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

Vi takker alle medlemmer av Yoshizawa laboratoriet inkludert N. Cetraro, N. Simon, C. Valdez, C. Macapac, J. Choi, L. Lu, J. Nguyen, S. Podhorzer, H. Hernandes, J. Fong, J. Kato og I. Herren for fisk pleie på eksperimentell fisken i dette manuskriptet. Vi takker også A. Keene lab medlemmer, inkludert P. Masek å trene meg å montere IR CCD kamera. Til slutt, vi ønsker å takke Media Lab - College samfunnsfag - School of Communications på University of Hawaii-Mānoa for deres uvurderlig hjelp med å lage videoen, spesielt B. Smith, J. Lam og S. hvitt. Dette arbeidet ble støttet av Hawaii-fellesskapet stiftelse (16CON-78919 og 18CON-90818) og National Institute for Health NIGMS (P20GM125508) gir meg.

Alle prosedyrer blir utført følge retningslinjene beskrevet i "Prinsipper for laboratoriet Animal Care" (National Institute of Health publikasjonen nummer 85-23, revidert 1985) og godkjent av University of Hawaii Manoa institusjonelle Animal Care og bruk Komiteen dyr protokollen 17-2560-3.
1. vibrasjon attraksjon atferd (VAB) analysen (≤ 10 min for hele innspillingen prosedyre)
Merk: Bruk infrarødt følsom kamera eller bygge et infrarødt kamera ved å endre en U...

<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>

Metodene presentert er lett tilgjengelig, men kan være komplisert å utføre på grunn av sin freeware opprinnelse. Derfor anbefales å utføre prøve analyser og analyser før noen faktiske eksperimentering.
Frekvensen av data generasjon kan være rask når eksperimentelle og analytiske rammen er etablert. Når etablert, er det mulig å registrere to fisk i 7 min for VAB analysen, 30 fisk i 24 for analysen aktivitet/sove og en fisk i 2,5 til 3 min for neuromast tenkelig, starter fra MS222 an...

Den meksikanske tetra, Astyanax mexicanus (egentlige beinfisker: Characidae), er unik blant fisk for å ha to radikalt forskjellige alternativ morphs - en seende, overflate-bolig morph og en blind, hule-bolig morph består av flere forskjellige bestander1. Men forskjellige i morfologi og fysiologi, er de fortsatt interfertile2,3. Disse interfertile morphs synes å ha utviklet seg raskt (~ 20.000 år)4, noe som gjør dem en ideell modellsystem for studiet av rask tilpasning. Cavefish er kjent for å ha en rekke forskjellige morfologiske og atferdsmessige egenskaper inkludert økt tetthet smak knopper, økt antall mechanosensors, foraging atferd innstilt til en bestemt frekvens av en vibrerende stimulans, hyperaktivitet, og søvnløshet. Mange av disse virkemåtene trolig utviklet seg samtidig, noe som har blitt foreslått for å være fordelaktig i mørke huler foraging5 og Strømsparing i mørke og mat-sparsom6,7.
I mange evolusjonære modellsystemer er det vanskelig å skaffe integrert kunnskap om hvordan dyr morfologi og atferd endre svar for miljøet fordi de fleste arter er fordelt på en kontinuerlig forløpning i komplekse miljøer. Imidlertid har sterk kontrast mellom den hule og overflate morph Astyanax som utviklet seg i svært ulike miljøer som er preget av en skarp ecotone ført til Astyanax fremstår som en utmerket modell å forstå dyr evolusjon. Dette gjør det mulig å koble lettere gener og utviklingsprosesser adaptive trekk og utvalg i miljøet. Videre siste biomedisinsk undersøkelser av disse trekkene i Astyanax har vist at disse trekkene kan parallell menneskelige symptomer8,9,10. For eksempel er tap av sosialitet og søvn, og få hyperaktivitet, repeterende atferd og kortisol-nivået lik hva er observert hos mennesker med autisme spektrum lidelse8.
For å løse komplekse samtidig evolusjon av mange atferd og morfologiske egenskaper, er det fordelaktig å analysen mange av dem til å markere underliggende genetiske og molekylære trasé. Presenteres her er metoder for karakteriserer graden av hule-type atferdsmessige fenotyper av overflaten, hulen og hybrid morphs av Astyanax. Fokal atferd analysert betegner fenotypen er hule-tilpasset foraging atferd (vibrasjon attraksjon atferd, referert til heretter som VAB) og hyperaktivitet/hvile varigheten11,12. Også presentert er en bildebehandling metode for sensorisk systemet knyttet VAB13. Nylig mange åpen kildekode sporingsprogramvare for å kjøre atferdsmessige analyser har blitt tilgjengelig14,15. Disse fungerer godt for korte videoer, mindre enn 10 minutter. Det blir imidlertid problematisk Hvis videoen er lengre på grunn av intens beregning/sporing tid. Dugelig kommersielt tilgjengelig programvare kan være dyrt. Metodene presentert hovedsaklig freeware og derfor anses kostnadseffektivt og høy gjennomstrømming. Også inkludert er representativt resultater basert på disse metodene.

<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

Hule-bolig dyr har utviklet en rekke morfologiske og atferdsmessige egenskaper til å tilpasse seg sine stadig mørke og mat-sparsom miljøer. Blant disse trekkene er foraging atferd en nyttig Vinduer i funksjonelle fordelene opptreden personlighetstrekk evolusjon. Presenteres her er oppdatert metoder for å analysere vibrasjon attraksjon atferd (VAB: en adaptiv foraging atferd) og bildebehandling av tilknyttede mechanosensors grotten-tilpasset Tetra, Astyanax mexicanus. I tillegg presenteres for høy gjennomstrømming sporing av en serie av flere cavefish inkludert hyperaktivitet og søvn-tap. Cavefish viser også sosiale, repeterende atferd og høyere angst. Derfor tjene cavefish som en dyremodell for utviklet atferd. Disse metodene bruker fri programvare og skreddersydd skript som kan brukes på andre typer atferd. Disse metodene gir praktiske og kostnadseffektive alternativer til kommersielt tilgjengelige for sporing.

Resultatene presenteres her er representative eksempler på hva som kan oppnås med metodene presentert. Derfor kan resultatene avvike litt fra de presenteres her for både cavefish og overflate fisk avhengig av eksperimentelle forhold.
Vibrasjon attraksjon atferd
Representant resultater for VAB finnes i Figur 3 for både ...

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

Atferdsmessige sporing og Neuromast avbildning av meksikanske Cavefish

Her presenterer vi metoder for høy gjennomstrømming av en rekke meksikanske cavefish atferd og viktig farging av et mechanosensory system. Disse metodene bruker fri programvare og skreddersydd, gir en praktisk og kostnadseffektiv metode for studier av atferd.

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

Hulefisk er å heve som en fantastisk dyr veggmaleri for å forstå evolusjon og biomedisinske prosesser. Vi gjennomfører nå biomedisinsk undersøkelse ved å bruke disse egenskapene som en parallell til et menneskelig symptom. Her vil vi vise batteriet i atferdsanalysen og analysesystemet som kan brukes til både evolusjonære og biomedisinske studier.For å analysere vibrasjon tiltrekker seg og atferd, settes en vibrerende glassstang inn i en glassbolle som inneholder en fisk i mørket. Fisk akklimatiseres fire dager før analysen i betinget vann med en 12, 12 lys, mørk syklus. Dagen før analysedagen etter tre dager med akklimatisering, erstatt vann i analysekammeret med friskt betinget vann.På analysedagen blir fisk fratatt mat til etter at analysen er fullført, fordi opphør vil endre deres respons på vibrasjoner. Forbered vibrasjonsavgivende apparater ved å stille inn 40 Hertz. Angi riktige opptaksparametere, lagerbetingelser og målfil.Plasser analysesylinderen på opptaksstadiet, opplyst med infrarød bakgrunnsbelysning i et mørkt rom, og la fisken akklimatisere seg i tre minutter etter å ha blitt plassert på scenen. Etter den tre minutters akklimatisering i mørket, ta opp tre minutter og 30 sekunder med video. Ved opptakets begynnelsen setter du inn 7,5 millimeter diameter som vibrerer glassstangen i vannsøylen, ca. 5 centimeter i dybden.Unngå å lage støy eller vibrasjoner mens du plasserer vibrerende glassstangen i vannet, da fisk kan føle mindre lyder og vibrasjoner. Sørg for å fullføre denne prosedyren innen 30 sekunder etter at du har startet videoopptaket for å sikre at mer enn tre minutter med virkemåte registreres. Kjør satsvis fil ved å dobbeltklikke avs_creator.bat for å konvertere den komprimerte AVI-videoen til lesbart format for ImageJ. Makroen kan lastes ved ganske enkelt å dra og slippe inn i et grafisk brukergrensesnittskall. Denne makroen vil aktivere bestemte hurtigtaster for følgende analyse.Opprett en ny mappe i arbeidsmappen, og gi den navnet Process_ImageJ. Denne mappen brukes automatisk til å lagre utdatafiler fra følgende analyse. Høyreklikk på AVS-videofilen som skal analyseres, og velg hurtigmontering.Når AVS-filen er montert som en ekstern stasjon, åpner du AVI-filen i ImageJ. Hvis du vil angi skalaen for avstandsmålingen, velger du diameteren på analysekammeret ved å tegne en rett linje over kammeret ved hjelp av det rette linjevalgverktøyet, og deretter angir du skalaen ved å klikke analyser, angi skalafunksjon. For vårt tilfelle legger vi inn 9,4 centimeter.Merk av for global radioboks for å standardisere skalaen på tvers av alle følgende videoanalyser. Kopier analysekammerområdet ved hjelp av det ovale markeringsverktøyet, og høyreklikk og velg deretter bildelikat. På dette tidspunktet angir du rammeområdet du vil beholde for videre analyse.Fjern utenfor analysekammeret og konverter bildet til et binært bilde ved å trykke hurtigtasten syv på nummerlinjen. Etter at bakgrunnen er klar, vil du bli bedt om å legge til en svart prikk i midten for å indikere posisjonen til vibrerende glassstang ved hjelp av det ovale markeringsverktøyet som allerede er satt til svart med fyllfunksjonen. Klikk OK, så blir du bedt om å gå videre til terskeljusteringen.Juster terskelen slik at fisken kan ses gjennom hele videoklippet, og velg deretter bruk. Kjør Tracker plug-in ved å trykke hurtigtasten åtte på nummerlinjen. Angi minimum pikselstørrelse til 100 når du blir bedt om det.Denne prosessen vil generere avstanden mellom vibrerende glassstang og fisken per ramme i alle tre minuttene av den binære videoen. Hvis du vil lagre tracker-filen, trykker du på hurtigtasten ni på nummerlinjen. Dette vil automatisk eksportere en binær stabel med bilder av hele videoen og en XLS-fil med koordinater og avstandsdata, i tilfelle det er nødvendig å anse på nytt.Dette vil også lukke alle filer knyttet til den nåværende videoen. Filene som genereres kan nå analyseres ytterligere avhengig av det spesifikke forskningsspørsmålet. Akklimatisere fem eksperimentelle fisk i fire dager eller mer i hvert kammer av en tilpasset design 10 liter akryl opptak akvarium fylt med betinget vann.Hvert enkelt kammer er skilt med svart akryl bord. Hver tank må dekkes for å hindre at fisk hopper inn i et annet kammer. Still inn programmerbar strømtimer til å slå på hvitt LED-lys automatisk i 12 timer og av i 12 timer hver dag i akklimatiseringsperioden.Dette vil entrain fisk døgnrytme hvis fisken er utsatt for entrainment. For å gi et mer diffust hvitt lys, bruker vi et flatt hvitt ugjennomsiktig akrylbrett av samme dimensjon som 10 liters tanken som en diffuser for å passere lys gjennom for hver tank. I løpet av denne perioden, gi en gang om dagen fôring med levende saltlake reker og gi lufting gjennom svamp filter i hvert akvarium.Merk, sørg for at fisken mates på konsistent tidspunkt. For eksempel en ganger per dag om morgenen. Dagen før analysedagen, tre dager eller mer av akklimatasjonen, erstatter vann i analysekammeret med friskt betinget vann.Angi registreringsparametrene i VirtualDub-programvaren. Videoen vil bli tatt opp i 15 bilder per sekund i den faste eksponeringstiden. Videoen er komprimert i X264VFW-kodeken for å oppnå ca. 700 ganger komprimering.På opptaksdagen, mate hver fisk med levende saltlake reker. Fjern alt svampfilteret og start opptaket. Slå på det infrarøde lyset på opptaksstadiet.Ved å observere VirtualDub live bilde på skjermen, justere posisjonen til hvert akvarium for å sikre at de vender usb-kameraet riktig. Start 24-timers opptak om morgenen. Starttiden er for eksempel 9 a.m.og slutttid er 9 a.m neste dag. Begynn å ta opp videoen og sikre stedet for å unngå forstyrrelser.Av og til må du kontrollere om opptaket kjører. Etter 24-timers opptak må du kontrollere at videoen er riktig lagret. Overfør videoen til PC-arbeidsstasjonen for å spore fiskens oppførsel.Etter overføring av videoen til riktig mappe, gjør du raskt en kvalitetskontroll av videoen for å sikre at den er av god kvalitet. Dette inkluderer å se på belysningen, sjekke om det er en fisk i hver seksjon, og om det er noen utenlandske bevegelser som kan forårsake feilsporing. Herfra brukes freeware SwisTrack til dyresporing.Fordelen med denne programvaren er at programvaren kan spore flere dyr samtidig og trekke bakgrunnsbilde ved hjelp av en vilkårlig ramme vi identifiserer. Ulempene er at sporing kan hoppe mellom arenaer som inneholder en annen fisk. Bakgrunnsbildet er kanskje ikke tilstrekkelig for de senere rammene, og SwisTrack tilordner tilfeldig sporings-ID til individuell fisk, derfor er det nødvendig å gjenopprette fiske-ID ved å plotte den gjennomsnittlige fysiske posisjonen til hver fisk.For å overvinne disse problemene brukes tre tilnærminger. Bruken av binære masker, en for sporing av like nummererte arenaer, og en for sporing av oddetallsarenaer. Bruken av Win-automatisering for automatisk å oppdatere bakgrunnsbilder hvert tredje minutt og bruk av Perl-skript for å rekonstruere fiske-ID-ene.Det første trinnet i analysen er å lage binære masker for odde og jevne arenaer. Etter å ha sjekket videokvaliteten, velg en representativ ramme i en videoredigeringsprogramvare og bruk den til å lage to binære masker, en for jevn og en for oddetallsarenaer. Hensikten med disse binære masker er å unngå mistrackings mellom tilstøtende arenaer.Når du har laget binære masker, åpner du SwisTrack-parameterfilene som bestemmer filbaner og parametere for sporingsprosessen. Klargjør én parameterfil i hver av de jevne og merkelige filmappene for videosporingen. I denne filen skriver du inn banen til filplasseringene til video- og maskefilene.Når du har klar klar klargjør parameterfilene, åpner du den kjørbare filen win-automatisering som automatisk tilbakestiller bakgrunnen hvert tredje minutt. Med denne kjørbare filen vil SwisTrack kjøre automatisk, og deretter åpne parameterfilen i hver jevn eller oddetallsmappe i denne sporingsprogramvaren. Kjør sporingsprogramvaren for å spore bevegelsen av fisk.Innen de første 9, 000 rammer av sporing, sørg for at fisken blir riktig sporet ved å se på nærmeste nabo sporing komponent. Når du har etablert sporing på riktig måte, går du tilbake til kategorien adaptiv bakgrunnsdeltraksjonskomponent og treffer hurtigtasten R på tastaturet for å kjøre Win-automatisering for kontinuerlig adaptiv bakgrunnsundertraksjon. Etter omtrent fem timer genereres tekstfiler for hver fisk, som inneholder X- og Y-koordinater for hver ramme av videoen.Hvis du vil fortsette analysen, kan du tildele de tre Perl-skriptfilene til mappen som inneholder både like jevne og oddemapper. For å konvertere lengde i piksler til centimeter, er det nødvendig å vite centimeter til pikselforhold. Skriv inn dette forholdet på riktig plassering av Perl-skriptfilen med navnet 1.fillupGaps.pl.Kjør 1.fillupGaps. pl Perl skript ved hjelp av en Unix emulator for Windows. Først bruker du CD-kommandoen til å flytte til gjeldende arbeidsmappe, og deretter skriver du inn Perl 1.fillupGaps.pl å kjøre Perl script. De to andre skriptene vil automatisk bli kalt i sekvensiell rekkefølge. Disse tre skriptene tilordner hver sporingsfil til hver del av akvariet, og kan dermed brukes til å analysere oppførselen til hver fisk.Konferer med tekstfilen med navnet Summary_Sleep som genereres etter å ha kjørt skriptene for å dobbeltsjekke at antall rammer som slippes fra analysen, er akseptabelt lavt. Mangler færre enn 15% av rammer anses akseptabelt. Kopier og lim inn sporingsdata i en regnearkfil med en innebygd makro.Denne makroen omstruktureres de analyserte dataene til flere trinns prosessnivåer, for eksempel gjennomsnittlig søvnvarighet og summen av svømmeavstand. For å flekke fisk lateral linje, oppløse DASPEI lagerløsning i betinget vann for en endelig konsentrasjon på fem mikrogram per milliliter, og dypp deretter fisken i løsningen ved romtemperatur i et mørkt miljø i 45 minutter. Etter 45 minutter, gjenopprette fisken fra DASPEI løsning og dyppe den i iskaldt betinget vann med MES trippel to.Når fisken er dypt bedøvet, montere fisken i en petriskål og observere den under effektivt mikroskop. Sørg for å ta en statistikkserie for å inkludere alle planene til fisken i fokus og kompilere alt i ett enkelt bilde. For bildeanalyse legger du til en ny mappe med Process_ImageJ og makrofilen i mappen som inneholder bildene som skal analyseres.Åpne ImageJ-programvaren, og åpne deretter makroen ved å dra makrofilen til ImageJ. Kjør makro ved å klikke makroer, kjør makro. Hvis bildet ikke åpnes automatisk, klikker du makro, filopphenting.Makro vil deretter automatisk hente en bildefil for å analysere. For neuromast kvantifisering viser regionen av interesse ved å klikke polygon to, og tegne området på bildet. Åtte, fem for å duplisere interesseområde.Bruk malingsverktøyet til å fjerne eller legge til en prikk som er ekstra eller mangler fra det forrige bildet, og deretter åtte, seks. Når du er åtte, seks, vises to nye vinduer. Et vindu som viser en ordning med nummererte neuromast prikker og et vindu med et bord med total nevromast kvantifisert.Hit syv for å lagre begge filene. Når du klikker OK, lagres disse filene, og en ny bildefil åpnes for videre analyse. Konsolider neuromastantallet ved å kjøre makro.Følgende resultater er representative resultater av hva som kan forventes for begge morf av fisk under kontrollerte forhold. Disse fire tallene viser representative resultater fra vibrasjonstiltrekningsatferdsanalyser. A og B er topp utsikt over svømmebanen til A, en overflatefisk og B en hulefisk.Røde linjer er sporene av koordinatene som genereres av ImageJ-sporingen over tre minutter med opptak. C og D viser en sammenligning av resultatene fra C, en overflatefisk og D, en hulefisk, hentet av regnearkmakroen fra TXT-filene. Y-aksen er det tellede antall ganger fisken nærmet seg vibrerende stang.Hver prikk representerer en eksperimentell observasjon under atferdsanalysen av en fisk. Vær oppmerksom på at overflatefisk ikke viser en økning i tilnærminger på noen frekvens, mens hulefisk viser maksimalt attraksjon rundt 35 til 40 Hertz. Disse to tallene viser representative resultater fra søvnatferdsanalyser hentet av regnearkmakroene fra TXT-filene.A og B viser to av beregningene som genereres automatisk av makrofilen. Figur A viser svømmeavstanden på dagtid og natt for overflatefisk og hulefisk, mens B viser søvnvarighet for begge morfene. I dette tilfellet viste hulefisk hyperaktivitet og mindre søvn sammenlignet med overflatefisk.Disse tallene viser resultater av DASPEI bildeanalyse hentet av regnearkmakroen fra TXT-filene. A og B demonstrerer forholdet mellom neuromast nummer versus vibrasjon attraksjon atferd og neuromast størrelse versus atferd i hulefisk, overflatefisk, og F1 avkom. Hver prikk representerer hver fisk.Legg merke til at neuromastnummeret er positivt korrelert med vibrasjonstiltrekningsatferden, noe som tyder på at nevromast kan regulere denne oppførselen. Neuromast størrelse støtter også denne konklusjonen. C og D er eksempelbilder av DASPEI farget neuromast av C, en overflatefisk, og D, en hulefisk.Hver fluorescerende prikk i bildene er en nevromast, som har tatt opp DASPEI. Legg merke til, den merkbart større overflod av nevromatter på hulefisk. Vi viste en rekke atferdsanalyser for sidelinjebasert atferdssvømmingsaktivitet og søvn.Dyresporingssystemet kan også tilpasses annen atferd, for eksempel stereotypisk repeterende atferd, sosiale interaksjoner og atferdsmessig lateralitet.

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

Behavioral fenotyping av murine sykdomsmodeller med integrert Behavioral Station (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

Behavioral Assessment av den aldrende mus Vestibulær System

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

Utføre Behavioral oppgaver hos personer med Intrakraniale Elektroder

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

Den gnager Psyko Årvåkenhet Test (rPVT): En metode for å vurdere nevroevne hos rotter og mus

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

Grunnleggende metoder for studier av reproduktiv økologi av fisk i akvarier

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

En trådløs, toveis grensesnitt for In Vivo -opptak og stimulering av nevrale aktivitet i fritt oppfører seg rotter

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

En automatisert T-maze basert apparater og protokollen for å analysere forsinkelser og innsats-baserte beslutningsprosesser i gratis flytte gnagere

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

Kontinuerlig Noninvasive måle kreps Cardiac og atferdsmessige aktiviteter

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

Behavioral tilnærminger til å studere medfødte stress i sebrafisk

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

Automatisert målinger av søvn og Locomotor aktivitet i meksikansk Cavefish

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