבים של התנהגויות רבות תכונות מורפולוגיות, זה יתרון assay רבים מהם כדי לסמן מסלולים גנטית ומולקולרית המשמש כבסיס. שהוצגו במסמך זה הן שיטות אפיון מידת פנוטיפים התנהגותיים המערה-סוג של משטח המערה, היברידית morphs של Astyanax. ההתנהגויות מוקד ניתח לאפיין פנוטיפ הם למערה הותאם הרעיה התנהגות (רטט משיכה, המכונה מעתה ואילך VAB), היפראקטיביות/שינה משך11,12. הציג גם היא שיטת הדמיה של מערכת החישה המשויך VAB13. לאחרונה, תוכנת קוד פתוח מעקב רבים עבור הפעלת מבחני התנהגות הפכו זמינים14,15. אלה עובדים טוב מאוד עבור קטעי וידאו קצרים, פחות מ 10 דקות. עם זאת, הוא הופך להיות בעייתי אם הוידאו ארוך בגלל זמן חישוב/מעקב אינטנסיבי. תוכנה זמינים מסחרית מסוגל יכול להיות יקר. השיטות הציג בעיקר השתמש freeware, ולכן נחשבים חסכוניים ושיטות תפוקה גבוהה. נכללים גם התוצאות נציג מבוססים על שיטות אלה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:600px;" width="600">
	<tbody>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:221px;">4-Di-1-ASP (4-(4-(dimethylaminostyryl)-1-methylpyridinium iodide)</td>
			<td style="width:85px;">MilliporeSigma</td>
			<td style="width:123px;">D3418</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:221px;">880 nm wave length black light</td>
			<td style="width:85px;">Advanced Illumination</td>
			<td style="width:123px;">BL41192-880</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">avfs</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 1.0.0.6</td>
			<td style="width:171px;">http://turtlewar.org/avfs/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">Avisynth</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 2.6.0</td>
			<td style="width:171px;">http://avisynth.nl/index.php/Main_Page</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">Cygwin</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 2.11.0</td>
			<td style="width:171px;">https://www.cygwin.com/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">Cylindrical assay chamber (Pyrex 325 ml glass dish)</td>
			<td style="width:85px;">Corning</td>
			<td style="width:123px;">3140-100</td>
			<td style="width:171px;">10 cm diameter 5 cm high</td>
		</tr>
		<tr height="187">
			<td height="187" style="height:187px;width:221px;">Ethovision XT</td>
			<td style="width:85px;">Noldus Information&#160; Technology, Wageningen, The Netherlands</td>
			<td style="width:123px;">Version 14</td>
			<td style="width:171px;">https://www.noldus.com/animal-behavior-research/products/ethovision-xt</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:221px;">Fish Aquarium Cylinder Soft Sponge Stone Water Filter, Black</td>
			<td style="width:85px;">Jardin (through Amazon.com)</td>
			<td style="width:123px;">NA</td>
			<td style="width:171px;">Sponge filter for Sleep/hyperactivity recording system</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:221px;">Grade A Brine shrimp eggs</td>
			<td style="width:85px;">Brine shrimp direct</td>
			<td style="width:123px;">BSEA16Z</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">ImageJ</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 1.52e</td>
			<td style="width:171px;">https://imagej.nih.gov/ij/</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:221px;">macro 1.8/12.5-75mm C-mount zoom lens</td>
			<td style="width:85px;">Toyo</td>
			<td style="width:123px;">NA</td>
			<td style="width:171px;">Attach to USB webcam by using c-mount, which is printed in 3-D printer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:221px;">Neutral Regulator</td>
			<td style="width:85px;">Seachem</td>
			<td style="width:123px;">NA</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:221px;">Optical cast plastic IR long-pass filter</td>
			<td style="width:85px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:123px;">43-948</td>
			<td style="width:171px;">Cut into a small piece to fit in the CCD of USB webcam</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:221px;">pfmap</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Build 178</td>
			<td style="width:171px;">http://pismotec.com/download/ (at &#8220;Download Archive&#8221; link at the bottom)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">Reef Crystals Reef Salt</td>
			<td style="width:85px;">Instant Ocean</td>
			<td style="width:123px;">RC15-10</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">SwisTrack</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 4</td>
			<td style="width:171px;">https://en.wikibooks.org/wiki/SwisTrack</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">USB webcam (LifeCam Studio 1080p HD Webcam)</td>
			<td style="width:85px;">Microsoft</td>
			<td style="width:123px;">Q2F-00013</td>
			<td style="width:171px;">Cut 2-2.5 cm of the front</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:221px;">WinAutomation</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">Version 8</td>
			<td style="width:171px;">https://www.winautomation.com/ (free stand-alone app for this procedure)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">Windows operating system</td>
			<td style="width:85px;">Microsoft</td>
			<td style="width:123px;">7, 8 or 10</td>
			<td style="width:171px;">https://www.microsoft.com/en-us/windows</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:221px;">x264vfw</td>
			<td style="width:85px;">freeware</td>
			<td style="width:123px;">NA</td>
			<td style="width:171px;">https://sourceforge.net/projects/x264vfw/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

behavioral tracking and neuromast imaging of mexican cavefish

בעלי החיים שוכני המערה התפתחו סדרה של מאפיינים מורפולוגיים והתנהגותיים להסתגל לסביבות שלהם חשיבתו אפל, מזון-דליל. בין התכונות הללו, התנהגות הרעיה הוא אחד החלונות שימושי לתוך יתרונות פונקציונליים של האבולוציה תכונה התנהגותית. שהוצגו במסמך זה הן שיטות מעודכן לניתוח התנהגות המשיכה רטט (VAB: התנהגות אדפטיבית הרעיה) הדמיה של mechanosensors המשויכת של טטרה הותאם המערה, Astyanax mexicanus. בנוסף, שיטות מוצגים לצורך מעקב תפוקה גבוהה של סדרת התנהגויות cavefish נוספים כולל היפראקטיביות ושינה-הפסד. Cavefish גם להראות asociality, התנהגות שחוזרת על עצמה וחרדה גבוהה יותר. לכן, cavefish לשמש מודל חיה עבור התנהגויות מפותחת. שיטות אלה להשתמש בקבצי script התוכנה-החופשית, בהזמנה אישית שניתן להחיל על סוגי אחרים של התנהגות. שיטות אלה מספקים חלופות מעשי וחסכוני תוכנת מעקב זמינים מסחרית.

התוצאות שהוצגו במסמך זה הן דוגמאות מייצגות של מה ניתן לרכוש עם השיטות שהוצגו. לכן, התוצאות ניתן לסטות מעט לבין אלו המובאות כאן הן cavefish והן דגים השטח בהתאם לתנאי הניסוי.
התנהגות המשיכה רטט
ניתן למצ...

Watch this Scientific Journal Video about Behavioral Tracking and Neuromast Imaging of Mexican Cavefish at JoVE.com

Behavioral Tracking and Neuromast Imaging of Mexican Cavefish

מעקב אחר התנהגות והדימות Neuromast של Cavefish מקסיקני

כאן, אנו מציגים שיטות למחקר תפוקה גבוהה של סדרת cavefish מקסיקני התנהגויות, צביעת חיוני של מערכת mechanosensory. שיטות אלה להשתמש בקבצי script התוכנה-החופשית, מחוייט, מתן שיטה מעשית וחסכונית עבור המחקרים של התנהגויות.

Cave-dwelling animals have evolved a series of morphological and behavioral traits to adapt to their perpetually dark and food-sparse environments. Among ...

דג המערות מגדל כציור קיר פנטסטי של בעלי חיים כדי להבין את האבולוציה ואת התהליכים הביו-רפואיים. אנו מנהלים כעת חקירה ביו-רפואית על ידי שימוש בתכונה זו כמקבילה לתסמינים אנושיים. כאן נראה את סוללת ההתנהגויות ואת מערכת הניתוח שניתן להשתמש בה הן למחקרים אבולוציוניים והן למחקרים ביו-רפואיים.כדי לתייג רטט מושך והתנהגות, מוט זכוכית רוטט מוכנס לתוך קערת זכוכית המכילה דג אחד בחושך. דגים מסתגלים ארבעה ימים לפני ההתאקלמות במים מותנים עם מחזור כהה של 12, 12 אור. יום לפני יום ההתאקלמות לאחר שלושה ימים של התאקלמות, החליפו מים בתא ההתנזרות במים מתוקים ומותנים.ביום הבדיקה, דגים נמנעים ממזון עד לאחר השלמת הבדיקה, כי הפסקת תשנה את תגובתם לתנודות. הכינו מנגנון פולט רטט על ידי כוונון ל-40 הרץ. הגדר את פרמטרי ההקלטה, תנאי המלאי וקובץ היעד המתאימים.מניחים צילינדר על במת ההקלטה, מואר באור אחורי אינפרא אדום בחדר חשוך, ומאפשרים לדגים להתאקלם במשך שלוש דקות לאחר שהוצבו על הבמה. לאחר התאקלמות של שלוש דקות בחושך, להקליט שלוש דקות ו -30 שניות של וידאו. בתחילת ההקלטה, הכנס את מוט הזכוכית הרוטט בקוטר 7.5 מילימטר לתוך עמוד המים, כ-5 ס"מ לעומק.הימנעו מרעש או תנודות בעת מיקום מוט הזכוכית הרוטט במים, מכיווןים יכולים לחוש רעשים ותנודות קלות. הקפד לסיים הליך זה בתוך 30 שניות מהתחלת הקלטת הווידאו כדי להבטיח שיותר משלוש דקות של התנהגות מוקלטות. הפעל קובץ אצווה על-ידי לחיצה כפולה avs_creator.עטלף כדי להמיר את וידאו AVI דחוס לפורמט קריא עבור ImageJ. ניתן לטעין את המאקרו פשוט על-ידי גרירה ושחרור לתוך מעטפת ממשק משתמש גרפי. מאקרו זה יהפוך מקשי קיצור מסוימים לזמינים עבור הניתוח הבא.בספריית העבודה, צור תיקיה חדשה ותן לה Process_ImageJ. תיקיה זו תשמש באופן אוטומטי לאחסון קבצי פלט מהניתוח הבא. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על קובץ הווידאו AVS כדי לנתח ולבחור טעינה מהירה.לאחר שקובץ AVS נטען ככונן חיצוני, פתח את קובץ AVI ב- ImageJ. כדי לקבוע את קנה המידה של מדידת המרחק, בחר את קוטר תא ההתמדה על-ידי ציור קו ישר לאורך התא באמצעות כלי בחירת הקו הישר ולאחר מכן הגדר את קנה המידה על-ידי לחיצה על נתח, הגדר פונקציית קנה מידה. במקרה שלנו, אנחנו קלט 9.4 ס"מ.סמן את תיבת הרדיו הכללית כדי לתקנן את קנה המידה בכל ניתוח הווידאו הבא. העתיקו את אזור תא ההצבה בעזרת הכלי בחירה אליפטית, ולחצו לחיצה ימנית ובחרו תמונה כפולה. בשלב זה, ציין את טווח המסגרות שיש לשמור לניתוח נוסף.נקה מחוץ לתא ההתבהרה והמר את התמונה לתמונה בינארית על-ידי פגיעה במקשה החמה שבע על סרגל המספרים. לאחר שהרקע יתנקה, תתבקש להוסיף נקודה שחורה במרכז כדי לציין את מיקום מוט הזכוכית הרוטט באמצעות כלי הבחירה הסגלגל שכבר מוגדר לשחור עם פונקציית המילוי. לחץ על אישור והמאקרו יבקש ממך לעבור להתאמת הסף.התאם את הסף כך שניתן יהיה לראות את הדג לאורך כל סרטון הווידאו ולאחר מכן בחר החל. הפעל את יישום ה- Plug-in של Tracker על-ידי פגיעה במקשה החמה שמונה בסגת המספרים. הגדר את גודל הפיקסל המינימלי ל- 100, כשתתבקש לעשות זאת.תהליך זה ייצור את המרחק בין מוט הזכוכית הרוטט לבין הדג למסגרת במשך כל שלוש הדקות של הסרטון הבינארי. כדי לשמור קובץ מעקב, לחץ על מקש קיצור 9 ב סרגל המספרים. פעולה זו תייצא באופן אוטומטי ערימה בינארית של תמונות של הווידאו כולו וקובץ XLS עם קואורדינטות ונתונים מרחק, במקרה שיש צורך ניתוח מחדש.פעולה זו גם תסגור את כל הקבצים המשויכים לווידאו הנוכחי. כעת ניתן לנתח את הקבצים שנוצרו בהתאם לשאלת המחקר הספציפית. להתאקלם חמישה דגים ניסיוניים במשך ארבעה ימים או יותר בכל תא של עיצוב מותאם אישית 10 ליטר אקווריום הקלטה אקרילי מלא מים מותנים.כל תא נפרד מופרד עם לוח אקריליק שחור. כל מיכל חייב להיות מכוסה כדי למנוע מדגים לקפוץ לתא אחר. הגדר טיימר צריכת חשמל ניתן לתיכנת כדי להפעיל באופן אוטומטי את תאורת LED לבנה למשך 12 שעות ולכבות למשך 12 שעות כל יום במהלך תקופת ההתאקלמות.זה יהיה entrain השעון הביולוגי של דגים אם הדג רגישים entrainment. על מנת לספק אור לבן מפוזר יותר, אנו משתמשים בלוח אקריליק לבן שטוח אטום בממד דומה למיכל 10 ליטר כמפזר להעביר אור עבור כל מיכל. במהלך תקופה זו, לספק פעם ביום האכלה עם שרימפס מלח חי ולספק aeration באמצעות מסנן ספוג בכל אקווריום.שימו לב, ודאו שהדגים ניזונים בזמן עקבי. לדוגמה, פעם אחת ביום בבוקר. יום לפני יום ההתאקלמות, שלושה ימים או יותר של ההתאקלמות, מחליפים מים בתא ההתרשמות במים מתוקים ומותנים.הגדר את הקלטת הפרמטרים בתוכנת VirtualDub. הסרטון יוקלט ב-15 פריימים לשנייה בזמן החשיפה הקבוע. וידאו דחוס ב- Codec X264VFW כדי להשיג כ 700 פעמים דחיסה.ביום ההקלטה, להאכיל כל דג עם שרימפס מלח חי. הסר את כל מסנן הספוג והתחל להקליט. הפעל את נורית האינפרא-אדום בשלב ההקלטה.על ידי התבוננות בתמונה חיה VirtualDub על המסך, התאם את המיקום של כל אקווריום כדי לוודא שהם פונים כראוי למצלמת ה- USB. התחל הקלטה של 24 שעות בבוקר. לדוגמה, זמן ההתחלה הוא 9 .m.ושזמן הסיום הוא 9 .m למחרת. התחל ללכוד את הווידאו ולאבטח את המיקום כדי למנוע הפרעה.מדי פעם בדוק אם ההקלטה פועלת. לאחר הקלטה של 24 שעות, ודא שהסרטון נשמר כראוי. העבר את הווידאו לתחנת העבודה של המחשב כדי לעקוב אחר התנהגות הדג.לאחר העברת הווידאו לתיקיה המתאימה, בצע במהירות בדיקת איכות של הווידאו כדי לוודא שהוא באיכות טובה. זה כולל התבוננות בתאורה, בדיקה אם יש דג אחד בכל קטע, ואם יש תנועות זרות שעלולות לגרום לטעות. מכאן, SwisTrack תוכנה חופשית משמש למעקב אחר בעלי חיים.היתרון של תוכנה זו הוא שהתוכנה יכולה לעקוב אחר בעלי חיים מרובים בבת אחת ולהחסיר תמונת רקע באמצעות מסגרת שרירותית שאנו מזהים. החסרונות הם שמעקב עלול לקפוץ בין זירות המכילות דג אחר. ייתכן שתדמית הרקע אינה מתאימה למסגרות המאוחרות יותר, ו-SwisTrack מקצה באופן אקראי מזהה מעקב לדגים בודדים, ולכן יש צורך לשחזר את מזהה הדג על-ידי התוויית המיקום הפיזי הממוצע של כל דג.כדי להתגבר על נושאים אלה, נעשה שימוש בשלוש גישות. שימוש במסכות בינאריות, אחת למעקב אחר זירות זוגיות, ואחד למעקב אחר זירות אי-זוגיות. השימוש באוטומציית Win כדי לעדכן באופן אוטומטי תמונות רקע כל שלוש דקות והשימוש בתסריטים של Perl כדי לשחזר את מזהי הדגים.הצעד הראשון של הניתוח הוא להפוך את המסכות הבינאריות לזירות מוזרות ואפילו. לאחר בדיקת איכות הווידאו, בחר מסגרת מייצגת בתוכנה לעריכת וידאו ולהשתמש בה כדי ליצור שתי מסכות בינאריות, אחת זוגית ואחד לזירות אי-זוגיות. מטרת המסכות הבינאריות הללו היא להימנע ממגעים מוטעים בין זירות סמוכות.לאחר יצירת מסיכות בינאריות, פתחו את קובצי הפרמטרים SwisTrack הקובעים את נתיבי הקבצים ופרמטרים עבור תהליך המעקב. הכן קובץ פרמטר אחד בכל אחת מתיקיות הקבצים הזוגית והמוזרה עבור מעקב הווידאו. בקובץ זה, הקלד את הנתיב למיקומי הקבצים של קבצי הווידאו והמסיכה.לאחר הכנת קבצי הפרמטרים, פתח את קובץ ההפעלה Win-automation המאפס באופן אוטומטי את הרקע כל שלוש דקות. עם קובץ הפעלה זה, SwisTrack יפעל באופן אוטומטי, ולאחר מכן לפתוח את קובץ הפרמטר בכל תיקיה זוגית או אי זוגית בתוכנת מעקב זו. הפעל את תוכנת המעקב כדי לעקוב אחר תנועת הדגים.בתוך 9, 000 מסגרות המעקב הראשונות, ודאו שהדגים נמצאים במעקב נכון על ידי התבוננות ברכיב המעקב הקרוב ביותר של השכנים. לאחר יצירת מעקב תקין, חזור לטבלת רכיב חיסור הרקע הסתגלותי ולחץ על מקש קיצור R במקלדת כדי להפעיל את Win-automation להפחתת רקע אדפטיבי רציפה. לאחר כחמש שעות, קבצי טקסט נוצרים עבור כל דג, המכיל קואורדינטות X ו- Y עבור כל מסגרת של הווידאו.כדי להמשיך בניתוח, הקצה את שלושת קבצי ה- Script של Perl לתיקיה הכוללת הן תיקיות זוגיות והן תיקיות אי-זוגיות. כדי להמיר אורך בפיקסלים לס"מ, יש לדעת את יחס הס"מ לפיקסל. הקלד יחס זה במיקום המתאים של קובץ ה- Script Perl בשם 1.fillupGaps.pl.הפעל 1.fillupGaps. pl פרל סקריפט באמצעות אמולטור יוניקס עבור Windows. תחילה, השתמש בפקודה CD כדי לעבור לספריה העובדת הנוכחית ולאחר מכן הקלד Perl 1.fillupGaps.pl כדי להפעיל את התסריט Perl. שני קבצי ה- Script האחרים ייקראו באופן אוטומטי בסדר רציף. שלושת הסקריפטים האלה מקצים כל קובץ מעקב לכל מקטע באקווריום, ולכן ניתן להשתמש בהם כדי לנתח את ההתנהגות של כל דג.התייעץ עם קובץ הטקסט Summary_Sleep שנוצר לאחר הפעלת קבצי ה- Script כדי לבדוק שוב שמספר המסגרות שהושמטו מהניתוח נמוך באופן בר-ביצוע. חסרים פחות מ- 15% מהמסגרות נחשב מקובל. העתק והדבק נתוני מעקב בקובץ גיליון אלקטרוני באמצעות מאקרו מקומי.מאקרו זה יבנה מחדש את הנתונים שנותחו למספר רמות תהליך שלבים, כגון ממוצע משך השינה וסכום מרחק השחייה. על מנת להכתים את הקו הצולב של הדגים, יש להמיס את תמיסת מלאי DASPEI במים מותנים לריכוז סופי של חמישה מיקרוגרם למיליליטר, ולאחר מכן לטבול את הדג בתמיסה בטמפרטורת החדר בסביבה חשוכה למשך 45 דקות. לאחר 45 דקות, לשחזר את הדגים מתספורת DASPEI לטבול אותו במים קרים כקרח מותנה עם MES משולש שתיים.לאחר הדג הוא הרדמה עמוקה, הר את הדגים בצלחת פטרי ולהתבונן בו תחת מיקרוסקופ יעיל. הקפד לקחת סדרה סטטיסטית כדי לכלול את כל התוכניות של הדגים בפוקוס ולאסוף הכל בתמונה אחת. לניתוח תמונה, הוסף תיקיה חדשה Process_ImageJ את קובץ המאקרו לתיקיה המכילה את התמונות שיש לנתח.פתח את תוכנת ImageJ ולאחר מכן פתח מאקרו על-ידי גרירת קובץ המאקרו אל ImageJ. הפעל מאקרו על-ידי לחיצה על פקודות מאקרו, הפעל מאקרו. אם התמונה אינה נפתחת באופן אוטומטי, לחץ על מאקרו, איסוף קבצים.לאחר מכן המאקרו יתסוף באופן אוטומטי קובץ תמונה לניתוח. עבור כימות neuromast מראה את האזור של עניין על ידי לחיצה על מצולע 2, ולצייר את האזור על התמונה. שמונה, חמש לאזור עניין כפול.השתמש בכלי צבע כדי להסיר או להוסיף נקודה נוספת או חסרה בתמונה הקודמת ולאחר מכן שמונה, שש. ברגע שאתה שמונה, שש, שני חלונות חדשים יופיעו. חלון המציג ערכה של נקודות נוירומאסט ממוספרות וחלון עם שולחן עם נוירו-מיסט כולל מכומת.הכה שבעה כדי לשמור את שני הקבצים. לאחר שתלחץ על אישור, קבצים אלה יאוחסנו וקובץ תמונה חדש ייפתח לניתוח נוסף. אחד את ספירת הנוירו-מיסט על-ידי הפעלת מאקרו.התוצאות הבאות הן תוצאות מייצגות של מה ניתן לצפות עבור שני morphs של דגים בתנאים מבוקרים. ארבע הדמויות הללו מראות תוצאות מייצגות של תנודות בהתנהגות המשיכה. A ו- B הם הנופים המובילים של שביל השחייה של A, דג פני השטח, ו- B דג מערה.קווים אדומים הם העקבות של הקואורדינטות שנוצרו על ידי מעקב ImageJ על פני שלוש דקות של הקלטה. C ו- D מציגים השוואה של התוצאות מ- C, דג פני שטח ו- D, דג מערה, שחולצו על-ידי מאקרו הגיליון האלקטרוני מקבצי TXT. ציר ה-Y הוא מספר הפעמים שהדג התקרב למוט הרוטט.כל נקודה מייצגת תצפית ניסיונית אחת במהלך ההתקף ההתנהגותי של דג אחד. שימו לב כי דגי פני השטח אינם מראים עלייה בגישות בכל תדר, בעוד דגי מערות מראים מקסימום משיכה סביב 35 עד 40 הרץ. שני איורים אלה מציגים תוצאות מייצגות ממסיונות התנהגות שינה שחולצו על-ידי פקודות המאקרו של הגיליון האלקטרוני מקבצי TXT.A ו- B מדגימים שניים מהמדדים המסוכמים באופן אוטומטי על-ידי קובץ המאקרו. איור א' מציג את מרחק השחייה בשעות היום והלילה עבור דגי שטח ודגי מערות, בעוד ש-B מציג משך שינה עבור שני מורפים. במקרה זה, דג המערות הראה היפראקטיביות ופחות שינה בהשוואה לדגים פני השטח.נתונים אלה מציגים תוצאות של ניתוח תמונת DASPEI שחולץ על-ידי מאקרו הגיליון האלקטרוני מקבצי TXT. A ו- B מדגימים את הקשר בין מספר נוירומאסט לעומת התנהגות משיכה רטט וגודל neuromast לעומת ההתנהגות של דגי מערות, דגי פני השטח, וצאצאי F1. כל נקודה מייצגת כל דג.הערה, מספר neuromast הוא בקורלציה חיובית עם התנהגות משיכה רטט, מה שמרמז כי neuromast עשוי לווסת התנהגות זו. גודל נוירומאסט תומך גם במסקנה זו. C ו- D הן תמונות לדוגמה של נוירומאסט מוכתם DASPEI של C, דג פני השטח, ו- D, דג מערה.כל נקודה פלואורסצנטית בתמונות היא נוירומאסט אחד, אשר לקח את DASPEI. שימו לב, השפע הגדול יותר של נוירומסטים על דגי מערות. הראינו סדרה של ניתוחי התנהגות עבור פעילות שחייה ושינה מבוססת קו קו.מערכת המעקב אחר בעלי חיים יכולה גם להיות מותאמת להתנהגויות אחרות, כגון התנהגויות סטריאוטיפיות שחוזרות על עצמן, אינטראקציות חברתיות, והתנהגותיות.

Research

JoVE Journal

Behavior

Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station (INBEST)

Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station INBEST

ההתנהגות phenotyping של מודלי Murine מחלות עם ההתנהגות המשולבת התחנה (INBEST)

Due to rapid advances in genetic engineering, small rodents have become the preferred subjects in many disciplines of biomedical research. In studies of ...

Behavioral Assessment of the Aging Mouse Vestibular System

התנהגות הערכה של מערכת שיווי המשקל עכבר ההזדקנות

Age related decline in balance performance is associated with deteriorating muscle strength, motor coordination and vestibular function. While a number of ...

Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

ביצוע משימות התנהגות בנושאים עם אלקטרודות תוך גולגולתי

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

The Rodent Psychomotor Vigilance Test rPVT: A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice

מבחן הערנות Psychomotor המכרסם (rPVT): שיטה להערכת ביצועי נוירו-התנהגותיות אצל חולדות ועכברים

The human Psychomotor Vigilance Test (PVT) is a widely used procedure for measuring changes in fatigue and sustained attention. The present article ...

Basic Methods for the Study of Reproductive Ecology of Fish in Aquaria

שיטות בסיסיות לחקר אקולוגיה פוריות של דגים באקווריום

Captive-rearing observations are valuable for revealing aspects of fish behavior and ecology when continuous field investigations are impossible. Here, a ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

חיבור אלחוטי, ממשק דו-כיווני ההקלטה In Vivo גירוי של פעילות עצבית להתנהג בחופשיות חולדות

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in  Free Moving Rodents

T-maze אוטומטית המבוסס על המנגנון ופרוטוקול לניתוח עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות העברה חינם

Many neurological and psychiatric patients demonstrate difficulties and/or deficits in decision making. Rodent models are helpful to produce a deeper ...

Continuous Noninvasive Measuring of Crayfish Cardiac and Behavioral Activities

מדידה רציפה לא פולשנית של פעילויות לב והתנהגותיים סרטני

A crayfish is a pivotal aquatic organism that serves both as a practical biological model for behavioral and physiological studies of invertebrates and as ...

Behavioral Approaches to Studying Innate Stress in Zebrafish

גישות התנהגותיות לחקר הלחץ הטבוע בדג זברה

Responding appropriately to stressful stimuli is essential for survival of an organism. Extensive research has been done on a wide spectrum of ...

Automated Measurements of Sleep and Locomotor Activity in Mexican Cavefish

מדידות אוטומטיות שינה ופעילות גינקולוגיות Cavefish מקסיקני

Across phyla, sleep is characterized by highly conserved behavioral characteristics that include elevated arousal threshold, rebound following sleep ...