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

Este estudio fue apoyado financieramente por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea / Oficina Europea de Investigación y Desarrollo Aeroespacial AFOSR / EOARD (subvención FA9550-15-1-0068, a D.G.S.). Agradecemos al Dr. Primož Pirih por muchas discusiones útiles y a Kehan Satu, Hein Leertouwer y Oscar Rincón Cardeño por su ayuda.

El protocolo está de acuerdo con las pautas de cuidado de insectos de la Universidad.
1. Preparación de una mosca doméstica, Musca domestica
<ol><li>Recoger la mosca de la población criada en laboratorio. Coloque la mosca en el soporte de latón (Figura 1).<ol>
<li>Corte 6 mm de la parte superior del tubo de sujeción (ver Tabla de Materiales). La nueva parte superior del tubo tiene un diámetro externo de 4 mm y un...

<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>

La distribución espacial de los ejes visuales de los ojos de la mosca doméstica se puede trazar utilizando el fenómeno pseudopupil de los ojos compuestos y los cambios de reflexión causados por el mecanismo de la pupila dependiente de la luz. Por lo tanto, una mosca investigada se monta en un sistema goniométrico, que permite la inspección del patrón de faceta local con una configuración de microscopio equipada con una cámara digital, todo bajo control informático. El análisis de imágenes produce mapas ocular...

La compacidad de los sistemas visuales de insectos y la agilidad de sus propietarios, que demuestran un procesamiento de información visual altamente desarrollado, han intrigado a personas de orígenes científicos y no científicos. Los ojos compuestos de insectos han sido reconocidos como potentes dispositivos ópticos que permiten capacidades visuales agudas y versátiles 1,2. Las moscas, por ejemplo, son bien conocidas por sus respuestas rápidas a los objetos en movimiento, y las abejas son famosas por poseer visión del color y visión de polarización2.
Los ojos compuestos de los artrópodos consisten en numerosas unidades anatómicamente similares, los ommatidios, cada uno de los cuales está cubierto por una lente facetaria. En Diptera (moscas), el ensamblaje de lentes facetarias, conocidas colectivamente como la córnea, a menudo se aproxima a un hemisferio. Cada ommatidium toma muestras de luz incidente desde un pequeño ángulo sólido con medio ancho del orden de 1°. Los ommatidios de los dos ojos juntos muestran aproximadamente el ángulo sólido completo, pero los ejes visuales de los ommatidios no están distribuidos uniformemente. Ciertas áreas oculares tienen una alta densidad de ejes visuales, lo que crea una región de alta agudeza espacial, coloquialmente llamada fóvea. La parte restante del ojo tiene entonces una resolución espacial más gruesa 3,4,5,6,7,8,9.
Un análisis cuantitativo de la organización óptica de los ojos compuestos es crucial para estudios detallados del procesamiento neuronal de la información visual. Los estudios de las redes neuronales del cerebro de un insecto10 a menudo requieren el conocimiento de la distribución espacial de los ejes ommatídicos. Además, los ojos compuestos han inspirado varias innovaciones técnicas. Muchas iniciativas para producir ojos artificiales bioinspirados se han basado en estudios cuantitativos existentes de ojos compuestos reales 11,12,13. Por ejemplo, se diseñó un sensor basado en semiconductores con alta resolución espacial basado en el modelo de ojos compuestos de insectos 11,14,15,16,17. Sin embargo, los dispositivos desarrollados hasta ahora no han implementado las características reales de los ojos de insectos existentes. Las representaciones precisas de los ojos compuestos de insectos y su organización espacial requerirán datos detallados y confiables de los ojos naturales, que no están ampliamente disponibles.
La razón principal de la escasez de datos es la extrema tediosidad de los procedimientos disponibles para trazar las características espaciales de los ojos. Esto ha motivado los intentos de establecer un procedimiento de mapeo ocular más automatizado. En un primer intento de análisis automatizados de ojos compuestos de insectos, Douglass y Wehling18 desarrollaron un procedimiento de escaneo para mapear los tamaños de las facetas en la córnea y demostraron su viabilidad para algunas especies de moscas. Aquí ampliamos su enfoque desarrollando métodos no solo para escanear las facetas de la córnea, sino también para evaluar los ejes visuales de los ommatidios a los que pertenecen las facetas. Presentamos el caso de los ojos de mosca doméstica para ejemplificar los procedimientos involucrados.
La configuración experimental para escanear los ojos de los insectos es: parcialmente óptica, es decir, un microscopio con cámara y óptica de iluminación; parcialmente mecánico, es decir, un sistema de goniómetro para rotar el insecto investigado; y parcialmente computacional, es decir, el uso de controladores de software para los instrumentos y programas para ejecutar mediciones y análisis. Los métodos desarrollados abarcan una variedad de procedimientos computacionales, desde la captura de imágenes, la elección de canales de cámara y el establecimiento de umbrales de procesamiento de imágenes hasta el reconocimiento de ubicaciones de facetas individuales a través de puntos brillantes de luz reflejados desde sus superficies convexas. Los métodos de transformada de Fourier fueron cruciales en el análisis de imágenes, tanto para detectar facetas individuales como para analizar los patrones de facetas.
El documento está estructurado de la siguiente manera. Primero presentamos la configuración experimental y el fenómeno pseudopupil, el marcador óptico utilizado para identificar los ejes visuales de los fotorreceptores en ojos vivos 19,20,21. Posteriormente, se describen los algoritmos utilizados en el procedimiento de escaneo y análisis de imágenes.

<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

Este artículo describe la medición automática de la organización espacial de los ejes visuales de los ojos compuestos de insectos, que consisten en varios miles de unidades visuales llamadas ommatidia. Cada ommatidio toma muestras de la información óptica desde un pequeño ángulo sólido, con una sensibilidad distribuida gaussiana aproximada (medio ancho del orden de 1°) centrada alrededor de un eje visual. Juntos, los ommatidios recopilan la información visual de un campo de visión casi panorámico. La distribución espacial de los ejes visuales determina así la resolución espacial del ojo. El conocimiento de la organización óptica de un ojo compuesto y su agudeza visual es crucial para los estudios cuantitativos del procesamiento neuronal de la información visual. Aquí presentamos un procedimiento automatizado para mapear los ejes visuales de un ojo compuesto, utilizando un fenómeno óptico intrínseco e in vivo , el pseudopúpilo y el mecanismo de la pupila de las células fotorreceptoras. Describimos la configuración optomecánica para escanear ojos de insectos y utilizamos los resultados experimentales obtenidos de una mosca doméstica, Musca domestica, para ilustrar los pasos en el procedimiento de medición.

Animales y estimulación óptica Los experimentos se realizan en moscas domésticas (Musca domestica) obtenidas de un cultivo mantenido por el Departamento de Genética Evolutiva de la Universidad de Groningen. Antes de las mediciones, una mosca se inmoviliza pegándola con una cera de bajo punto de fusión en un tubo bien ajustado. La mosca se monta posteriormente en el escenario de un goniómetro motorizado. El centro de las dos etapas rotativas coincide con el punto focal de una configurac...

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

El protocolo aquí describe la medición de la organización espacial de los ejes visuales de los ojos de las moscas domésticas, mapeados por un dispositivo automático, utilizando el fenómeno pseudopupil y el mecanismo de la pupila de las células fotorreceptoras.

Cartografía automatizada del espacio visual de los ojos compuestos de la mosca doméstica

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

El sistema y el protocolo están diseñados para analizar el sistema fisiológico de las moscas mediante mapeo con una mínima intervención humana. Con el sistema y el protocolo, podemos saber con precisión cómo se organiza el espacio visual del tamaño de una mosca. Las ventajas del sistema son la reproducibilidad y la velocidad del mapeo.El estudio de los ojos compuestos es una parte importante de la investigación de la visión animal y ha inspirado varias innovaciones técnicas que han producido ojos artificiales. Hemos dado un ejemplo sobre cómo construir y probar un dispositivo automático para escanear ojos compuestos. Los detalles del desarrollo de algoritmos que unen las partes necesitan una atención particular.Comience con la recolección de una mosca de la población criada en laboratorio. Prepare un tubo de sujeción cortando seis milímetros de la parte superior para que el tubo tenga un diámetro externo de cuatro milímetros y un diámetro interno de 2,5 milímetros en la parte superior. Coloque la mosca dentro del tubo cortado y selle el tubo con algodón para evitar dañar la mosca.Luego empuje la mosca de tal manera que la cabeza sobresalga del tubo y el cuerpo quede sujeto en el tubo. Use cera de abeja para inmovilizar la cabeza mientras los ojos permanecen descubiertos. Una vez hecho esto, corta el tubo para lograr una longitud de 10 milímetros.Luego coloque el tubo de plástico que contiene la mosca en el soporte de latón con un ojo de la mosca apuntando hacia arriba y el soporte descansando sobre una mesa. Ajuste la orientación del tubo en el microscopio como se describe en el manuscrito para escanear todo el ojo dentro del rango del acimut y la elevación permitidos por la configuración. Configure el microscopio montando un pasador de alineación en la etapa de rotación azimutal para que la posición X-Y de la punta se pueda ajustar para que coincida con el eje azimutal en la etapa motorizada.Mientras visualiza con el microscopio equipado con un objetivo 5X, use el joystick del eje Z para enfocar la punta. A continuación, alinee el ajuste X-Y del eje azimutal con el eje óptico del microscopio y use los joysticks de los ejes X e Y para asegurarse de que los ejes giratorios de elevación y acimut estén prealineados con el pasador centrado. Manipula los joysticks de acimut y elevación para comprobar si el pin está centrado con respecto a ambos grados de libertad.Cuando está bien centrada, la punta del pasador permanece en la misma posición durante las rotaciones de acimut y elevación. Alinee y monte la mosca con la etapa de elevación a cero grados y el soporte en la etapa azimutal. Luego observe el ojo de la mosca con el microscopio.Después de encender el LED de iluminación, ajuste la posición horizontal de la mosca para alinear el centro del pseudopúplo. A continuación, cambie la posición vertical del pseudopúpulo utilizando el tornillo giratorio del soporte para que el pseudopúplo profundo se enfoque al nivel del eje de elevación. A continuación, forre el pseudopúpido profundo con respecto a los ejes de acimut y elevación centrándolo en el campo de visión.Cuando la configuración esté lista, cambie la vista a la cámara digital montada en el microscopio y ejecute la inicialización del software del sistema grace, que incluye la inicialización de los controladores del motor y el controlador LED Arduino. Para ello, abra MATLAB versión 2020a o una versión superior y ejecute el script de MATLAB. En la pantalla de la computadora, confirme que el pseudopúpula de la mosca en el centro de la imagen proyectada.Utilice el joystick del eje Z para llevar el foco al nivel del pseudopúpulo corneal. Una vez que el enfoque esté alineado, ejecute el algoritmo de enfoque automático para obtener una imagen nítida a nivel de la córnea. A continuación, devuelva el foco al nivel profundo de pseudopupil ajustando la etapa motorizada del eje Z.Almacene la distancia entre el pseudopupil profundo y el pseudopupil corneal. A continuación, ajuste el centrado pseudopupil con el algoritmo de centrado automático seguido de devolver el enfoque al nivel de pseudopupil corneal. Vuelva a ejecutar el algoritmo de enfoque automático y ponga a cero las etapas motorizadas en sus posiciones actuales.Mientras escanea el ojo, ejecute el algoritmo de escaneo para muestrear las imágenes del ojo a lo largo de las trayectorias en pasos de cinco grados mientras realiza los algoritmos de centrado automático y enfoque automático. Después del muestreo, apague el LED y los controladores del motor. Más tarde, procese las imágenes aplicando los algoritmos de procesamiento de imágenes.En el estudio de la óptica del ojo de mosca, la imagen a nivel de la superficie del ojo muestra los reflejos de las facetas y el reflejo del gránulo de pigmento en el estado activado. La imagen tomada a nivel del centro de la curvatura ocular ilustró el reflejo de la disposición de las células fotorreceptoras en un patrón trapezoidal con sus extremos distales colocados aproximadamente en el plano focal de las lentes facetarias. Se correlacionaron dos imágenes sucesivas para determinar un cambio en la traducción del patrón de facetas.Una imagen tomada durante una exploración a través del ojo se muestra con los centroides facetarios. Después de una rotación azimutal de cinco grados, la imagen posterior se ilustra aquí. El procedimiento centroide no pudo identificar todas las facetas.Una baja reflectancia local causada por irregularidades superficiales menores, o especificaciones de polvo, dio lugar a centroides erróneos. El error se resolvió calculando una transformada de Fourier rápida. El primer anillo de armónicos define tres orientaciones indicadas por las líneas azul, roja y verde.La transformación inversa de los armónicos a lo largo de las tres orientaciones produjo las bandas grises. El ojo derecho de una mosca doméstica fue escaneado desde el lado frontal hasta el lado lateral en 24 pasos. La imagen muestra el ensamblaje de las facetas como un diagrama de Voronoi.Al comienzo del escaneo, se debe prestar especial atención al ajuste del pseudopúpilo profundo del ojo de mosca en el centro de rotación del sistema goniométrico. Aquí aplicamos la microscopía de epi-iluminación. Este método se puede extender directamente a la microscopía de fluorescencia para estudiar insectos que no tienen un pseudopúplo reflectante.El conocimiento cuantitativo de la distribución de los ejes visuales de un ojo permitirá comprender cómo se optimizan los sistemas fisiológicos para ciertas tareas como la caza, el apareamiento o la detección de depredadores.

Research

JoVE Journal

Biology

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

Prueba de sensibilidad visual a la velocidad y dirección del movimiento en lagartos

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

Investigación

Biología

Dissecting the Non-human Primate Brain in Stereotaxic Space

La disección de cerebro de los primates no humanos en el espacio estereotáxica

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

Semi-automatizado de análisis óptico latido de los corazones pequeños

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

Usando la respuesta de optocinético para estudiar la función visual del pez cebra

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

Preparación de los adultos Drosophila Ojos de seccionamiento fino y análisis microscópico

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

Los análisis de trayectoria de datos para el estudio de peatones Actividad espacio-tiempo

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

Diseño y Análisis Del Comportamiento De Preferencia De Temperatura Y Su Ritmo Circadiano En 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

Captura compuesto Espectrometría de Masas - Una herramienta de gran alcance para identificar nuevos c-di-GMP efectoras Proteínas

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

Microdissection de la captura del laser de la malla Trabecular muy pura de ojos de ratón para análisis de expresión génica

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

Medición de la confluencia de iPSCs utilizando un sistema automatizado de imágenes.

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