Name: automated charting of the visual space of housefly compound eyes
Uploaded: 2022-03-31T14:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Charting of the Visual Space of Housefly Compound Eyes at JoVE.com

تم دعم هذه الدراسة ماليا من قبل مكتب البحث العلمي للقوات الجوية / المكتب الأوروبي لأبحاث وتطوير الفضاء الجوي AFOSR / EOARD (منحة FA9550-15-1-0068 ، إلى D.G.S.). نشكر الدكتور بريموز بيريه على العديد من المناقشات المفيدة وكيهان ساتو وهاين ليرتور وأوسكار رينكون كاردينو على المساعدة.

البروتوكول يتوافق مع إرشادات رعاية الحشرات في الجامعة.
1. إعداد ذبابة منزلية ، Musca domestica
<ol><li>جمع الذبابة من السكان الذين تربوا في المختبر. ضع الذبابة في حامل النحاس (الشكل 1).<ol>
<li>قطع 6 مم من الجزء العلوي من أنبوب التقييد (انظر جدول المواد</stron...

<ol>
	<li>Land, M. F., Nilsson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Animal Eyes. , (2012).</li><li>Cronin, T. W., Johnsen, S., Marshall, N. J., 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=.">.</a> Visual Ecology. , (2014).</li><li>Horridge, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+separation+of+visual+axes+in+apposition+compound+eyes.">The separation of visual axes in apposition compound eyes.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B. 285 (1003), 1-59 (1978).</li><li>Land, M. F., Eckert, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maps+of+the+acute+zones+of+fly+eyes.">Maps of the acute zones of fly eyes.</a> Journal of Comparative Physiology. A. 156, 525-538 (1985).</li><li>Warrant, E. J., Barth, F. G., Schmid, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+compound+eyes+and+the+illumination+of+natural+habitats.">The design of compound eyes and the illumination of natural habitats.</a> Ecology of Sensing. , 187-213 (2001).</li><li>Warrant, E. J., Kelber, A., Kristensen, N. P., Kristensen, 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=Eyes+and+vision.+In.">Eyes and vision. In.</a> Handbook of Zoology, Vol. IV, Part 36, Lepidoptera, Moths and Butterflies, Vol 2: Morphology, Physiology and Development. , 325-359 (2003).</li><li>Petrowitz, R., Dahmen, H., Egelhaaf, M., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arrangement+of+optical+axes+and+spatial+resolution+in+the+compound+eye+of+the+female+blowfly+Calliphora.">Arrangement of optical axes and spatial resolution in the compound eye of the female blowfly Calliphora.</a> Journal of Comparative Physiology. A. 186 (7-8), 737-746 (2000).</li><li>Smolka, J., Hemmi, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topography+of+vision+and+behaviour.">Topography of vision and behaviour.</a> The Journal of Experimental Biology. 212, 3522-3532 (2009).</li><li>Krapp, H. G., Gabbiani, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+distribution+of+inputs+and+local+receptive+field+properties+of+a+wide-field,+looming+sensitive+neuron.">Spatial distribution of inputs and local receptive field properties of a wide-field, looming sensitive neuron.</a> Journal of Neurophysiology. 93 (4), 2240-2253 (2005).</li><li>Strausfeld, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Arthropod Brains: Evolution, Functional Elegance, and Historical Significance. , (2012).</li><li>Jeong, K. H., Kim, J., Lee, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biologically+inspired+artificial+compound+eyes.">Biologically inspired artificial compound eyes.</a> Science. 312 (5773), 557-561 (2006).</li><li>Davis, J., Barrett, S., Wright, C., Wilcox, 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+bio-inspired+apposition+compound+eye+machine+vision+sensor+system.">A bio-inspired apposition compound eye machine vision sensor system.</a> Bioinspiration &amp; Biomimetics. 4 (4), 046002 (2009).</li><li>Lee, G. J., Choi, C., Kim, D., Song, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+artificial+eyes:+Optic+components,+digital+cameras,+and+visual+prostheses.">Bioinspired artificial eyes: Optic components, digital cameras, and visual prostheses.</a> Advanced Functional Materials. 28 (24), 1870168 (2018).</li><li>Zhang, K., 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=Origami+silicon+optoelectronics+for+hemispherical+electronic+eye+systems.">Origami silicon optoelectronics for hemispherical electronic eye systems.</a> Nature Communications. 8, 1782 (2017).</li><li>Wang, 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=Subtle+control+on+hierarchic+reflow+for+the+simple+and+massive+fabrication+of+biomimetic+compound+eye+arrays+in+polymers+for+imaging+at+a+large+field+of+view.">Subtle control on hierarchic reflow for the simple and massive fabrication of biomimetic compound eye arrays in polymers for imaging at a large field of view.</a> Journal of Materials Chemistry. C. 4, 108-112 (2016).</li><li>Floreano, 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=Miniature+curved+artificial+compound+eyes.">Miniature curved artificial compound eyes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110, 9267-9272 (2013).</li><li>Song, Y. 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=Digital+cameras+with+designs+inspired+by+the+arthropod+eye.">Digital cameras with designs inspired by the arthropod eye.</a> Nature. 497 (7447), 95-99 (2013).</li><li>Douglass, J. K., Wehling, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+mapping+of+compound+eye+visual+sampling+parameters+with+FACETS,+a+highly+automated+wide-field+goniometer.">Rapid mapping of compound eye visual sampling parameters with FACETS, a highly automated wide-field goniometer.</a> Journal of Comparative Physiology A. 202 (12), 839-851 (2016).</li><li>Franceschini, N., Snyder, A. W., Menzel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+of+the+visual+environment+by+the+compound+eye+of+the+fly:+fundamentals+and+applications.">Sampling of the visual environment by the compound eye of the fly: fundamentals and applications.</a> Photoreceptor Optics. , 98-125 (1975).</li><li>Franceschini, N., Kirschfeld, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+automatic+control+of+the+light+flux+in+the+compound+eye+of+Diptera.+Spectral,+statistical,+and+dynamical+properties+of+the+mechanism.">The automatic control of the light flux in the compound eye of Diptera. Spectral, statistical, and dynamical properties of the mechanism.</a> Biological Cybernetics. 21, 181-203 (1976).</li><li>Stavenga, D. G., Autrum, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pseudopupils+of+compound+eyes.">Pseudopupils of compound eyes.</a> Handbook of Sensory Physiology, Vol VII/6A. , 357-439 (1979).</li><li>Stavenga, D. G., Kruizinga, R., Leertouwer, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dioptrics+of+the+facet+lenses+of+male+blowflies+Calliphora+and+Chrysomia.">Dioptrics of the facet lenses of male blowflies Calliphora and Chrysomia.</a> Journal of Comparative Physiology A. 166, 365-371 (1990).</li><li>Straw, A. D., Warrant, E. J., O'Carroll, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+&amp;#34;bright+zone&amp;#34;+in+male+hoverfly+(Eristalis+tenax)+eyes+and+associated+faster+motion+detection+and+increased+contrast+sensitivity.">A &amp;#34;bright zone&amp;#34; in male hoverfly (Eristalis tenax) eyes and associated faster motion detection and increased contrast sensitivity.</a> The Journal of Experimental Biology. 209, 4339-4354 (2006).</li><li>Stavenga, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reflections+on+colourful+ommatidia+of+butterfly+eyes.">Reflections on colourful ommatidia of butterfly eyes.</a> The Journal of Experimental Biology. 205, 1077-1085 (2002).</li><li>Beersma, D. G. M., Stavenga, D. G., Kuiper, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+visual+axes+in+the+compound+eye+of+the+fly+Musca+domestica+L.+and+behavioural+consequences.">Organization of visual axes in the compound eye of the fly Musca domestica L. and behavioural consequences.</a> Journal of Comparative Physiology. 102, 305-320 (1975).</li><li>Taylor, G. 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=Bumblebee+visual+allometry+results+in+locally+improved+resolution+and+globally+improved+sensitivity.">Bumblebee visual allometry results in locally improved resolution and globally improved sensitivity.</a> eLife. 8, 40613 (2019).</li><li>Rigosi, E., Warrant, E. J., O'Carroll, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new,+fluorescence-based+method+for+visualizing+the+pseudopupil+and+assessing+optical+acuity+in+the+dark+compound+eyes+of+honeybees+and+other+insects.">A new, fluorescence-based method for visualizing the pseudopupil and assessing optical acuity in the dark compound eyes of honeybees and other insects.</a> Scientific Reports. 11, 21267 (2021).</li></ol>

يمكن رسم التوزيع المكاني للمحاور البصرية لعيون الذبابة المنزلية باستخدام ظاهرة البؤبؤ الكاذب للعيون المركبة وتغيرات الانعكاس الناجمة عن آلية حدقة العين المعتمدة على الضوء. لذلك ، يتم تركيب ذبابة تم التحقيق فيها في نظام goniometric ، والذي يسمح بفحص نمط الوجه المحلي باستخدام إعداد مجهر مجهز ب?...

إن انضغاط الأنظمة البصرية للحشرات وخفة حركة أصحابها ، مما يدل على معالجة المعلومات البصرية المتطورة للغاية ، قد أثار اهتمام الناس من خلفيات علمية وغير علمية. تم التعرف على العيون المركبة الحشرية كأجهزة بصرية قوية تتيح قدرات بصرية حادة ومتعددة الاستخدامات 1,2. الذباب ، على سبيل المثال ، معروف جيدا باستجاباته السريعة للأجسام المتحركة ، ويشتهر النحل بامتلاكه رؤية الألوان ورؤية الاستقطاب2.
تتكون العيون المركبة للمفصليات من العديد من الوحدات المتشابهة تشريحيا ، وهي ommatidia ، كل منها مغطى بعدسة وجهية. في Diptera (الذباب) ، غالبا ما يقترب تجميع العدسات الوجهية ، والمعروفة مجتمعة باسم القرنية ، من نصف الكرة الأرضية. كل ommatidium عينات الضوء الساقط من زاوية صلبة صغيرة مع نصف العرض على ترتيب 1 درجة. تقوم أوماتيديا العينين معا بأخذ عينات من الزاوية الصلبة الكاملة تقريبا ، ولكن لا يتم توزيع المحاور البصرية للأوماتيديا بالتساوي. تحتوي بعض مناطق العين على كثافة عالية من المحاور البصرية ، مما يخلق منطقة ذات حدة مكانية عالية ، تسمى بالعامية fovea. الجزء المتبقي من العين لديه بعد ذلك دقة مكانية أكثر خشونة3،4،5،6،7،8،9.
يعد التحليل الكمي للتنظيم البصري للعيون المركبة أمرا بالغ الأهمية للدراسات التفصيلية للمعالجة العصبية للمعلومات البصرية. غالبا ما تتطلب دراسات الشبكات العصبية لدماغ الحشرة10 معرفة التوزيع المكاني للمحاور الأوماتيدية. علاوة على ذلك ، ألهمت العيون المركبة العديد من الابتكارات التقنية. تم بناء العديد من المبادرات لإنتاج عيون اصطناعية مستوحاة من البيولوجيا على الدراسات الكمية الحالية للعيون المركبة الحقيقية11،12،13. على سبيل المثال ، تم تصميم مستشعر قائم على أشباه الموصلات بدقة مكانية عالية بناء على نموذج عيون الحشرات المركبة 11،14،15،16،17. ومع ذلك ، فإن الأجهزة التي تم تطويرها حتى الآن لم تنفذ الخصائص الفعلية لعيون الحشرات الموجودة. تتطلب التمثيلات الدقيقة للعيون المركبة للحشرات وتنظيمها المكاني بيانات مفصلة وموثوقة من العيون الطبيعية ، والتي لا تتوفر على نطاق واسع.
السبب الرئيسي لندرة البيانات هو الملل الشديد للإجراءات المتاحة لرسم الخصائص المكانية للعينين. وقد حفز هذا محاولات لإنشاء إجراء أكثر آلية لرسم خرائط العين. في محاولة أولى للتحليلات الآلية للعيون المركبة للحشرات، طور دوغلاس وويلينغ18 إجراء مسح ضوئي لرسم خرائط لأحجام الأوجه في القرنية وأظهرا جدواه لعدد قليل من أنواع الذباب. هنا نقوم بتوسيع نهجهم من خلال تطوير طرق ليس فقط لمسح جوانب القرنية ولكن أيضا لتقييم المحاور البصرية للأوماتيديا التي تنتمي إليها الجوانب. نقدم حالة عيون الذبابة المنزلية لتجسيد الإجراءات المعنية.
الإعداد التجريبي لمسح عيون الحشرات هو: بصري جزئيا ، أي مجهر مع بصريات الكاميرا والإضاءة. ميكانيكي جزئيا ، أي نظام goniometer لتدوير الحشرة التي تم التحقيق فيها ؛ وحسابية جزئيا، أي استخدام برامج تشغيل البرمجيات للأدوات والبرامج لتنفيذ القياسات والتحليلات. تشمل الطرق المطورة مجموعة من الإجراءات الحسابية ، من التقاط الصور ، واختيار قنوات الكاميرا ، ووضع عتبات معالجة الصور إلى التعرف على مواقع الأوجه الفردية عبر النقاط المضيئة للضوء المنعكس من أسطحها المحدبة. كانت طرق تحويل فورييه حاسمة في تحليل الصورة ، سواء للكشف عن الجوانب الفردية أو لتحليل أنماط الأوجه.
تم تنظيم الورقة على النحو التالي. نقدم أولا الإعداد التجريبي وظاهرة التلميذ الزائف - العلامة البصرية المستخدمة لتحديد المحاور البصرية للمستقبلات الضوئية في العيون الحية19،20،21. في وقت لاحق ، يتم تحديد الخوارزميات المستخدمة في إجراء المسح الضوئي وتحليل الصور.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Digital Camera</td>
			<td>PointGrey</td>
			<td>BFLY-U3-23S6C-C</td>
			<td>Acquision of amplified images and digital communication with PC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High power star LED</td>
			<td>Velleman</td>
			<td>LH3WW</td>
			<td>Light source for observation and imaging the compound eye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holder for the investigated fly</td>
			<td>University of Groningen</td>
			<td></td>
			<td>Different designs were manufactured by the university workshop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear motor</td>
			<td>ELERO</td>
			<td>ELERO Junior 1, version C</td>
			<td>Actuates the upper microscope up and down. (Load 300N, Stroke speed 15mm/s, nominal current 1.2A)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low temperature melting wax</td>
			<td>various</td>
			<td></td>
			<td>The low-temperature melting point wax serves to immobilize the fly and fix it to the holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>Any alternative microscope brand will do; the preferred objective is a 5x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor and LED Controller</td>
			<td>University of Groningen</td>
			<td>Z-o1</td>
			<td>Designed and built by the University of Groningen and based on Arduino and Adafruit technologies.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motorized Stage</td>
			<td>Standa (Vilnius, Lithuania)</td>
			<td>8MT175-50XYZ-8MR191-28</td>
			<td>A 6 axis motorized stage modified to have 5 degrees of freedom.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical components</td>
			<td>LINUS</td>
			<td></td>
			<td>Several diagrams and lenses forming an epi-illumination system (see Stavenga, Journal of Experimental Biology 205, 1077-1085, 2002)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC running MATLAB</td>
			<td>University of Groningen</td>
			<td></td>
			<td>The PC is able to process the images of the PointGrey camera, control the LED intensity, and send control commants to the motor cotrollers of the system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply (36V, 3.34A)</td>
			<td>Standa (Vilnius, Lithuania)</td>
			<td>PUP120-17</td>
			<td>Dedicated power supply for the STANDA motor controllers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering iron</td>
			<td>various</td>
			<td></td>
			<td>Used for melting the wax</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepper and DC Motor Controller</td>
			<td>Standa (Vilnius, Lithuania)</td>
			<td>8SMC4-USB-B9-B9</td>
			<td>Dedicated controllers for the STANDA motorized stage capable of communicating with MATLAB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Finntip-61</td>
			<td>Finnpipette Ky, Helsinki</td>
			<td>FINNTIP-61, 200-1000&#956;L</td>
			<td>PIPETTE TIPS FOR FINNPIPETTES, 400/BOX. It is used to restrain the fly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carving Pen Shaping/Thread Burning Tool</td>
			<td>Max Wax</td>
			<td></td>
			<td>The tip of the carving pen is designed to transfer wax to the head of fly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks, Natick, MA, USA</td>
			<td>main program plus Image Acquisition, Image Analysis, and Instrument Control toolboxes.</td>
			<td>Programming language used to implement the algorithms</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated charting of the visual space of housefly compound eyes

تصف هذه الورقة القياس التلقائي للتنظيم المكاني للمحاور البصرية للعيون المركبة الحشرية ، والتي تتكون من عدة آلاف من الوحدات البصرية تسمى ommatidia. يقوم كل أوماتيديوم بأخذ عينات من المعلومات البصرية من زاوية صلبة صغيرة ، مع حساسية تقريبية موزعة على Gaussian (نصف عرض بترتيب 1 درجة) تتمحور حول محور بصري. معا ، تجمع ommatidia المعلومات المرئية من مجال رؤية بانورامي تقريبا. وبالتالي فإن التوزيع المكاني للمحاور البصرية يحدد الدقة المكانية للعين. تعد معرفة التنظيم البصري للعين المركبة وحدة البصر أمرا بالغ الأهمية للدراسات الكمية للمعالجة العصبية للمعلومات البصرية. نقدم هنا إجراء آليا لرسم خرائط للمحاور البصرية للعين المركبة ، باستخدام ظاهرة بصرية جوهرية في الجسم الحي ، والبؤبؤ الكاذب ، وآلية البؤبؤ للخلايا المستقبلة للضوء. نحن نحدد الإعداد البصري الميكانيكي لمسح عيون الحشرات ونستخدم النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها من ذبابة منزلية ، Musca domestica ، لتوضيح الخطوات في إجراء القياس.

الحيوانات والتحفيز البصري يتم إجراء التجارب على الذباب المنزلي (Musca domestica) التي تم الحصول عليها من ثقافة يحتفظ بها قسم علم الوراثة التطوري في جامعة جرونينجن. قبل القياسات ، يتم تجميد الذبابة عن طريق لصقها بشمع منخفض درجة الانصهار في أنبوب مناسب جيدا. يتم تركيب الذبابة لاحقا ...

Watch this Scientific Journal Video about Automated Charting of the Visual Space of Housefly Compound Eyes at JoVE.com

Automated Charting of the Visual Space of Housefly Compound Eyes

يصف البروتوكول هنا قياس التنظيم المكاني للمحاور البصرية لعيون الذبابة المنزلية ، التي تم تعيينها بواسطة جهاز أوتوماتيكي ، باستخدام ظاهرة التلميذ الزائف وآلية التلميذ لخلايا المستقبلات الضوئية.

الرسم الآلي للفضاء البصري للعيون المركبة الذبابة المنزلية

This paper describes the automatic measurement of the spatial organization of the visual axes of insect compound eyes, which consist of several thousands ...

تم تصميم النظام والبروتوكول لتحليل النظام الطبيعي للذباب عن طريق رسم الخرائط مع الحد الأدنى من التدخل البشري. باستخدام النظام والبروتوكول ، يمكننا أن نعرف بدقة كيف يتم تنظيم المساحة المرئية لحجم الذبابة. مزايا النظام هي قابلية التكرار وسرعة رسم الخرائط.تعد دراسة العيون المركبة جزءا مهما من أبحاث الرؤية الحيوانية وقد ألهمت العديد من الابتكارات التقنية التي أنتجت عيونا اصطناعية. لقد وضعنا مثالا على كيفية بناء واختبار جهاز تلقائي لمسح العيون المركبة. تحتاج تفاصيل تطوير الخوارزميات التي تجمع الأجزاء معا إلى اهتمام خاص.ابدأ بجمع ذبابة من السكان الذين تربوا في المختبر. قم بإعداد أنبوب تقييد عن طريق قطع ستة ملليمترات من الجزء العلوي بحيث يكون للأنبوب قطر خارجي يبلغ أربعة ملليمترات وقطر داخلي يبلغ 2.5 ملم في الجزء العلوي. ضع الذبابة داخل الأنبوب المقطوع وأغلق الأنبوب بالقطن لمنع إتلاف الذبابة.ثم ادفع الذبابة بحيث يبرز الرأس من الأنبوب ويتم تقييد الجسم في الأنبوب. استخدم شمع العسل لشل حركة الرأس بينما تظل العينان مكشوفتين. بمجرد الانتهاء من ذلك ، اقطع الأنبوب لتحقيق طول 10 ملم.ثم ضع الأنبوب البلاستيكي الذي يحتوي على الذبابة في حامل النحاس مع عين واحدة من الذبابة تشير إلى الأعلى والحامل يستريح على سطح طاولة. اضبط اتجاه الأنبوب على المجهر كما هو موضح في المخطوطة لمسح العين بأكملها ضمن نطاق السمت والارتفاع المسموح به من قبل الإعداد. قم بإعداد المجهر عن طريق تركيب دبوس محاذاة على مرحلة دوران السمت بحيث يمكن ضبط موضع X-Y للطرف ليتزامن مع محور السمت على المرحلة الآلية.أثناء المشاهدة باستخدام المجهر المجهز بهدف 5X ، استخدم عصا التحكم Z-axis للتركيز على الطرف. بعد ذلك ، قم بمحاذاة ضبط X-Y لمحور السمت مع المحور البصري للمجهر واستخدم عصي التحكم ذات المحور X و Y لضمان محاذاة المحاور الدوارة للارتفاع والسمت مسبقا مع الدبوس المتمركز. تلاعب بعصي التحكم السمت والارتفاع للتحقق مما إذا كان الدبوس متمركزا فيما يتعلق بكلتا درجتي الحرية.عندما يكون مركزه جيدا ، يظل طرف الدبوس في نفس الموضع أثناء دوران السمت والارتفاع. قم بمحاذاة الذبابة وتركيبها مع مرحلة الارتفاع عند صفر درجة وحاملها في مرحلة السمت. ثم راقب عين الذبابة باستخدام المجهر.بعد تشغيل مصباح LED للإضاءة ، اضبط الوضع الأفقي للذبابة لمحاذاة مركز التلميذ الزائف. ثم قم بتغيير الوضع الرأسي للتلميذ الزائف باستخدام المسمار الدوار للحامل بحيث يتم التركيز على التلميذ الزائف العميق على مستوى محور الارتفاع. بعد ذلك ، قم بخط التلميذ الزائف العميق فيما يتعلق بمحاور السمت والارتفاع من خلال تمركزه في مجال الرؤية.عندما يكون الإعداد جاهزا ، قم بتبديل العرض إلى الكاميرا الرقمية المثبتة على المجهر وقم بتشغيل تهيئة برنامج نظام النعمة ، والذي يتضمن تهيئة وحدات التحكم في المحرك ووحدة تحكم Arduino LED. للقيام بذلك، افتح إصدار MATLAB 2020a أو إصدار أحدث وقم بتشغيل البرنامج النصي MATLAB. على شاشة الكمبيوتر ، تأكد من أن التلميذ الزائف للذبابة في وسط الصورة المعروضة.استخدم عصا التحكم ذات المحور Z لجلب التركيز إلى مستوى التلميذ الكاذب للقرنية. بمجرد محاذاة التركيز البؤري، قم بتشغيل خوارزمية التركيز البؤري التلقائي للحصول على صورة حادة على مستوى القرنية. ثم أعد التركيز إلى مستوى التلميذ الزائف العميق عن طريق ضبط مرحلة المحور Z الآلية.تخزين المسافة بين التلميذ الكاذب العميق والبؤبؤ الكاذب القرنية. بعد ذلك ، قم بضبط تمركز التلميذ الزائف باستخدام خوارزمية التمركز التلقائي متبوعة بإعادة التركيز إلى مستوى التلميذ الكاذب في القرنية. أعد تشغيل خوارزمية التركيز البؤري التلقائي وقم بتصفير المراحل الآلية في مواقعها الحالية.أثناء مسح العين ضوئيا، قم بتشغيل خوارزمية المسح الضوئي لأخذ عينات من صور العين على طول المسارات في خمس خطوات بزاوية أثناء إجراء خوارزميات التمركز التلقائي والتركيز البؤري التلقائي. بعد أخذ العينات، قم بإيقاف تشغيل LED وأجهزة التحكم في المحرك. في وقت لاحق ، قم بمعالجة الصور عن طريق تطبيق خوارزميات معالجة الصور.في دراسة بصريات العين الذبابة ، تظهر الصورة على مستوى سطح العين انعكاسات الوجه وانعكاس حبيبات الصباغ في الحالة المنشطة. أوضحت الصورة التي التقطت على مستوى مركز انحناء العين انعكاس ترتيب خلايا المستقبلات الضوئية في نمط شبه منحرف مع وضع نهاياتها البعيدة عند المستوى البؤري للعدسات الجانبية. تم ربط صورتين متتاليتين لتحديد التحول في ترجمة نمط الوجه.يتم عرض صورة تم التقاطها أثناء المسح الضوئي عبر العين مع السنترويدات الجانبية. بعد دوران السمت لمدة خمس درجات ، يتم توضيح الصورة اللاحقة هنا. لم يتمكن الإجراء المركزي من تحديد جميع الجوانب.أدى انخفاض الانعكاس المحلي الناجم عن مخالفات سطحية طفيفة ، أو مواصفات الغبار ، إلى سنترويدات خاطئة. تم حل الخطأ عن طريق حساب تحويل فورييه سريع. تحدد الحلقة الأولى من التوافقيات ثلاثة اتجاهات تشير إليها الخطوط الزرقاء والحمراء والخضراء.أدى التحول العكسي للتوافقيات على طول الاتجاهات الثلاثة إلى ظهور النطاقات الرمادية. تم مسح العين اليمنى للذبابة المنزلية من الجانب الأمامي إلى الجانب الجانبي في 24 خطوة. تظهر الصورة تجميع الجوانب كمخطط فورونوي.في بداية المسح ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لضبط التلميذ الزائف العميق لعين الذبابة في مركز دوران نظام goniometric. هنا نطبق المجهر فوق الإضاءة. يمكن توسيع هذه الطريقة بشكل مباشر إلى الفحص المجهري الفلوري لدراسة الحشرات التي ليس لديها تلميذ زائف عاكس.ستسمح المعرفة الكمية لتوزيع المحاور البصرية للعين بفهم كيفية تحسين الأنظمة الفيزيائية لمهام معينة مثل الصيد أو التزاوج أو اكتشاف الحيوانات المفترسة.

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

اختبار الحساسية البصرية للسرعة واتجاه الحركة في السحالي

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

Dissecting the Non-human Primate Brain in Stereotaxic Space

تشريح الدماغ البشري غير الرئيسيات في الفضاء التجسيمي

The use of non-human primates provides an excellent translational model for our understanding of developmental and aging processes in humans1-6. In ...

Semi-automated Optical Heartbeat Analysis of Small Hearts

شبه الآلي التحليل البصري نبضات القلوب الصغيرة

We have developed a method for analyzing high speed optical recordings from Drosophila, zebrafish and embryonic mouse hearts (Fink, et. al., 2009). Our ...

Using the optokinetic response to study visual function of zebrafish

باستخدام optokinetic استجابة لدراسة وظيفة البصرية من الزرد

Optokinetic response (OKR) is a behavior that an animal vibrates its eyes to follow a rotating grating around it. It has been widely used to assess the ...

Preparation of Adult Drosophila Eyes for Thin Sectioning and Microscopic Analysis

Preparation of Adult Drosophila Eyes for Thin Sectioning and Microscopic Analysis

إعداد الكبار ذبابة الفاكهة لعيون Sectioning رقيقة والتحليل المجهري

Drosophila has long been used as model system to study development, mainly due to the ease with which it is genetically tractable. Over the years, a ...

Trajectory Data Analyses for Pedestrian Space-time Activity Study

مسار مشي لبيانات التحاليل دراسة النشاط الفضائي في الوقت

It is well recognized that human movement in the  spatial and temporal dimensions has direct influence on disease transmission1-3.  An infectious disease ...

Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila

Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila

تصميم وتحليل سلوك تفضيل درجة الحرارة وإيقاعها Circadian في Drosophila

The circadian clock regulates many aspects of life, including sleep, locomotor activity, and body temperature (BTR) rhythms1,2. We recently identified a ...

Capture Compound Mass Spectrometry - A Powerful Tool to Identify Novel c-di-GMP Effector Proteins

التقاط الطيف الكتلي - أداة قوية لتحديد رواية ج-دي-GMP المستجيب البروتينات

Considerable progress has been made during the last decade towards the identification and characterization of enzymes involved in the synthesis ...

Laser Capture Microdissection of Highly Pure Trabecular Meshwork from Mouse Eyes for Gene Expression Analysis

ليزر التقاط ميكروديسيكشن من ميشوورك ترابيكولار نقية جداً من عيون الماوس لتحليل التعبير الجيني

Laser capture microdissection (LCM) has allowed gene expression analysis of single cells and enriched cell populations in tissue sections. LCM is a great ...

Measuring the Confluence of iPSCs Using an Automated Imaging System

قياس التقاء iPSCs باستخدام نظام التصوير الآلي.

This study focuses on understanding how growing iPSCs on different ECM coating substrates can affect cell confluence. A protocol to assess iPSC confluence ...