C. elegans Tracking og adfærdsmæssige måling
Summary
Vi har udviklet en video-rate sporing mikroskop system, der kan registrere og kvantificere<em> C. elegans</em> Ved høj opløsning og høj hastighed. Vi har også udviklet beregningsmetoder til at reducere dimensionaliteten af ormen billeder til et grundlæggende sæt af målinger, der fuldstændigt beskriver formen af snekken.
Abstract
Vi har udviklet instrumentering, billedbehandling, og dataanalyse teknikker til at kvantificere bevægelsesadfærd af C. elegans som den gennemgår på overfladen af en agarplade. Til undersøgelse af genetiske, biokemiske og neuronal grundlag af adfærd, C. elegans er en ideel organisme, fordi det er genetisk medgørlig, modtagelig for mikroskopi, og viser en række komplekse adfærd, herunder taxier, læring og social interaktion 1,2. Adfærdsanalyse baseret på tracking bevægelser orm de kravler på agarplader har været særligt nyttige i studiet af sensorisk adfærd 3, bevægelse 4, og generelt mutational fænotypebestemmelse 5. Vores system virker ved at bevæge kamera og belysningssystemet som ormene kravler på en stationær agarplade, som sikrer ingen mekanisk stimulus overføres til ormen. Vores tracking system er let at bruge og indeholder en semi-automatisk kalibrering funktion. En challenge af alle video tracking systemer er, at det genererer en enorm mængde data, der er uløseligt høj dimensional. Vores billedbehandling og dataanalyse programmer beskæftige sig med denne udfordring ved at reducere orme form i et sæt af uafhængige komponenter, som omfattende rekonstruerer orme adfærd som en funktion af kun 3-4 dimensioner 6,7. Som et eksempel på fremgangsmåden viser vi, at ormen går ind og ud dets omvendt tilstand i en fase-specifik måde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Studiet af bevægelse og naturlig adfærd kræver ikke-invasive teknikker til sporing i partner med data reduktionsteknikker. Her har vi vist et brugervenligt tracking system, der optager detaljerede billeder af C. elegans adfærd som det kravler på overfladen af en agarplade. Mængden af oplysninger i disse billeder er stort og high-dimensional, og så har vi også udviklet metoder til at mindske dimensionalitet af data i kun fire grundlæggende foranstaltninger. Disse foranstaltninger er omfattende og …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of the part | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| CCD camera | Basler | A601f | |
| Lens | Edmund Optics | MMS series | |
| Fiber Illumination | Dolan Jenner | DC-950H | |
| Translation stage | Deltron | LS3-4 | |
| Stepper Motor | US digital | MS23C | |
| Stepper motor drive | Gecko | G201 | |
| Stepper motor control | SimpleStep | SSXYZ | |
| All programming code is available. Please send a request email to the corresponding author. |
References
- Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Génétique. 77 (1), 71-79 (1974).
- de Bono, M., Maricq, A. V. Neuronal substrates of complex behaviors in C. elegans. Annu. Rev. Neurosci. (28), 451-501 (2005).
- Pierce-Shimomura, J. T., Morse, T. M., Lockery, S. R. The fundamental role of pirouettes in Caenorhabditis elegans chemotaxis. J. Neurosci. 19 (21), 9557-9569 (1999).
- Gray, J. M., Hill, J. J., Bargmann, C. I. A circuit for navigation in Caenorhabditis elegans. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (9), 3184-3191 (2005).
- Baek, J. H., Cosman, P., Feng, Z., Silver, J., Schafer, W. R. Using machine vision to analyze and classify Caenorhabditis elegans behavioral phenotypes quantitatively. J. Neurosci. Methods. 118 (1), 9-21 (2002).
- Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. Dimensionality and Dynamics in the Behavior of C. elegans. PLoS Comput. Biol. 4 (1), e1000028 (2008).
- Stephens, G. J., Johnson-Kerner, B., Bialek, W., Ryu, W. S. From modes to movement in the behavior of C. elegans. PLoS One. 5 (11), e13914 (2010).
- Feng, Z., Cronin, C. J., Wittig, J. H., Sternberg, P. W., Schafer, W. R. An imaging system for standardized quantitative analysis of C. elegans behavior. BMC Bioinformatics. (5), 115 (2004).
- Ramot, D., Johnson, B. E., Berry, T. L., Carnell, L., Goodman, M. B. The Parallel Worm Tracker: A Platform for Measuring Average Speed and Drug-Induced Paralysis in Nematodes. PLoS One. 3 (5), e2208 (2008).
- Swierczek, N. A., Giles, A. C., Rankin, C. H., Kerr, R. A. High-throughput behavioral analysis in C. elegans. Nat. Methods. 8 (7), 592-598 (2011).
- Leifer, A. M., Fang-Yen, C., Gershow, M., Alkema, M. J., Samuel, A. D. Optogenetic manipulation of neural activity in freely moving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 147-152 (2011).
- Stirman, J. N., Crane, M. M., Husson, S. J., Wabnig, S., Schultheis, C., Gottschalk, A., Lu, H. Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans. Nat. Methods. 8 (2), 153-158 (2011).
- Ben Arous, J., Tanizawa, Y., Rabinowitch, I., Chatenay, D., Schafer, W. R. Automated imaging of neuronal activity in freely behaving Caenorhabditis elegans. J Neurosci Methods. 187 (2), 229-234 (2010).
- Wittenburg, N., Baumeister, R. Thermal avoidance in Caenorhabditis elegans: an approach to the study of nociception. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (18), 10477-10482 (1999).
