Kompyüter görüntüsü izləməsindən istifadə edən avtomatlaşdırılmış Drosophila lokomotor assayının dizaynı və həyata keçirilməsi

Drosophila uzun müddət genetikaya, yaşlanmaya və neyrobiologiya ilə bağlı dəyərli məlumatlar əldə etmək üçün geotaxiya analizlərindən istifadə edərək, lokomotor davranışını araşdırmaq üçün güclü bir model kimi xidmət etdi. Bununla birlikdə, onun istifadəsi subyektiv hesablama, mütevazı keçid və təkrarlana bilməkdə çətinliklərlə məhdudlaşdırılıb. 12 fiola paralel olaraq avtomatik, yüksək qətnaməli lokomotor analizini təmin edən inteqrasiya edilmiş bir aparat və proqram platforması hazırladıq və təsdiqlədik. Sistem 3D çaplı mexaniki komponentləri, Raspberry Pi əsaslı video əldə etmə və standartlaşdırılmış şərtləri təmin etmək üçün proqramlaşdırıla bilən ətraf mühit nəzarətlərini birləşdirir. Dərin öyrənmə boru xəttində ampulyalar demək olar ki, mükəmməl dəqiqliklə (IoU > 0, 95) bölünür, kompüter görmə alqoritmləri isə yükləmə trajektorilərini, sürəti və mövqe zonasının 60 kadr/ saniyədəki işlənməsini kəmiyyətləndirir. Son-son iş axını xam videoları vaxtla həll edilmiş ölçülərə çevirir, cinsiyyətə aid birləşməni dəstəkləyir və xətti qarışıq təsirlərin geri dönüşü, harmonik orta p dəyərləri və MannWhitney U testləri də daxil olmaqla inkişaf etmiş statistik analizləri birləşdirir. Əlyazmalar ilə müqayisədə bu avtomatlaşdırılmış boru kəmərinin işlənməsi 2,8 dəfə daha sürətli və məlumat sıxlığı 800 dəfə daha yüksəkdir. Platformanın tətbiqi bir çox genotipin reproduktiv fenotiplərini aşkar etdi. Məsələn, sirkadi clockout mutasiyasında kişilər yaşla birlikdə mütəmadi olaraq qalxma çatışmazlığını göstərir, qadınlar isə yaşla davamlı trajektorya saxlayırlar. Bundan əlavə, kişi Clockout, yaşla uyğunlaşdırılmış nəzarət (w1118) kişilərinə nisbətən aşağı bir lokomotorik performans göstərdi; lakin qadın Clockout lokomotorik performansında zəif bir azalma göstərdi. Bundan əlavə, DNA polimeraza qamma katalitik alt hissəsini kodlayan PolG-nin glial xüsusi pozulması, cins-dimorf qocalanma nümunələrini göstərdi: qadınlar Glaz-əviyyələşdirilmiş xəttdə və Elav-əviyyələşdirilmiş xəttdə daha gənc yaşda daha böyük yaşda nəzarət işlərini üstün tutdu, kişilər isə kəskin azalma göstəriblər. Geniş qəbulun təşviqi üçün istifadəçi dostu Python interfeysi (Tkinter GUI) hesablama biliklərindən asılı olmayaraq əlçatanlığı təmin edir. Birlikdə, bu standartlaşdırılmış, yüksək məhsuldarlıq çərçivəsi qocalma, yaş və cinsiyyətə bağlı lokomotoriya dinamikasının həllini irəli sürür və qocalma, sirkadian biologiya və nevrodegenerasiya tədqiqatlarında yeni imkanlar təklif edir.

Biz Alabama Universitetinin Birminghamda yüksək performanslı hesablama (Cheaha) resurslarına girişinə görə minnətdarıq və böyük miqyaslı video məlumat dəstlərinin səmərəli işlənməsini təmin edirik.

Bu nəşrdə bildirilir ki, bu araşdırma G.C.M.-yə Milli Səhiyyə İnstitutlarının (NIH) AG065992 və RF1NS133378 qrantları ilə dəstəklənmişdir.

Patologiya kafedrası, Moleküler və Hüceyrə Patologiyası Bölməsi, Heersink Tibb Məktəbi, Alabama Universiteti Birmingham, Birmingham, AL, 35294, ABŞ

Dave Melkani, Neelaksh Harnwal, Shubhankar Desai, Dev Patel & Girish C. Melkani

UAB Nathan Shock Center, Birmingham, AL, 35294, ABŞ