在气味引导行为的高分辨率定量果蝇使用 Flywalk范式

Summary

自动跟踪系统Flywalk是用于在果蝇气味引导行为高分辨率定量。

Abstract

在自然环境中，昆虫等的飞醋果蝇轰炸了大量的不同化学气味物质。为了进一步使问题复杂化，由昆虫的神经系统检测到的气味通常不是单一化合物而是混合物，其成分和浓度比例有所不同。这导致具有由神经系统进行评估不同嗅觉刺激的几乎无限量。

为了理解其中的刺激气味的各方面通过飞确定其评价，因此，希望能够有效地检查气味引向许多增味剂和气味的混合物的行为。要直接关联的行为神经元的活动，行为应该量化可比较的时间框架，并在相同的刺激条件下在神经生理学实验。然而，在果蝇神经行为学许多目前使用的嗅觉生物测定相当斯佩恰lized无论是对效率或实现的分辨率。

Flywalk，一个自动气味递送和跟踪系统，桥梁效率和分辨率之间的差距。它允许什么时候气味包刺激了行走自如飞行，并确定宠动态行为反应的决心。

Introduction

任何神经行为学研究的总体目标是建立单个神经元或神经元电路的活动状态和生物体的行为之间的因果关系。为了实现这一目标的神经元活动和行为应该在相同的激励条件被监控并且这些刺激条件下理想地应当类似于受到审查神经系统发展到使感。特别是当它涉及到行为的生物测定，这些需求在历史上被证明相当苛刻果蝇嗅觉神经行为学。

一旦从源释放，气味羽状迅速分解成薄细丝造成空气运动是气味分布¹的主要决定因素湍流扩散。其结果是，昆虫导航朝向气味源经历间歇刺激与穿插的洁净空气可变间隔气味包。都步行和飞行昆虫-包括果蝇 -已被证实通过在羽遭遇逆风飙升，主要是移动的侧风在没有气味²利用这一间歇刺激制度导航^{- 5。}而在生理实验刺激程序基本上模仿那些昆虫可以通过提供单个抽吸气味穿插的洁净空气或动态刺激序列⁶长时间在其天然环境体验^{- 11，}许多行为的生物测定在果蝇神经行为使用，诸如阱测定，旷场阿里纳斯或T型迷宫依靠气味梯度的^{12 - 15。}但是，由于气味梯度的定义是在浓度可变根据来自气味源的距离，特定行为不能归因于使用这些范例精确臭气浓度。另外，该斜率气味梯度关键取决于臭气物质的物理化学性质。高挥发性化合物的梯度将比由低挥发性化合物创建并因此也更难跟踪生物体依靠测量浓度差在空间导航¹⁶的唯一手段较浅^{- 20....}

Protocol

Flywalk的结构和技术细节已描述在别处^26（如果是建立这一设置，进一步的信息可以从MK获得的任何问题）。在这里，我们重点的模式，这将有助于获得可靠的结果的处理的详细说明。

1.飞处理

1. 后飞低到下一个12小时的食品中²⁷中密度培养:12小时暗条件在23-25℃，相对湿度70％。为此，让20-30新出现的成蝇在一个大的食品小瓶重现1周，然后丢弃成蝇，等待后代出现。
2. 收集30-40新兴（年龄<24小时），成蝇和年龄他们在新的含食物中²⁷ 3-5天小瓶。
3. 二十四小时的行为实验开始前:传输所有30-40以前收集3-5日龄（见2.2）飞往新VI含有人潮湿橡胶泡沫塞或使用吸气湿润薄纸。
   注意:不要麻醉苍蝇用CO _2。

2.制备Flywalk设置的

1. 使用250毫升瓶作为加湿器。填加湿器用100ml蒸馏水。
2. 准备气味瓶。
   1. 制备500μl的¹⁰ -3稀释液的纯气味乙酸乙酯，丁酸乙酯，乙酸异戊酯和2,3-丁二酮在溶剂中的矿物油。
   2. 附加每气味瓶两分球止回阀。需要注意的是单向阀只允许单向气流。因此，连接止回阀在空气能够进入所述小瓶在一侧并使其保持在另一侧这样的方式。 <....

Results

因为果蝇被允许通过玻璃管气味脉冲和气味脉冲行进之间自由分发他们的玻璃试管内以恒定的速度苍蝇遇到气味在不同的时间取决于它们的x位置处的刺激的时间。其结果是，通过一个有吸引力的¹⁰ -3稀释的乙酸乙酯的500毫秒脉冲诱发逆风轨迹的起始点是由约1秒，在他们的玻璃管的顺风端相比，这些苍蝇坐在接近的延迟为蝇逆风端以20厘米/秒和20厘米的玻璃管长度（图2A）的风速。校正在气味遭遇用于根据它的x位置在气味上介绍的时间每一个个体的时间差表明，向乙酸乙酯响应延迟是不同个体（图2B）一致。

相应地，平均迎风不改正邻轨迹多尔行程由大约0.5秒延迟相比，平均轨迹与校正（ 图2C;请注意，校正的气味需要输入玻璃管两个轨迹进行的逆风端的时间）。另外，修正后的平均迎风轨迹为一个单一的气味脉冲还显示更陡的斜率（即更高的步行速度）比未校正1（图2D）。类似的意见用于单个气味脉冲，省略了校正的气味旅行导致在一个完整的数据集，由两个实验会议

Discussion

虽然Flywalk系统似乎相当复杂乍看之下，一旦建立并运行它易于使用，并产生非常强大的结果。强调与生物测定所产生的结果的一致性，可以说的是，这里示出的代表性的结果差不多2年后一些与使用新的跟踪软件和光源的变形设置示出在先前的研究²⁹的结果获得的。尽管如此，引诱反应是 - 尽管略高反应振幅 - 非常类似于以前发表的关于他们的动态。

有哪些应被视为尤其为了得到使用Flywalk高质量效果一些关键方面。重要的是，湿度不实验的过程中，低于60％。一个典型的实验性会议持续大约8小时。合理大小的女性CS野生型果蝇除权前禁食2​​4小时periment至少12小时的实验提供设置湿度容易生存足够高。为了避免对湿气，最好是安装一个湿度传感器在一个空的玻璃管（图1B），并避免将流量调节器中的气流的加湿器和玻璃管之间的任何相关的问题。它也是该系统是密封的数据质量绝对必要的。离开系统的玻璃管后气流应该总结到进入系统的气流。最失败的实验可以归因于在系统中，并非常小心泄露应采取实验开始前，要确保该系统是气密。最后，正如用在嗅觉研究中使用的任何设置，主要的.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Flywalk 设置	可根据要求提供	自定义
装置	可根据要求提供	自定义
LED 集群	自定义		详细信息
HD Pro 网络摄像头 C920	Logitech，瑞士
2 台计算机
FlywalkReloaded v1.0 软件	Electricidade em Pó（electricidadeempo.net）
Labview 11.0 软件	National Instruments，德克萨斯州奥斯汀
标准苍蝇食品	定制
标准苍蝇瓶	Greiner bio-one GmbH，德国弗里肯豪森
标准苍蝇瓶	Greiner bio-one GmbH，德国弗里肯豪森
吸气器	定制
矿物油	Sigma-Aldrich （www.sigmaaldrich.com）
气味	Sigma-Aldrich （www.sigmaaldrich.com）
200 µl PCR 反应管	Biozym Scientific GmbH，德国