The Hatching-Box: A Novel System for Automated Monitoring and Quantification of Drosophila melanogaster Developmental Behavior

要約

この論文では、標準の飼育バイアルおよび定期的な飼育ルーチン中にショウジョウバエの発達挙動を自動的に監視および定量化するための新しいイメージングおよび分析システムであるハッチングボックスを提案し、明示的な実験を廃止します。
これは、カスタマーテーリングされたイメージングハードウェアと専用の検出および追跡アルゴリズムを組み合わせて、幼虫、満たされた/空のpup、および数日間にわたってハエの定量化を可能にすることによって達成されます。
一般的なクライアント/サーバーベースのソフトウェアと組み合わせて、手頃な価格で再現可能なハッチングボックスの設計を考えると、システムを簡単に拡大して、任意の量の飼育バイアルを同時に監視できます。
約470,000個の注釈付きオブジェクトで構成されるキュレーションされた画像データセットでシステムを評価し、実際の実験に関するいくつかの研究を実行しました。
野生型ハエのeclosion期間を時計ミュータント$ \ textit {per}^{short} $、$ \ textit {per}^{long} $および$ \ text \ text \ textITと比較することにより、確立された概日実験の結果を正常に再現しました。
{Per}^0 $肉体労働の関与なし。
さらに、ハッチングボックスは、グループの行動に関する追加情報を抽出し、個々の標本のライフサイクル全体を再構築できることを示しています。
これらの結果は、長期的な実験のためのシステムの適用性を実証するだけでなく、一般栽培プロセスでの自動モニタリングの利点を示しています。

要約(オリジナル)

In this paper we propose the Hatching-Box, a novel imaging and analysis system to automatically monitor and quantify the developmental behavior of Drosophila in standard rearing vials and during regular rearing routines, rendering explicit experiments obsolete. This is achieved by combining custom tailored imaging hardware with dedicated detection and tracking algorithms, enabling the quantification of larvae, filled/empty pupae and flies over multiple days. Given the affordable and reproducible design of the Hatching-Box in combination with our generic client/server-based software, the system can easily be scaled to monitor an arbitrary amount of rearing vials simultaneously. We evaluated our system on a curated image dataset comprising nearly 470,000 annotated objects and performed several studies on real world experiments. We successfully reproduced results from well-established circadian experiments by comparing the eclosion periods of wild type flies to the clock mutants $\textit{per}^{short}$, $\textit{per}^{long}$ and $\textit{per}^0$ without involvement of any manual labor. Furthermore we show, that the Hatching-Box is able to extract additional information about group behavior as well as to reconstruct the whole life-cycle of the individual specimens. These results not only demonstrate the applicability of our system for long-term experiments but also indicate its benefits for automated monitoring in the general cultivation process.

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