VisioTracker היא מערכת אוטומטית לניתוח הכמותי של ביצועים חזותיים של דגים בוגרים וזחל קטנים המבוססים על ההקלטה של תנועות עיניים. הוא כולל שליטה מלאה על תכונות גירוי חזותיים וניתוח בזמן אמת, המאפשר מחקר תפוקה גבוהה בתחומים כגון פיתוח מערכת ראייה ותפקוד, פרמקולוגיה, מחקרי מעגלים עצביים ואינטגרציה חושית.
חקירות פיתוח מערכת הראייה והתפקוד מחייבות מודלים התנהגותיים מדידים של ביצועים חזותיים כי קלים לעורר, חזקים, ופשוט לתמרן. מודל מתאים כבר נמצא בתגובת optokinetic (OKR), התנהגותו בהווה בכל החוליות בשל ערך הבחירה הגבוהה שלה רפלקסיבי. OKR כרוך תנועות גירוי הבא איטיות של עיניים התחלפו בsaccades איפוס מהיר. המדידה של התנהגות זו מתבצעת בקלות בזחלי דג זברה, בשל הופעתו המוקדמת ויציבה (שפותח באופן מלא לאחר הפרית הודעת שעות 96 (hpf)), ומרוויח מן הידע המעמיק על דג זברת גנטיקה, במשך עשרות שנים אחד מהמודל המועדף אורגניזמים בתחום זה. בינתיים הניתוח של מנגנונים דומים בדגים בוגרים צבר חשיבות, במיוחד עבור יישומים תרופתיים וטוקסיקולוגי.
כאן אנו מתארים VisioTracker, אוטומטי לחלוטין, גבוה throughpuמערכת לא לניתוח הכמותי של ביצועים חזותיים. המערכת מבוססת על מחקר שבצע בקבוצתו של פרופ 'סטפן Neuhauss ועוצבה מחדש על ידי מערכות TSE. הוא מורכב ממכשיר משתק לדג קטן במעקב על ידי מצלמת וידאו באיכות גבוהה המצוידת בעדשת זום ברזולוציה גבוהה. מיכל הדגים מוקף מסך תוף, שעליו דפוסי גירוי מחשב שנוצר יכולים להיות מוקרנים. תנועות עיניים מוקלטות ונתחו באופן אוטומטי על ידי חבילת תוכנת VisioTracker בזמן אמת.
ניתוח נתונים מאפשר זיהוי מיידי של פרמטרים כגון משך איטי ומהיר שלב, תדירות מחזור תנועה, רווח איטי שלב, חדות ראייה, ורגישות לניגודיות.
תוצאות אופייניות תאפשרנה למשל זיהוי המהיר של מוטציות מערכת חזותיות המראות שום שינוי נראה לעין במורפולוגיה סוג פרועה, או בהחלטה על השפעות הכמותיות של תרופתי או רעיל ומוטגניותסוכנים על ביצועי מערכת ראייה.
החשיבות של OKR לחקר תפקוד ראייה הוכרה בקהילה המדעית במשך זמן רב (חג הפסחא וניקולה 1996, 1997), וניסיונות באמת לכמת את הפרדיגמה החלו גם לפני למעלה מעשור. הפסחא וניקולה (1996) פתחו מערכת עם ממונע מסתובב תופי פסים, שבו הקלטת הווידאו של תנועת עין נותחה באופן ידני. מערכת זו סבלה מחוסר הקיבוע של עובר הדגים, שחייב שימוש תכוף מיצוב מחדש, ויכולה לזהות את תנועות מעקב של עיניים רק בקושי רב. צעד קדימה היה השימוש בתוף פסי וידאו מוקרן על מנת לאפשר למצגת משתנית יותר מחשב שנוצר גירוי (Roeser & Baier, 2003;. Rinner et al, 2005a).
הניתוח בעיקר הידני, מסגרת לפי המסגרת של קלטות מצולמות הוכיח להיות מאוד מייגע, ובמידה מסוימת הקשתה על ידי משקיף הטיה (בק et al.2004). ניתוח אוטומטי בזמן האמת הוצע לאפשר שימוש במנגנוני למידת משוב התנהגותיות (et al רס"ן., 2004). השימוש בתאורת אינפרא אדום וגירויים מסתובבים תדירות ששליטה כבר חלוץ ידי בק et al. (2004). עם זאת, המערכת מתוארת יש רק שמשה במשך זחלים, והניתוח בוצע מחובר. יתר על כן, VisioTracker מאפשר שליטה מלאה על גירויים, כולל שינוי הגירוי במהלך הניסוי, ובכך מאפשר גמישות רבה יותר והשפעה ספונטנית על מהלך הניסוי. כמו כן, יצירת הגירוי הדיגיטלית המשמשת את VisioTracker התגברה על בעיות שהוזכרו קודם לכן בתאוצה של המסה הדוממת של תוף גירוי מפוספס (בק et al., 2004).
איפוק זחלים ידי methylcellulose אינו משמעותי להפריע לתנועת עין ואין שום השפעות ארוכות טווח על דג זברה ורווחתם. זחלי דגים כבר בהצלחהשמר מוטבע בmethylcellulose במשך כמה ימים, עד שאספקת חמצן דרך העור הופכת להיות מספיקה לביקוש עם עלייה בגיל (צ'יאן et al., 2005).
שיטת הרחקת הדגים הבוגרים באותה מידה קלה על החיה. משך הזמן הקצר של הניסוי, יחד עם האפשרות של החלפת בעלי חי מבחן במהירות לאחד אחר, עוד מוסיף להיבטים החיוביים של רווחת בעלי החיים במערכת. מאז הזימים סמוקים ברציפות על ידי מים, זה נוח לספייק מים עם כל חומר כימי של בחירה ללמוד את השפעתו על תנועות עיניים וביצועים חזותיים. כמו ניסוי wash-out ניתן להוסיף ללא צורך לטפל בחיה בין הניסויים.
רעש פיקסל בתמונת הווידאו ממוזער על ידי החלקת אלגוריתמים של תוכנת קניינית VisioTracker, המאפשר מדידות מדויקות מאוד של מצב עין ומהירות זוויתית. יתר על כן, על מנת להקל סטטיסטיניתוח, התוכנה תסונן תנועות saccadic שמתרחשים במהירות קבועה ואינו תורמות להצהרה הניסיונית. מיצוע של עקומות מהירות מעל 7 מסגרות וידאו אפשר מאוחר יותר ניתוח.
VisioTracker נפתח ממד חדש לתחומי מחקר רבים ומגוונים. המערכת וקודמותיה כבר השתמשו בהצלחה כדי לכמת ביצועים חזותיים בזחלי דג זברה, תוך שימוש בפרמטרים כגון חדות ראייה, רגישות לקונטרסט והסתגלות קלה (ואח' Rinner., 2005a, Schonthaler et al., 2010), לניתוח פונקציונלי של photoreceptors קונוס בעקבות מניפולציה של חברי המפל החזותי תמרה (למשל Rinner et al, 2005b, Renninger et al, 2011..), או הניתוח של פגמים חזותיים בזחלי דג זברת מוטציה (לדוגמא Schonthaler et al, 2005, 2008;. Bahadori et al., 2006). התלות ההדדית של התבגרות מורפולוגית והפונקציונלית של מערכת הראייהנחקר על ידי מדידות OKR להראות שחדות הראייה היא בעיקר, אך לא רק לחלוטין על ידי ריווח photoreceptor בשלבי זחל (האוג et al., 2010).
VisioTracker מתאים באותה מידה לניתוח תפקוד ראייה בדג זברה בוגר ומינים אחרים דומים בגודל דגים (מילר וNeuhauss (2010), דוח זה).
זה גם מתקבל על דעת כדי לנצל את המערכת בתחומי מחקר כגון רעלים או פרמקולוגיה לפי חומרים שנחקרו אולי יתווספו לזרימת המים המקיפים את זימי דגים הבוגרים. יתר על כן, את הרבגוניות של VisioTracker מאפשרת ניתוח מעמיק יותר, למשל של ontogenetics של תפקוד חזותי, תפקוד מעגלים עצביים ופיתוח, או הסנסורית שליטה (ראה ביקורת בואנג & Neuhauss, 2008).
The authors have nothing to disclose.
KPM נתמך על ידי האיחוד האירופי FP7 (RETICIRC).
Name of the reagent | Company | Catalogue number |
---|---|---|
Methylcellulose | Sigma-Aldrich | M0387 |
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate (MS-222) | Sigma-Aldrich | E10521 |
35 mm cell culture dish | Corning | 430165 |
Serum pipette | Greiner bio-one | 612 361 |
VisioTracker | TSE Systems | 302060 |