Summary

C. elegans Suivi et évaluation comportementale

Published: November 17, 2012
doi:

Summary

Nous avons développé un système de vidéo-microscope taux de suivi qui permet d'enregistrer et de quantifier<em> C. elegans</em> Comportement à haute résolution et haute vitesse. Nous avons également développé des méthodes de calcul afin de réduire la dimensionnalité des images à vis sans fin à un ensemble fondamental de mesures qui a complètement décrivent la forme du ver.

Abstract

Nous avons développé des techniques d'analyse de l'instrumentation, traitement d'image, et les données pour quantifier le comportement locomoteur de C. elegans comme il rampe sur la surface d'une plaque de gélose. Pour l'étude de la génétique, biochimique base, et neuronales du comportement, C. elegans est un organisme idéal car il est génétiquement docile, prête à la microscopie, et montre un certain nombre de comportements complexes, y compris les taxis, l'apprentissage et l'interaction sociale 1,2. Analyse comportementale basée sur le suivi des mouvements des vers comme ils rampent sur ​​des plaques de gélose ont été particulièrement utiles pour l'étude du comportement sensorielle 3, de la locomotion 4, et en général phénotypage mutationnel 5. Notre système fonctionne en déplaçant le système de caméra et d'éclairage comme les vers rampe sur une plaque de gélose à l'arrêt, ce qui garantit l'absence de sollicitation mécanique est transmise à la vis sans fin. Notre système de suivi est facile à utiliser et comprend une fonction d'étalonnage semi-automatique. A challenge de tous les systèmes de suivi vidéo est qu'elle génère une énorme quantité de données qui est intrinsèquement dimensionnelle élevée. Notre traitement de l'image et les programmes d'analyse des données relever ce défi en réduisant la forme des vers en un ensemble de composants indépendants, qui complète reconstruire le comportement des vers en fonction de seulement 6,7 Dimensions 04.03. A titre d'exemple du processus, nous montrons que le ver entre et sort de son état d'une manière inversion de phase spécifique.

Protocol

1. Description des microscopes de suivi Une plaque de gélose est éclairé par une source de lumière à fibres et visualisée à l'aide d'une caméra. Ce système est monté sur un X, Y étage de translation. L'étape est déplacé par la norme moteurs pas à pas, qui sont connectés à un contrôleur de moteur pas à pas. Le contrôleur de caméra et sont reliés à l'ordinateur et commandé par des programmes écrits dans la mesure LabVIEW. L'appareil phot…

Representative Results

Exemple: Lors de la recherche de nourriture, C. transitions elegans d'avant en arrière le mouvement, souvent effectuer une réorientation (oméga tour) avant de revenir à l'état de mouvement vers l'avant. Quantifier cette transition est importante pour comprendre les habitudes d'alimentation de mouvement et aussi dans le contrôle moteur du ver. Le pouvoir de révéler des détails subtils du comportement de locomotion peut être vu en utilisant notre dispositif suiveur. <p class…

Discussion

L'étude de la locomotion et du comportement naturel nécessite des techniques non invasives de suivi dans des partenariats avec des techniques de réduction des données. Ici, nous avons fait preuve d'un système facile à utiliser de suivi qui enregistre des images détaillées de C. elegans comportement tel qu'il traîne sur la surface d'une plaque de gélose. La quantité d'informations contenues dans ces images est vaste et de grande dimension, et nous avons également développé des 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

  1. Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genetics. 77 (1), 71-79 (1974).
  2. de Bono, M., Maricq, A. V. Neuronal substrates of complex behaviors in C. elegans. Annu. Rev. Neurosci. (28), 451-501 (2005).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

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Cite This Article
Likitlersuang, J., Stephens, G., Palanski, K., Ryu, W. S. C. elegans Tracking and Behavioral Measurement. J. Vis. Exp. (69), e4094, doi:10.3791/4094 (2012).

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