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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
为蜜蜂 (Apis mellifera) 开发的长鼻伸展反应 (PER) 条件反射协议为研究许多昆虫物种的几种不同学习机制提供了一种生态相关且易于量化的方法。
昆虫修改他们的反应与生存( 如食物,配偶,威胁)重要事件相关联的刺激体验刺激通过。还有,通过该昆虫学会凸协会和它们涉及这些事件的几个行为机制。重要的是要理解这个行为可塑性的,旨在帮助对昆虫有利于农业的程序是很重要的。这种理解,也可用于发现解决由昆虫作为传病媒介和害虫创建生物医学和农业问题。长鼻扩展响应(PER)的调理方案,开发了蜜蜂( 蜜蜂 )在50年前,研究他们是如何看待和了解花香气味,而信号的花蜜和花粉资源的殖民地需要生存。在每次操作提供了一个强大和易于运用框架学习几种不同的生态有关机甲行为可塑性的共享机制。它是为使用容易适应与其他几种昆虫物种和其他行为的反射。这些协议可以很容易地用在各种装置,用于通过电生理或生物成像监测神经活性在中枢神经系统一起使用,或者用于操纵靶向神经调节途径。它是一个强大的检测快速检测造成的环境压力,毒素或农药的行为亚致死效应。
我们将展示如何在每个协议是简单的实现使用两个程序。一种适合作为实验室练习为学生或对实验性治疗的效果的快速检测。另一个提供更彻底的控制变量,它是行为调节的研究很重要。我们显示如何若干措施的行为反应,从二进制是/否到像延迟和长鼻延伸的持续时间更连续变量可以用来测试hypothese第而且,我们讨论了一些陷阱,当他们使用的程序的第一次,研究人员经常遇到的问题。
许多昆虫了解生态相关的刺激,然后他们改变他们的行为反应的那些刺激,以适应其环境中的新的预测关系。几种不同的机制可以这背后行为可塑性( 例如 ,非关联,关联/巴甫洛夫和操作性/器乐1)。这些类型的可塑性的不同之处是如何刺激或行为都与重要事件,如食品的出现,伴侣,或危险有关。理解这些形式的可塑性是用于基础研究非常重要成神经系统如何变化来编码新的记忆2。这也是理解昆虫是疾病的重要媒介( 如 ,采采蝇和蚊子)和昆虫是农业上重要的适应性行为重要的是,无论是在作物生产(蜜蜂)或害虫。
学习行为可塑性任何阿尼姆人需要实验控制的电平超过了一些变量是不能达到的,在字段1。它要求能更加控制的条件下被使用,但它仍然是相关与在自然条件下的行为健壮调理协议的发展。蜜蜂( 蜜蜂 )是如何开发的协议,用于执行行为可塑性3,4对照分析一个很好的典范。长鼻扩展响应(PER)的蜜蜂是一种自然的行为反射在蜜蜂扩展其长鼻回应触角刺激糖溶液。在正常的觅食行为,每当蜜蜂发现蜜源的花出现。幸运的是,蜜蜂很容易表现在实验室这个简单而容易量化的行为。这使得有可能研究,在受控制的环境,影响这种生态相关的行为5的机制。每CAÑ 还可以调理协议中用于研究不同的处理条件,其目的是为了揭示背后的可塑性6的行为和神经机制的刺激下,知觉,学习与记忆。
由于由桑原7所述第一研究中,每调理已广泛用于揭示非结合,缔合和背后行为可塑性在蜜蜂8操作性的机制。这些机制中的那些相同的自由飞行蜜蜂9的研究显示。不同于自由飞翔蜜蜂的研究,每调理协议可以与电10,11或脑活细胞荧光成像12-14。此外,PER协议允许经由药物或分子遗传学的治疗实验操作的神经通路的测试有关网络的特定组件,例如neur的作用假说omodulators 15,16。市盈率协议也提供了评估的环境条件,以及对健康的毒素和蜜蜂17的觅食效率的亚致死效应的重要途径。
此过程说明了两个并行的气味传递方法。方法1是一个版本的气味和非条件刺激(蔗糖)交付,提供了一个价格低廉,技术简单的方法呈现的气味和蔗糖的奖励。这种方法是很好的基础训练,当自动化是不可能的。这是介绍这种技术到教室或教学实验室的极佳方式。在调理涉及更困难的任务和气味的感知,学习,或存储器的耦合生理评估实验,这是非常重要的,以精确地和精确地调节刺激的发作,持续时间递送定时。对于最可靠的刺激传递,使用自动化的气味交付的手段ND奖励交货的精确方法。方法2采用自动化的气味传递和更精确的蔗糖交付。它在技术上是更复杂的,并且需要更多的初始设置比方法1,但它显著增加用于调节刺激的定时和数量的一致性,应尽可能使用。
1,气味(条件刺激)墨盒安装
2,收集,限制和饲养的蜜蜂
3,调理
4,测试
5,记录蜜蜂的回应
我们提出了使用上述的PER的协议的两个示例。第一个例子利用方法2,研究蜜蜂如何感知不同气味的分子相似的功能,气味作为CS 5,24,25。第二种是使用方法1,有些必须开始时,每调节的实验用在研究实验室应采取的预防措施的一个例子。
研究像这样的已被用来形容结合蜜蜂和蛾类的嗅觉"感性空间"与生物成像13或电分析26。蜜蜂组(n = 20)进行调节的气味癸醛与蔗糖联想加固超过12前锋配对空调试验( 图3A)。大约10%的蜜蜂在一审判决后,这是正常的反应'自发'。在那之后的responde的百分比ð增长在未来几年的试验,直到蜜蜂100%的受访者在第五审判,以后每试。几项研究已经表明,这种增加的响应是特定于向前的配对状态( 图1)相对于几个重要的控制程序3。采集阶段后,每个蜜蜂进行了一系列的非增强型测试试验( 图3B),其中涉及曝光的气味CS和该系统从CS中的分子结构不同其他一些增味剂。蜜蜂反应最强烈的CS。他们对其他气味物质的反应下降,作为结构的系统性变化的函数,用最不喜欢CS的加臭剂的最低响应。
在图4中,从最近的研讨会,让学生了解到,第一次的结果,如何调理用图示方法1蜜蜂。学生冷杉吨空调蜜蜂通过正向配对methycyclohexanone(MCH)和辛醇(OCT)与蔗糖加固( 图4A)。 %的反应是低的第一次试验和增加对后续试验,表明该蜂学到的气味蔗糖关联。有在不同程度的蜜蜂学会在不同的学生群体的条件相关。在我们的经验中,这些种类的差异可能是由于在作为CS中的异味,在方法(方法1)的不精确的元素,或向实验者的训练水平。在第三种情况下,性能迅速成为与实验者"增加经验更一致。调理后,将各蜜蜂用每气味测试两次。在已被空调与华侨城或妇幼保健正向配对蜜蜂群体,反应一如预期,强劲的空调异味( 图4B)。
ENT">在经历着配对至十月蜜蜂的第二组空调在平行于另一组中的气味华侨城向后配对蔗糖。倒向配对是几种类型的控制程序来演示之一,增加反应是特定转发配对,而不是由于其它进程,诸如从致敏非特异性觉醒。为了向后配对,蔗糖美国和气味CS从向后配对呈现相反的顺序是什么, 如图1所示。采集数据是未示出,因为CR不能得分给定的气味CS上介绍的蔗糖之后的呈现。正如所预测的缔调理,响应水平华侨城分别向前配对组相对于所述向后组( 图4C)中的高。7fig1highres.jpg"WIDTH ="500"/>
图1图的实验设计,使用空调向前配对。见表1本图中所使用的术语的定义。(一)政务司司长(气味)和之前与美国(蔗糖/水溶液)重叠。所示的CS和美国之间的关系是最适合调理蜜蜂和飞蛾。但最佳的ISI可以取决于空调协议和动物物种1(B)击穿和CS,CR,美国,和UR的相对定时。这既发生前美国演讲或在非增强型"测试"试验的CR是实验方案的相关措施。

图2:气味枯竭与墨盒再利用。对于这些数据,气味盒是建立与己醇,如文中所述。己醇是常用的一种CS的PER研究;但是,消耗的实际速率将取决于气味和溶剂。墨盒,然后使用一次,持续4秒,每分钟超过800个试验(假设5蜜蜂/审判标准的实验,就等于40的用途)。在指定的溶剂中稀释,这是为每实验相对标准,分别为2.0M的(A)和0.2M的(B)(A,B)中的气味后,第一和第八试验通过吸附于固相上进行取样微萃取(SPME)纤维是当时脱附到气相色谱仪。根据峰的相对面积的第一次试验相对于第八两种溶剂后和两个浓度较高(秩配对符号秩检验p <0.05 [*]或更大),这表明较少的气味被从暗盒传送后盘盒已被使用的次数(C,D)示出刚刚在第八TR相同的数据 IAL与y轴展开。它表明,耗尽是稍大于相对于矿物油的己烷,但仅在较低的浓度。

图3采集和测试用癸醛作为CS和方法2调理。 (一)试行按试验在12前锋配对试验( 图1)缓解(CR)。数据来自空调四组,每组5蜜蜂N = 20蜜蜂。 ISI的是3秒和ITI为6分(B)的使用,从癸不同碳链长度和/或羰基的碳的位置的气味非增强型测试。气味被提出在横跨四个组的随机序列,并且为了避免在CR的消光分别穿插着增强试验用癸醛(每两至三次试验)。

| 期限(缩写) | 定义 | 相关的例子 |
| 条件刺激(CS) | á刺激是引发很少或没有回应,在第一和美国发出信号 | 气味 |
| 条件反应(CR)一个 | 与美国关联之后到CS的响应 | 长鼻延长 |
| 非条件刺激(美国) | 这引起了响应。一种生物学显著刺激 | 蔗糖/水溶液 |
| 无条件响应(UR)一个 | 与美国的反应 | 长鼻延长 |
| 各国刺激间隔(ISI) | 发病的CS的美国和发作之间的时间 | 气味蔗糖区间 |
| 跨试用期(ITI) | 单个动物相继CS美配对之间的时间 | 气味(试行n)的气味(试行N + 1)的时间间隔 |
表1林portant术语。请参考图1对这些术语的说明a。对于每调理CR和UR是相同的,虽然其他类型的关联和反射对CR和UR可以不同。
电影1。蜂蜜蜜蜂每执行后,它已习惯于以一种气味作出反应的视频。注意蜜蜂的1.5秒以下的气味发作大约每响应。跟踪软件映射触角的运动响应呈现的气味。绘制在视频的右上角的线条描绘的实际触角运动。两个图形在上X(左)和Y的屏幕显示触角运动的底部(右)坐标。图中的垂直线,在视频显示表明,从左到右,光开,PER,不亮和长鼻回缩。
作者没有需要披露的利益冲突。
为蜜蜂 (Apis mellifera) 开发的长鼻伸展反应 (PER) 条件反射协议为研究许多昆虫物种的几种不同学习机制提供了一种生态相关且易于量化的方法。
(; BH史密斯CO-PIĴTrumble PI)和亚利桑那州立大学的这项研究得到了美国国立卫生研究院从NCRR(R01 RR014166到BHS),美国国立卫生研究院NIDCD(R01 DC011422 BHS的合作,PI),美国农业部门的资金支持。资金的工作坊,以训练学生( 图4的数据)是由智利科学基金会提供的。
| 蔗糖 | Sigma-Aldrich | S9378-1KG | |
| 气味化合物(例如) | |||
| 1-己醇 | Sigma-Aldrich | 471402-100ML | 有关更多示例 |
| 2-辛烷酮 | Sigma-Aldrich | W280208-800G-K | 的气味剂,见任何一个 |
| 庚醇 | Sigma-Aldrich | 51778-5ML | 嗅觉论文 |
| gerianol | Sigma-Aldrich | 163333-25G | 加工 |
| 壬肛门 | Sigma-Aldrich | 131210-100ML | 史密斯实验室。 |
| 己烷 | Sigma-Aldrich | 296090-1L | |
| 重矿物油 | Sigma-Aldrich | 330760-1L | 确保它'无臭。 |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | 459836-1L | |
| 闪烁样品瓶 | Sigma-Aldrich | Z190535-1PAK | 使用小钻头在样品瓶盖上钻一个小孔。 |
| 蜜蜂背带 | 由直径为 0.9 厘米的塑料苏打吸管或硬塑料/金属管定制。 | ||
| 胶带 | |||
| Kimwipes | Sigma-Aldrich | Z188956-1PAK | |
| 清洗瓶子 | Sigma-Aldrich | Z560847-3EA | 用于 70% 乙醇。 |
| 干燥管 | |||
| 仅适用于方法 1 | |||
| 20 ml 一次性塑料注射器 | Cole-Parmer | WU-07945-18 | |
| 15 mm 滤纸圈 | Sigma-Aldrich | Z274844-1PAK | |
| 图钉 | |||
| 牙签 | |||
| 仅适用于方法 2 | |||
| Gilmont 千分尺注射器,0.2 ml | Cole-Parmer | EW-07840-00 | |
| Gilmont 千分尺注射器尖端 | Cole-Parmer | EW-07841-00 | |
| 26 克 3/8"Leur hub 皮下注射针头 | Fisher Scientific | 14-826-10 | |
| 1 cc 结核菌素注射器(塑料/玻璃) | Sigma-Aldrich | Z181641-1EA 或 Z192090-200EA | 玻璃结核菌素注射器可用,但塑料注射器要便宜得多,并且在有限数量的使用下效果很好。 |
| 小型橡胶/硅胶限流器 | Cole-Parmer | EW-95702-02 | 由外径为 4.8 mm 的硅胶管或 1 cc 注射器柱塞的橡胶尖端制成。 |
| [header] | |||
| 封口膜 | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| 75 x 100 mm 滤纸 | Sigma-Aldrich | Z695106-500EA | |
| 直接逻辑 05 可编程逻辑控制器 | 光洋电子工业有限公司 | ||
| 1 mm、4 mm 和6 mm 内径 PVC 或硅胶管 | Cole-Parmer | 各种 | Cole-Parmer 有多种合适的管材可供选择。 |
| 聚丙烯接头 & 亮接头 | Cole-Parmer | 各种 | Cole-Parmer 为多种管尺寸提供多种接头和接头选择。 |
| 65 mm 相关流量计 | Cole-Parmer | EW-03216-08 | 铝制,带玻璃浮球;用于液体和气体,带阀。 |
| OR | |||
| Tetra Whisper 300 (Tetratek DW96-2) 水族箱气泵 | Aquacave | AE-TETRA-300 | |
| LIF 系列电磁阀,用于 .042 " 内径管,配置 "E" | The Lee Company | LFAA1200118H | 氯丁橡胶,430 SS,302 SS,280 mW |
| 印刷电路板 12VDC 70dB 压电蜂鸣器 | RadioShack | 273-074 | |