C. elegans Tracking en Behavioral Measurement
Summary
We hebben een video-rate volgen microscoop systeem dat kan opnemen en te kwantificeren<em> C. elegans</em> Gedrag met een hoge resolutie en hoge snelheden. We hebben ook computationele methoden om de dimensionaliteit van de worm beelden naar een fundamentele set metingen die volledig beschrijven van de vorm van de worm te verminderen.
Abstract
We hebben instrumentatie, beeldverwerking en data-analyse technieken om de motorische gedrag van C. kwantificeren elegans zoals kruipt op het oppervlak van een agarplaat. Voor de studie van de genetische, biochemische en neuronale basis van gedrag, C. elegans is een ideale organisme, omdat het genetisch handelbaar, vatbaar is voor microscopie, en toont een aantal complexe gedragingen, inclusief taxi's, leren, en sociale interactie 1,2. Gedragsanalyse gebaseerd op volgen van de bewegingen van wormen als ze kruipen op agarplaten zijn bijzonder nuttig in de studie van sensorische gedrag 3, 4 motoriek en algemene mutatie fenotypering 5. Het systeem werkt door de camera en Belichtingssysteem de wormen kruipt over een stationaire agar plaat, die garandeert dat er geen mechanische stimulus wordt doorgegeven aan de worm. Ons volgsysteem is gemakkelijk te gebruiken en omvat een semi-automatische kalibratie. Een challenge van video tracking systemen is dat het een enorme hoeveelheid gegevens die intrinsiek hoge dimensionele genereert. De beeldverwerking en programma's voor gegevensanalyse gaan met dit probleem doordat de wormen vorm in een set van onafhankelijke componenten, die volledig de wormen gedrag reconstrueren als functie van slechts 3-4 afmetingen 6,7. Als voorbeeld van de werkwijze aangetoond dat het worm binnenkomt en verlaat de omkering toestand in een fase specifieke wijze.
Protocol
Representative Results
Discussion
De studie van de motoriek en natuurlijk gedrag vereist niet-invasieve tracking technieken in de partnerlanden met datareductie technieken. Hier hebben we aangetoond een makkelijk te volgen systeem dat gedetailleerde beelden van C. registreert gebruiken elegans gedrag kruipt op het oppervlak van een agarplaat. De hoeveelheid informatie in deze beelden is groot en hoog-dimensionale, en daarom hebben we ook methoden ontwikkeld om de dimensionaliteit van de data te reduceren tot slechts vier fundamentele m…
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).
