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

이 연구는 공군 과학 연구 사무소 / 항공 우주 연구 개발 AFOSR / EOARD (FA9550-15-1-0068, D.G.S.에 부여)에 의해 재정적으로 지원되었습니다. 많은 도움이 되는 토론을 해주신 Primož Pirih 박사님과 Kehan Satu, Hein Leertouber, Oscar Rincón Cardeño에게 도움을 주신 것에 감사드립니다.

이 프로토콜은 대학의 곤충 관리 지침에 따라 진행됩니다.
1. 하우스 플라이의 준비, 무스카 국내
<ol><li>실험실에서 사육 된 인구에서 파리를 수집하십시오. 플라이를 황동 홀더에 놓습니다(그림 1).<ol>
<li>구속 튜브의 윗부분에서 6mm를 자릅니다 (재료 표 참조). 튜브의 새로운 상부는 4mm의 외부 직경과 2.5mm의 내부 직경을 ...

<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>

집파리 눈의 시각적 축의 공간 분포는 복합 눈의 의사 동공 현상과 빛에 의존하는 동공 메커니즘에 의한 반사 변화를 사용하여 차트화 할 수 있습니다. 따라서 조사 된 파리는 고니오메트릭 시스템에 장착되어있어 디지털 카메라가 장착 된 현미경 설정으로 로컬 패싯 패턴을 검사 할 수 있으며 모두 컴퓨터 제어하에 있습니다. 이미지 분석은 아이맵을 생성합니다. 직면 한 근본적인 어려움은 측정...

곤충 시각 시스템의 컴팩트 함과 고도로 발달 된 시각 정보 처리를 보여주는 소유자의 민첩성은 과학적 배경과 비 과학적 배경을 가진 사람들에게 흥미를 불러 일으켰습니다. 곤충 복합 눈은 급성 및 다재다능한 시각 능력 1,2을 가능하게하는 강력한 광학 장치로 인식되었습니다. 예를 들어, 파리는 움직이는 물체에 대한 빠른 반응으로 잘 알려져 있으며, 꿀벌은 색각과 편광 비전2를 가진 것으로 유명합니다.
절지 동물의 복합 눈은 해부학적으로 유사한 수많은 단위 인 옴마티디아 (ommatidia)로 구성되며, 각각은 패싯 렌즈로 덮여 있습니다. Diptera (파리)에서는 각막으로 통칭되는 패싯 렌즈의 조립이 종종 반구에 근사합니다. 각 옴마티듐은 1° 정도의 반폭을 갖는 작은 고체 각도에서 입사광을 샘플링합니다. 두 눈의 옴마티디아는 대략 전체 고체 각도를 샘플링하지만 옴마티디아의 시각적 축은 고르게 분포되어 있지 않습니다. 특정 눈 영역에는 시각적 축의 밀도가 높기 때문에 구어체로 fovea라고 불리는 높은 공간 예민한 영역을 만듭니다. 눈의 나머지 부분은더 거친 공간 해상도 3,4,5,6,7,8,9를 갖습니다.
복합 눈의 광학 조직에 대한 정량적 분석은 시각 정보의 신경 처리에 대한 자세한 연구에 중요합니다. 곤충의 뇌의 신경 네트워크에 대한 연구10은 종종 옴마티드 축의 공간 분포에 대한 지식을 필요로합니다. 또한, 복합 눈은 몇 가지 기술 혁신에 영감을 불어 넣었습니다. 바이오에서 영감을 얻은 인공 눈을 생산하기위한 많은 이니셔티브는 실제 복합 눈11,12,13에 대한 기존의 양적 연구에 기반을두고 있습니다. 예를 들어, 높은 공간 분해능을 가진 반도체 기반 센서는 곤충 화합물 눈 11,14,15,16,17의 모델을 기반으로 설계되었습니다. 그러나 지금까지 개발 된 장치는 기존 곤충 눈의 실제 특성을 구현하지 못했습니다. 곤충 복합 눈과 공간 조직의 정확한 표현은 광범위하게 이용 가능하지 않은 자연 눈의 상세하고 신뢰할 수있는 데이터가 필요합니다.
데이터가 부족한 주된 이유는 눈의 공간 특성을 차트화하는 데 사용할 수있는 절차의 극단적 인 지루함 때문입니다. 이것은 더 자동화 된 눈 매핑 절차를 수립하려는 시도에 동기를 부여했습니다. 곤충 복합 눈의 자동 분석에 대한 첫 번째 시도에서 Douglass와 Wehling18 은 각막의 패싯 크기를 매핑하기위한 스캐닝 절차를 개발하고 몇 가지 비행 종에 대한 타당성을 입증했습니다. 여기서 우리는 각막의 측면을 스캔하는 것뿐만 아니라 패싯이 속한 옴마티디아의 시각적 축을 평가하는 방법을 개발함으로써 접근 방식을 확장합니다. 우리는 관련된 절차를 예시하기 위해 집파리의 눈을 제시합니다.
곤충 눈을 스캔하기위한 실험 설정은 부분적으로 광학, 즉 카메라 및 조명 광학이있는 현미경입니다. 부분적으로 기계적, 즉 조사된 곤충을 회전시키기 위한 고니오미터 시스템; 부분적으로 계산, 즉 측정 및 분석을 실행하기위한 계측기 및 프로그램을위한 소프트웨어 드라이버의 사용. 개발된 방법에는 이미지 캡처, 카메라 채널 선택, 이미지 처리 임계값 설정부터 볼록한 표면에서 반사되는 밝은 반점을 통해 개별 패싯 위치를 인식하는 것까지 다양한 계산 절차가 포함됩니다. 푸리에 변환 방법은 개별 패싯을 감지하고 패싯 패턴을 분석하는 데 모두 이미지 분석에서 매우 중요했습니다.
논문은 다음과 같이 구성되어 있습니다. 우리는 먼저 실험 설정과 의사 동공 현상 - 살아있는 눈에서 광수용체의 시각 축을 식별하는 데 사용되는 광학 마커 19,20,21을 소개합니다. 그 후, 스캐닝 절차 및 이미지 분석에 사용되는 알고리즘이 요약됩니다.

<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

이 논문은 ommatidia라고 불리는 수천 개의 시각 단위로 구성된 곤충 복합 눈의 시각 축의 공간 조직의 자동 측정을 설명합니다. 각 옴마티듐은 시각적 축을 중심으로 대략 가우시안 분포 감도(1° 정도의 절반 너비)를 사용하여 작은 고체 각도에서 광학 정보를 샘플링합니다. 함께 옴마티디아는 거의 파노라마 시야에서 시각 정보를 수집합니다. 따라서 시각적 축의 공간 분포는 눈의 공간 해상도를 결정합니다. 복합 눈의 광학 조직과 시력에 대한 지식은 시각 정보의 신경 처리에 대한 양적 연구에 중요합니다. 여기서 우리는 광수용체 세포의 본질적인, 생체 내 광학 현상, 의사 동공 및 동공 메커니즘을 사용하여 복합 눈의 시각 축을 매핑하기위한 자동화 된 절차를 제시합니다. 우리는 곤충 눈을 스캔하기위한 광역학적 설정을 간략하게 설명하고 집파리, Musca domestica에서 얻은 실험 결과를 사용하여 측정 절차의 단계를 설명합니다.

동물 및 광학 자극 실험은 흐로 닝겐 대학 (University of Groningen)의 진화 유전학과에서 유지 한 문화에서 얻은 집파리 (Musca domestica)에서 수행됩니다. 측정 전에, 파리는 잘 맞는 튜브에 저융점 왁스로 접착하여 고정시킵니다. 파리는 이후 전동 고니오미터의 무대에 장착됩니다. 두 회전 스테이지의 중심은 현미경 셋업(24)의 초점과 일치한다. 에피 조명 광선은 ?...

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Automated Charting of the Visual Space of Housefly Compound Eyes

여기서 프로토콜은 광수용체 세포의 유사 동공 현상 및 동공 메커니즘을 사용하여 자동 장치에 의해 매핑 된 집파리 눈의 시각적 축의 공간 조직의 측정을 설명합니다.

Housefly Compound Eyes의 시각적 공간의 자동 차트 작성

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

이 시스템과 프로토콜은 최소한의 인간 개입으로 매핑하여 파리의 물리 시스템을 분석하도록 설계되었습니다. 시스템과 프로토콜을 통해 우리는 비행 크기의 시각적 공간이 어떻게 구성되는지 정확하게 알 수 있습니다. 시스템의 장점은 재현성과 매핑 속도입니다.복합 눈 연구는 동물 시력 연구의 중요한 부분이며 인공 눈을 생성 한 몇 가지 기술 혁신에 영감을 불어 넣었습니다. 우리는 복합 눈을 스캔하기위한 자동 장치를 구축하고 테스트하는 방법에 대한 예제를 설정했습니다. 부품을 하나로 모으는 알고리즘 개발에 대한 세부 사항은 특별한주의가 필요합니다.실험실에서 사육 된 인구에서 파리를 수집하는 것으로 시작하십시오. 튜브가 상부에 4 밀리미터의 외부 직경과 2.5 밀리미터의 내부 직경을 갖도록 상부에서 여섯 밀리미터를 절단하여 구속 튜브를 준비하십시오. 절단 된 튜브 안에 파리를 넣고 튜브를 면화로 밀봉하여 파리의 손상을 방지하십시오.그런 다음 머리가 튜브에서 튀어 나와 신체가 튜브에 구속되도록 파리를 밀어 넣으십시오. 밀랍을 사용하여 눈이 드러나지 않은 상태에서 머리를 고정시킵니다. 완료되면 튜브를 잘라 10 밀리미터의 길이를 달성하십시오.그런 다음 파리가 들어있는 플라스틱 튜브를 황동 홀더에 놓고 파리의 한쪽 눈은 위쪽을 향하게하고 홀더는 탁자 위에 놓습니다. 원고에 설명 된대로 현미경에서 튜브의 방향을 조정하여 설정에 의해 허용되는 방위각 및 고도 범위 내에서 전체 눈을 스캔하십시오. 방위각 회전 스테이지에 정렬 핀을 장착하여 팁의 X-Y 위치를 전동 스테이지의 방위각 축과 일치하도록 조정할 수 있도록 현미경을 설정합니다.5X 조준이 장착된 현미경으로 보는 동안 Z축 조이스틱을 사용하여 팁에 초점을 맞춥니다. 그런 다음 방위각 축의 X-Y 조정을 현미경의 광축에 맞추고 X 및 Y 축 조이스틱을 사용하여 고도 및 방위각 회전 축이 중앙 핀과 미리 정렬되도록하십시오. 방위각과 고도 조이스틱을 조작하여 핀이 자유도에 대해 중앙에 있는지 확인합니다.중앙에 잘 배치되면 핀 팁은 방위각 및 고도 회전 중에 동일한 위치에 유지됩니다. 파리를 0도의 고도 단계와 방위각 단계의 홀더로 정렬하고 장착하십시오. 그런 다음 현미경으로 파리의 눈을 관찰하십시오.조명 LED를 켠 후 플라이의 수평 위치를 조정하여 의사 동공의 중심을 정렬합니다. 그런 다음 홀더의 회전 나사를 사용하여 의사 동공의 수직 위치를 변경하여 깊은 의사 동공이 고도 축 수준에서 초점을 맞 춥니 다. 다음으로, 방위각 및 고도 축에 대해 깊은 의사 동공을 시야각에 중심을 두어 정렬하십시오.설정이 준비되면 현미경에 장착 된 디지털 카메라로보기를 전환하고 모터 컨트롤러 및 Arduino LED 컨트롤러 초기화를 포함하여 그레이스 시스템의 소프트웨어 초기화를 실행하십시오. 이렇게 하려면 MATLAB 버전 2020a 이상 버전을 열고 MATLAB 스크립트를 실행합니다. 컴퓨터 화면에서 파리의 의사 동공이 투영 된 이미지의 중앙에 있는지 확인하십시오.Z축 조이스틱을 사용하여 각막 유사 동공의 수준으로 초점을 맞춥니다. 초점이 정렬되면 자동 초점 알고리즘을 실행하여 각막 수준에서 선명한 이미지를 얻습니다. 그런 다음 전동 Z축 스테이지를 조정하여 초점을 깊은 의사 동공 수준으로 되돌립니다.깊은 의사 동공과 각막 의사 동공 사이의 거리를 저장하십시오. 다음으로, 자동 센터링 알고리즘으로 의사 동공 중심화를 미세 조정한 다음 초점을 각막 의사 동공 수준으로 되돌립니다. 자동 초점 알고리즘을 다시 실행하고 현재 위치에서 전동 스테이지를 제로로 만듭니다.눈을 스캔하는 동안 스캔 알고리즘을 실행하여 자동 센터링 및 자동 초점 알고리즘을 수행하는 동안 다섯 단계 단계로 궤적을 따라 눈 이미지를 샘플링합니다. 샘플링 후 LED 및 모터 컨트롤러를 끕니다. 나중에 이미지 처리 알고리즘을 적용하여 이미지를 처리합니다.플라이 아이의 광학 연구에서, 눈 표면 레벨에서의 이미지는 활성화 된 상태에서의 패싯 반사 및 안료 과립 반사를 보여줍니다. 눈 곡률의 중심 수준에서 촬영된 이미지는 사다리꼴 패턴에서 광수용체 세포의 배열이 패싯 렌즈의 초점면 부근에 위치하는 원위 끝과 함께 반사되는 것을 예시하였다. 두 개의 연속적인 이미지들이 상관되어 패싯 패턴의 번역의 변화를 결정하였다.눈을 가로 질러 스캔하는 동안 찍은 이미지는 패싯 중심과 함께 표시됩니다. 다섯 도의 방위각 회전 후, 후속 이미지가 여기에 예시된다. 중심 절차는 모든 패싯을 식별할 수 없습니다.사소한 표면 불규칙성 또는 먼지 사양으로 인한 낮은 국소 반사율은 잘못된 중심을 초래했습니다. 오류는 빠른 푸리에 변환을 계산하여 해결되었습니다. 고조파의 첫 번째 링은 파란색, 빨간색 및 녹색 선으로 표시된 세 가지 방향을 정의합니다.세 방향을 따라 고조파의 역 변환은 회색 밴드를 산출했다. Housefly의 오른쪽 눈은 정면에서 측면으로 24 단계로 스캔되었습니다. 이미지는 패싯의 어셈블리를 Voronoi 다이어그램으로 보여줍니다.스캔이 시작될 때, goniometric 시스템의 회전 중심에서 플라이 아이의 깊은 의사 동공의 조정에 특별한주의를 기울여야합니다. 여기서 우리는 epi-illumination microscopy를 적용합니다. 이 방법은 반사 의사 동공이없는 곤충을 연구하기 위해 형광 현미경으로 간단하게 확장 될 수 있습니다.눈의 시각적 축 분포에 대한 양적 지식은 사냥, 짝짓기 또는 포식자 탐지와 같은 특정 작업에 물리 시스템이 어떻게 최적화되어 있는지 이해할 수있게합니다.

Research

JoVE Journal

Biology

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

도마뱀의 운동의 속도와 방향에 시각 민감도 테스트

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

연구

생물학

Dissecting the Non-human Primate Brain in Stereotaxic Space

Stereotaxic 공간에 비 인간 메이트 브레인 해부

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

작은 하트의 세미 - 자동 광학 도면 분석

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

zebrafish의 시각 기능을 연구하기 위해 optokinetic 응답을 사용하여

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

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성인의 준비 Drosophila</em씬 Sectioning 및 현미경 분석을위한> 눈

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

보행자 공간 시간 활동 학습을위한 궤적 데이터 분석

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

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드로소필라의 온도 선호도 행동과 Circadian 리듬의 설계 및 분석

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

캡처 복합 질량 분석 - 소설의 C 디 GMP 이펙터 단백질을 식별 할 수있는 강력한 도구

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

레이저 캡처 서 유전자 표정 분석에 대 한 마우스 눈에서 높은 순수 배수 채널의

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

자동 이미징 시스템을 사용한 iPSC의 합류점 측정.

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