C. elegans Tracking och Behavioral mätning
Summary
Vi har utvecklat en video-rate system spårning mikroskop som kan spela in och kvantifiera<em> C. elegans</em> Beteende vid hög upplösning och höga hastigheter. Vi har också utvecklat beräkningsmetoder för att minska dimensionerna av masken bilder till en grundläggande uppsättning mätningar som helt beskriver formen på masken.
Abstract
Vi har utvecklat instrument, bildbehandling och data analysmetoder för att kvantifiera motoriskt beteende C. elegans som kryper på ytan av en agarplatta. För studien av den genetiska, biokemiska, och neuronal grund av beteende, C. elegans är en idealisk organism eftersom det är genetiskt foglig, mottaglig för mikroskopi, och visar ett antal komplicerade beteenden, däribland taxibilar, lärande och social interaktion 1,2. Beteendeanalys utifrån spåra rörelser maskar som de kryper på agarplattor har varit särskilt användbar i studiet av sensoriska beteende 3, förflyttning 4, och allmänna mutationsstatus fenotypning 5. Vårt system fungerar genom att flytta kameran och belysning system som maskarna kryper på en stationär agarplatta, som garanterar ingen mekanisk stimulans överförs till masken. Vårt system för spårning är lätt att använda och innehåller en semi-automatisk kalibrering funktionen. En challenge av alla system video tracking är att den genererar en enorm mängd data som i sig är hög dimensionell. Vår bildbehandling och program för dataanalys itu med denna utmaning genom att minska maskar formen till en uppsättning av oberoende komponenter, som övergripande rekonstruera maskar beteende som en funktion av endast 3-4 dimensioner 6,7. Som ett exempel på den process vi visar att masken går in och går ut den återföring tillstånd i en fas specifikt sätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Studiet av förflyttning och naturliga beteende kräver icke-invasiva spårning tekniker i partner med tekniker datareduktion. Här har vi visat ett lättanvänt tracking system som registrerar detaljerade bilder av C. elegans beteende som det kryper på ytan av en agarplatta. Den mängd information som finns i dessa bilder är omfattande och hög-dimensionell, och så har vi även utvecklat metoder för att minska dimensionerna av data till endast fyra grundläggande åtgärder. Dessa åtgärder är omfattande…
Disclosures
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. Genetics. 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).
