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Behavior

दृश्य शास्त्रीय लकड़ी चींटियों में कंडीशनिंग

Published: October 5, 2018 doi: 10.3791/58357
Automatic Translation
1,2,3, 1,3, 2,3
1Department of Informatics, University of Sussex, 2School of Life Sciences, University of Sussex, 3Centre for Computational Neuroscience and Robotics, University of Sussex

ERRATUM NOTICE

Summary

हम दोहन चींटियों के शास्त्रीय कंडीशनिंग के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद है कि शोधकर्ताओं ने स्वतंत्र रूप से चलती व्यक्तियों के साथ संभव नहीं विश्लेषण के एक स्तर पर दृश्य सीखने और स्मृति गठन का अध्ययन करने के लिए अनुमति देता है ।

Abstract

कीड़ों की कई प्रजातियों के अध्ययन सीखने और स्मृति गठन के लिए मॉडल सिस्टम बन गए हैं । हालांकि कई अध्ययनों को स्वतंत्र रूप से चलती जानवरों पर ध्यान केंद्रित, दोहन कीड़ों के साथ शास्त्रीय कंडीशनिंग मानदंड को लागू करने के अध्ययन सटीक संकेत है कि व्यक्तियों और जानने के तंत्रिका तंत्र सीखने के लिए महत्वपूर्ण रहा है और स्मृति गठन । यहां हम शास्त्रीय कंडीशनिंग के माध्यम से लकड़ी चींटियों में दृश्य साहचर्य सीखने पैदा करने के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद । इस प्रतिमान में, चींटियों का उपयोग कर रहे है और एक दृश्य क्यू के साथ प्रस्तुत (एक नीला गत्ता), सशर्त उत्तेजना (सीएस), एक appetitive चीनी इनाम के साथ युग्मित, बिना शर्त उत्तेजना (अमेरिका) । चींटियों एक जबडा-Labium एक्सटेंशन पलटा (मलेर), बिना शर्त प्रतिक्रिया (उ०), जो सीखने के लिए एक readout के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता प्रदर्शन करते हैं । प्रशिक्षण के 10 परीक्षणों के होते हैं, एक 5 मिनट के एक परीक्षण अंतराल (आईटीआई) द्वारा अलग । चींटियों भी स्मृति प्रतिधारण के लिए परीक्षण कर रहे हैं 10 मिनट या 1 घंटे के प्रशिक्षण के बाद. इस प्रोटोकॉल की क्षमता के लिए शोधकर्ताओं का विश्लेषण करने की अनुमति है, एक सटीक और नियंत्रित तरीके से, दृश्य स्मृति गठन और सीखने और लकड़ी चींटियों में स्मृति गठन के तंत्रिका आधार का ब्यौरा ।

Introduction

कीड़ों बड़े पैमाने पर अध्ययन सीखने और स्मृति गठन1के लिए मॉडलों के रूप में इस्तेमाल किया गया है । अनुसंधान के एक विशेष रूप से सफल नस प्रतिबंधित पशुओं, जो cues पर सटीक नियंत्रण सीखा जा रहा है और शोधकर्ताओं को अनुमति देता है तंत्रिका तंत्र underpinning सीखने और स्मृति की जांच के शास्त्रीय कंडीशनिंग का उपयोग शामिल है । अधिकांश अध्ययनों ने मधुप कर्मकार, Apis अफ्रिकनके appetitive शास्त्रीय कंडीशनिंग पर ध्यान केंद्रित किया है । मधुप श्रमिकों को एक अमेरिका है कि उ० उदाहरण के साथ एक सीएस सहयोगी को प्रशिक्षित किया जाता है । इस प्रतिमान में, मूलतः टाकेडा द्वारा विकसित2 और Bitterman एट अल । 3, उ० सूंड विस्तार पलटा है (प्रति), अमेरिका चीनी है, और सीएस एक गंध है । मधुमक्खियों सीएस और अमेरिका के बीच संघ को जानने के लिए और इस संघ के एक दीर्घकालिक स्मृति फार्म कर सकते हैं ।

प्रति के रूप में उ० का उपयोग मूल प्रतिमान4मधुमक्खियों में तंत्रिका रास्ते underpinning घ्राण सीखने को खंडित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । यह कई मायनों में संशोधित किया गया है विभिंन संवेदी उत्तेजनाओं के सीखने का परीक्षण, दृश्य उत्तेजनाओं सहित5,6,7, aversive प्रति8 या स्टिंग एक्सटेंशन के दमन का उपयोग कर सीखने को शामिल करने के लिए पलटा (SER)9 के रूप में उ०, और इस तरह के10 भौंरा और फल11मक्खियों के रूप में अंय प्रजातियों में सीखने का परीक्षण करने के लिए । हालांकि कई विधियों के साथ स्मृति गठन शास्त्रीय कंडीशनिंग के माध्यम से अध्ययन किया गया है, दृश्य सीखने अभी भी इस दृष्टिकोण का उपयोग कर निरीक्षण करने के लिए मुश्किल है, यहां तक कि प्रजातियों में है कि चारा के दौरान दृश्य सीखने की क्षमता के एक उच्च डिग्री दिखाने के लिए, जैसे मधुमक्खियों.

हाल के अध्ययनों से कीड़ों के लिए एक समान दृष्टिकोण है कि ऐसी टिड्डियां के रूप में एक सूंड, नहीं है लागू किया है, जो Palp खोलने प्रतिक्रिया ()12प्रदर्शन, और चींटियों, जो जबडा-Labium विस्तार पलटा (मलेर)13प्रदर्शन । यह पहले से ही चरण-विशिष्ट सीखने की क्षमता है कि दो अलग रेगिस्तान locust phenotypes, यूथचारी और solitarious रूपों, फिर से विचार है कि स्मृति गठन मैच की जरूरत है लागू करने की विशेष खिला रणनीतियों मैच से पता चला है पारिस्थितिकी14की जरूरत है । इसके अलावा, चींटियों में सीखने घ्राण पर अध्ययन चींटियों और स्मृति गठन और प्रतिधारण में मधुमक्खियों के बीच समानताएं दिखाया गया है, लंबी अवधि के स्मृति प्रतिधारण, प्रशिक्षण के बाद ७२ घंटे के साथ, प्रोटीन संश्लेषण15पर निर्भर किया जा रहा है ।

मूल प्रतिमान के इन रूपांतरों सीखने और स्मृति गठन कई विधियों के साथ और कई मॉडल प्रजातियों में अध्ययन किया जा करने की अनुमति दी है । यह कीड़ों के लिए आम स्मृति गठन के तंत्र की पहचान के लिए आवश्यक है, लेकिन यह भी अंतर है कि सीखने और विभिंन प्रजातियों में स्मृति के विशेष पारिस्थितिकी को प्रतिबिंबित की पहचान के लिए । हम यहां का वर्णन प्रोटोकॉल का मुख्य लक्ष्य एक व्यापक रूप से अध्ययन चींटी प्रजातियों, Formica rufaके साथ एक दृश्य सशर्त उत्तेजना का उपयोग कर शास्त्रीय कंडीशनिंग प्रयोगों प्रदर्शन करने के लिए एक रास्ता प्रदान करने के लिए है । यह लकड़ी चींटियों में दृश्य सीखने के हमारे अध्ययन से जारी किया गया है16, जो भी दृश्य शास्त्रीय कंडीशनिंग मानदंड का एक अनुकूलन है.

Protocol

1. Formica rufa कालोनियों को बनाए रखना

नोट: लकड़ी चींटी (Formica rufa, एल) इस अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया कालोनियों Ashdown वन, ससेक्स, ब्रिटेन (एन ५१ ४.६८०, ई 0 १.८००) से एकत्र किए गए थे । ब्रिटेन के भीतर, एफ rufa कालोनियों जुलाई और अगस्त के बीच एकत्र किया जाना चाहिए । घोंसले का एक अच्छा अनुपात, कई सौ श्रमिकों और चिंता सहित हटा दिया जाना चाहिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कॉलोनी निरंतर और सक्रिय है समय की लंबी अवधि के लिए (एक वर्ष तक). घोंसला हटाने से पहले संबंधित अधिकारियों से अनुमति मांगी जानी चाहिए ।

  1. एक विस्तृत बॉक्स में लकड़ी चींटी कालोनियों घर (लगभग १३५ सेमी x ७० सेमी x ३५ सेमी) polytetrafluoroethylene (PTFE) राल के साथ कवर दीवारों के साथ (जैसे, Fluon) भागने से चींटियों को रोकने के लिए, 21 डिग्री सेल्सियस पर, एक 12-एच प्रकाश के तहत: 12-h अंधेरे चक्र ।
    1. सुक्रोज प्रदान (३३३ g/L) और चींटियों के लिए पानी, पानी की मशीन का उपयोग । यह सुनिश्चित करने के लिए ' चींटियों आहार प्रोटीन से समृद्ध है, जमे हुए क्रिकेट 2x एक सप्ताह के साथ कॉलोनी फ़ीड । इसे आर्द्र रखने के लिए प्रतिदिन पानी से घोंसले का छिड़काव करें ।
    2. कॉलोनी की स्वच्छता की स्थिति में सुधार करने के लिए, आवश्यक होने पर पाइन राल जोड़ें; पाइन राल लकड़ी चींटी कालोनियों17में parasitism कम कर देता है । घोंसले के अंदर एक छोटा कंटेनर (चारों ओर 15 सेमी व्यास और 5 सेमी गहरी) रखें ताकि चींटियों में किसी भी मृत कॉलोनी के सदस्यों को जमा कर सकें ।
  2. किसी भी प्रयोग के प्रयास से पहले इकट्ठा करने के बाद अफोर्ड-उल्लेखित शर्तों के तहत चींटियों को कम 2 सप्ताह तक रखें । घोंसले से सुक्रोज निकालें चींटियों 2 डी भूख से मर करने के लिए प्रयोगों से पहले, जिससे उनकी प्रेरणा में सुधार.

2. चींटियों का चयन और दोहन

नोट: चींटियों के दोहन के लिए, एक कस्टम धारक की जरूरत है । यह एक कटौती क्षैतिज से जुड़ी खोलने के साथ मॉडलिंग क्ले और एक गत्ता का उपयोग कर निर्माण किया जा सकता है । गत्ते की ऊपरी सतह आंशिक रूप से मोम के साथ लेपित किया जाना चाहिए, कीट पिन की अनुमति फिक्सिंग के दौरान संलग्न किया जाना है । सावधान हैंडलिंग इस प्रोटोकॉल के हर कदम (रखरखाव, परिवहन, और प्रयोग सहित) के लिए आवश्यक है, लेकिन विशेष रूप से जब चींटियों का दोहन, उंहें प्रशिक्षण से पहले तनाव के उच्च स्तर के विषय में से बचने के लिए ।

  1. चींटियों कि खाने के लिए प्रेरित कर रहे हैं का चयन करने के लिए, भागने को रोकने के लिए PTF राल के साथ कवर दीवारों के साथ (लगभग 14 सेमी x 8 सेमी x 5 सेमी) एक छोटे से बॉक्स के अंदर सुक्रोज की एक बूंद (२०० g/L) के साथ एक स्लाइड जगह । घोंसले से लकड़ी या मरी हुई चीटियों को ले जाने वाली चींटियों का चयन न करें । इसके बजाय, चींटियों कि घोंसले की दीवारों को रेंगने ले जा रहे हैं, क्योंकि इन अधिक करने के लिए घोंसला खाने के लिए खोज करने के लिए छोड़ने की कोशिश कर रहे है चारा होने की संभावना है ।
  2. बॉक्स में एक चींटी प्लेस और अगर यह सुक्रोज ड्रॉप पर फ़ीड देखने के लिए प्रतीक्षा करें । यदि ऐसा होता है, तो तुष्टि को रोकने के लिए उसे तुरंत दूसरे खाली डब्बे में ट्रांसफर कर दें.
  3. एक अलग ट्यूब के लिए प्रत्येक चींटी हस्तांतरण । 1-2 मिनट के लिए फ्रीजर में प्रत्येक ट्यूब प्लेस, या कुचल बर्फ में 5 मिनट के लिए, चींटी को स्थिर करने के लिए ।
  4. होल्डर में मैटीरियल चींटी, गत्ते पर काटे के माध्यम से, उसके सिर और छाती के बीच संयुक्त करके रखें । सुनिश्चित करें कि एंटीना सिर के किनारे पर बने रहें, कार्डबोर्ड के शीर्ष पर मोम की परत में एंबेड किए गए कीट पिन का उपयोग करें ।
  5. चींटी के सिर को एक कीट पिन की नोक मोम के लिए एक कस्टम बनाया हीटिंग तत्व का प्रयोग करें, कार्डबोर्ड के समानांतर । इस प्रक्रिया के दौरान, उन्हें किसी भी क्षति खर्च करने से बचने के लिए हीटिंग तत्व तार के साथ एंटीना स्पर्श नहीं करते.
  6. मोम सूख जाता है के बाद, कीट पिन पकड़े और ध्यान से धारक से चींटी को हटा दें ।
  7. कीट एक मॉडलिंग मिट्टी के सिलेंडर में चींटी पकड़ पिन ठीक है और यह सुनिश्चित करने के नीचे एक कस्टम निर्मित प्लास्टिक धारक को ठीक, चींटी एक ठेठ खड़े मुद्रा का कहना है और है कि पूरे शरीर के सिर को छोड़कर जाने के लिए स्वतंत्र है ।
  8. ट्रेनिंग से पूर्व कम से 2 ज के लिए उपयोग की जाने वाली चींटियों को अंधकार में रखें ।

3. प्रशिक्षण और परीक्षण

  1. सेट अप, उत्तेजना वातानुकूलित, और बिना शर्त उत्तेजना
    1. एक सफेद एक्रिलिक बॉक्स में प्रयोगों का संचालन (५० x ५० x ५० सेमी), प्रयोगकर्ता के लिए उपयोग की अनुमति के लिए मोर्चे पर खुला । एक कैमरे के साथ चींटी का व्यवहार रिकॉर्ड ।
      1. बॉक्स की ऊपरी सतह में एक छेद के माध्यम से, सीधे चींटी के ऊपर एक स्थूल लेंस के साथ कैमरा रखें ।
      2. किसी भी बाहरी दृश्य संकेतों को कम करने के लिए, एक प्रकाश स्रोत एक्रिलिक बॉक्स (२ २६-W रोशनी) के शीर्ष करने के लिए सीधे ओर इशारा करते हुए अंधेरे में कमरे रखने के लिए ।
    2. एक दृश्य क्यू के रूप में प्रयोग करें (सीएस) एक उज्ज्वल नीले ( चित्रा में एससी) गत्ता आयत (६० x ४५ mm) एक सुई के लिए अपने केंद्र में संलग्न एक सिरिंज (2 मिलीलीटर) के साथ जुड़ा हुआ है जिसके साथ अमेरिका (सुक्रोज २०० g/L) मैन्युअल रूप से चींटी को दिया जाता है (आंकड़ा 1a और 1b ).
      नोट: सुक्रोज समाधान किसी भी सफेद चीनी के साथ बनाया जा सकता है, बशर्ते कि यह रंग और गंध नहीं है जब पानी में घुल ।
    3. एक यादृच्छिक क्रम में, समानांतर में प्रशिक्षण के दो प्रकार के आचरण, बनती और ख़राब (नीचे विवरण देखें) ।
      नोट: इस अध्ययन में हमने विजुअल क्यू की प्रकृति पर ध्यान नहीं दिया । क्यू और इनाम के बीच केवल एसोसिएशन को ही ध्यान में रखा गया । रंग और आकार परीक्षण नहीं किया गया, और यह संभावना है कि अन्य सुविधाओं के साथ एक सीएस इसी तरह के परिणाम का उत्पादन होगा. फिर भी, नीले रंग क्योंकि चींटियों एक ही जीनस से तरंग दैर्ध्य कि नीले रंग18कवर करने के लिए संवेदनशील होने के लिए दिखाया गया है चुना गया था ।
  2. युग्मित प्रशिक्षण
    नोट: युग्मित प्रशिक्षण में, सीएस और हमें हर परीक्षण में प्रस्तुत कर रहे हैं, एक दूसरे के साथ जुड़े (चित्रा 1C) ।
    1. चींटियों रिकॉर्डिंग शुरू करने के लिए सीएस पेश करने से पहले 10 एस यह सुनिश्चित करें कि चींटियों अनायास प्रस्तुति से पहले मलेर प्रदर्शन नहीं कर रहे हैं । यदि चींटियों इस अवधि के दौरान मलेर प्रदर्शन करते हैं, कुछ सेकंड के लिए परीक्षण स्थगित । यदि कोई चींटी इस व्यवहार को लगातार दिखाती है तो उसे विश्लेषण से बहिष्कृत कर दें ।
    2. के लिए चींटी के सामने सिरिंज + सीएस ले जाएँ ~ 10 एस, चींटी के चेहरे के बीच रखा सुई की नोक के साथ और ऊपर की एक अधिकतम 5 मिमी और प्रत्येक पक्ष के लिए. इस समय के दौरान, चींटी के सिर के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में सुई की नोक हटो, लेकिन एंटीना (आंकड़ा 1b) को छूने के बिना.
      नोट: गति शामिल किया गया था जब सीएस पेश है क्योंकि यह मधुमक्खियों6में दृश्य साहचर्य सीखने में एक भूमिका निभा दिखाया गया है ।
    3. दबाव लागू करने के लिए सिरिंज टिप से सुक्रोज की एक ही बूंद और सुक्रोज की बूंद के बगल में एंटीना और mouthparts चींटी सुक्रोज का पता लगाने के लिए अनुमति देने के लिए जगह है । चींटी के बारे में 5 एस के लिए फ़ीड की अनुमति दें ।
      नोट: प्रत्येक परीक्षण में सुक्रोज चींटियों की मात्रा का सेवन इन प्रयोगों में नियंत्रित नहीं किया गया. सुक्रोज की बूंद है जिस पर चींटियों फ़ीड के लिए उंहें स्वतंत्र रूप से के बारे में 5 एस के लिए फ़ीड की अनुमति काफी बड़ा होना चाहिए ।
    4. इस प्रक्रिया को दोहराएं 10x, 5 मिनट की एक आईटीआई के साथ ।
      नोट: इन प्रयोगों में, चींटियों हमेशा सही करने के लिए बदल रहे थे, एक्रिलिक बॉक्स के खुले पक्ष के करीब उनकी दाईं आंख के साथ । इसलिए सीएस ने हमेशा अपनी दाईं ओर से चींटियों से संपर्क किया । हालांकि यह सीखना अमान्य नहीं है, इन प्रयोगों को छोड़ दिया और आधा सही करने के लिए चींटियों के आधे मोड़ द्वारा आयोजित किया जा सकता है, किसी भी संभव lateralization प्रभाव से बचने के लिए.
  3. नहीं बिगड़ा प्रशिक्षण
    नोट: इस प्रशिक्षण चींटियों को या तो सीएस या अमेरिका अलग से पेश करने में होते हैं, इन दो उत्तेजनाओं जा रहा है, इस प्रकार, समय के साथ एक दूसरे से असंबद्ध (चित्रा 1 d) ।
    1. प्रत्येक परीक्षण से पहले चींटियों 10 एस रिकॉर्डिंग शुरू करो ।
    2. एक ही रूप में युग्मित प्रशिक्षण में सीएस प्रस्तुत लेकिन चींटी को सुक्रोज उद्धार नहीं है ।
    3. २.५ मिनट के बाद, mouthparts के लिए सीधे अमेरिका उद्धार (भी एंटीना छू) सीएस संलग्न बिना एक सिरिंज का उपयोग कर ।
    4. एक सीएस परीक्षण के साथ शुरू करें और इस प्रक्रिया के प्रत्येक प्रकार के लिए 10x दोहराने, उंहें २.५ मिनट की एक आईटीआई के साथ intercalating ।
  4. परीक्षण
    नोट: एक परीक्षण केवल 1x आयोजित किया जाना चाहिए, या तो 10 मिनट या 1 एच पिछले प्रशिक्षण के परीक्षण के बाद; एक परीक्षण में चींटी सीएस के साथ नहीं बल्कि अमेरिका के साथ प्रस्तुत किया है साहचर्य पहले से गठित स्मृति के विलुप्त होने के कारण सकता है ।
    1. चींटियों रिकॉर्डिंग शुरू 10 एस परीक्षण से पहले ।
    2. लगभग 10 एस के लिए चींटी को सीएस प्रस्तुत करते हैं ।
    3. यह सुनिश्चित करें कि चींटी अभी भी परीक्षण के बाद सुक्रोज वितरित करके खिलाने के लिए प्रेरित किया है ।

4. डेटा संग्रह और विश्लेषण

  1. रिकॉर्ड चींटी के व्यवहार, ऊपर से, प्रत्येक परीक्षण से पहले 10 एस और सीएस और अमेरिका प्रस्तुतियों के दौरान । सुनिश्चित करें कि सभी परीक्षणों और परीक्षणों के पीछे विश्लेषण के लिए दर्ज कर रहे हैं ।
  2. प्रशिक्षण और परीक्षण के दौरान की गई रिकॉर्डिंग का उपयोग करना, सीएस प्रस्तुति के 10 एस के दौरान चींटियों की प्रतिक्रियाएं स्कोर ।
  3. तीन प्रकार के व्यवहार में सीएस प्रस्तुति के दौरान चींटियों की प्रतिक्रियाओं को अलग करें, एक्सटेंशन और mouthparts के आंदोलन पर निर्भर करता है: आंदोलन के साथ पूर्ण विस्तार (स्त्री) के रूप में अगर खिला, आंदोलन के बिना पूर्ण विस्तार (FE) या आंशिक विस्तार (पीई) के जबडा-labium या दाढ़ की हड्डी palps (चित्रा 2a - 2d) । विश्लेषण के लिए, सभी मलेर प्रकारों को एकल प्रतिसाद (आरेख 2E) के रूप में समूहीकृत करें.
  4. किसी भी चींटी है कि हर परीक्षण और परीक्षण में फ़ीड नहीं बाहर निकालें ।
    नोट: विश्लेषण के लिए, एक सांख्यिकीय परीक्षण है कि खाते में व्यक्तिगत चींटियों लेता है की सिफारिश की है, जिससे व्यक्तियों के भीतर परिवर्तनशीलता के लिए लेखांकन । जब एक बाइनरी तरीके से प्रशिक्षण के दौरान चींटियों प्रतिक्रियाओं वर्गीकृत (1 सकारात्मक प्रतिक्रियाओं के लिए और 0 कोई प्रतिक्रिया के लिए), रसद प्रतिगमन मिश्रित प्रभाव के साथ16,19सलाह दी जाती है । प्रत्येक प्रशिक्षण परीक्षण या परीक्षण में जवाब चींटियों के अनुपात की तुलना के लिए, एक जीपरीक्षण या फिशर सटीक परीक्षण की सिफारिश की है, चींटियों की संख्या पर निर्भर करता है16,20का विश्लेषण किया ।

Representative Results

शास्त्रीय कंडीशनिंग प्रयोगों के दौरान, सीएस जानवरों में एक सहज प्रतिक्रिया पैदा नहीं करना चाहिए । प्रयोगों में हम आयोजित की, केवल 3%-चींटियों के 4% पहले परीक्षण पर दृश्य संकेत के जवाब में मलेर प्रदर्शन किया, प्रशिक्षण के लिए पहले । चींटियों कि एक जोड़ी प्रशिक्षण के दौर से गुजर रहे थे सीएस (चित्रा 3; रसद प्रतिगमन, N = ५१, स्वतंत्रता के अंश (df) = ५०७, z = ५.९४९, p < ०.०१) के जवाब में तेजी से अधिक मलेर प्रदर्शन किया । जोड़ा चींटियों का प्रतिशत है कि सीएस का जवाब ५०% के आसपास पठारी, तीसरे परीक्षण के बाद से । इसके विपरीत, न बिगड़ा चींटियों को प्रशिक्षण के दौरान मलेर में कोई उल्लेखनीय वृद्धि (आंकड़ा बी12, रसद प्रतिगमन, एन = 29, df = २८७, z = ०.७५८, p = ०.४५) दिखाया । दृश्य संकेत करने के लिए प्रतिक्रिया में मलेर की पुनरावृत्ति काफी अधिक थी के दौरान बिगड़ा प्रशिक्षण (रसद प्रतिगमन, N = ८०, df = ७९६, z =-५.३०६, p < ०.०१), जो पहले (तालिका 1) को छोड़कर हर परीक्षण के लिए सही था ।

उनके लघु और एक मध्यावधि स्मृति15की जांच के लिए, चींटियों या तो 10 मिनट या 1 घंटे के अंतिम प्रशिक्षण परीक्षण के बाद परीक्षण किया गया । दोनों परीक्षणों के लिए, सीएस के जवाब में मलेर प्रदर्शन चींटियों का अनुपात काफी अधिक था जब वे न बिगड़ा प्रशिक्षण (चित्रा 3 सी और 3 डीके बजाय जोड़ा गया था; तालिका 1) ।

प्रशिक्षण के दौरान, व्यक्तिगत चींटियों संख्या और मलेर के प्रकार में पर्याप्त भिन्नता है कि वे प्रदर्शित (चित्रा 4a और 4B) दिखाया. युग्मित चींटियों का केवल 14% के दूसरे या तीसरे परीक्षण से हर परीक्षण में जवाब दिया, जबकि सबसे चींटियों परीक्षण जिसमें वे जवाब दिया और जिसमें वे नहीं था के बीच वैकल्पिक । उन प्रशिक्षण परीक्षणों में चींटियों का जवाब है, जो डिग्री के लिए वे बढ़ाया और उनके mouthparts विविध स्थानांतरित कर दिया । इसलिए, हम तीन विभिंन प्रकार में मलेर विभाजित: फेम, FE, या पीई । आमतौर पर, चींटियों या पीई अधिक बार FE की तुलना में प्रदर्शन किया । हालांकि, केवल कुछ चींटियों लगातार एक ही प्रकार की प्रतिक्रिया का प्रदर्शन किया; ज्यादातर मामलों में, चींटियों मलेर वे प्रदर्शन (4 चित्रा) के प्रकार पर थोड़ा स्थिरता दिखाई ।

Figure 1
चित्रा 1 : प्रायोगिक सेट अप एवं प्रशिक्षण योजना । (एक) एक कीट एक मॉडलिंग क्ले सिलेंडर (नारंगी) से जुड़ी पिन को मोम के साथ चींटी फिक्स और यह नीचे एक कस्टम धारक की जगह एक प्राकृतिक रुख की अनुमति है । यह एक सफेद एक्रिलिक दो प्रकाश स्रोतों से प्रबुद्ध बॉक्स के अंदर प्लेस, सीधे एक कैमरे के नीचे । वातानुकूलित उत्तेजना (सीएस) एक गत्ता (नीला वर्ग) सिरिंज है कि बिना शर्त उत्तेजना (अमेरिका), एक चीनी इनाम उद्धार से जुड़ी के रूप में प्रयोग करें । इनसेट होल्डर में एक चींटी का क्लोज-अप देखने को पता चलता है । (ख) सिरिंज सुई की नोक चींटी के सिर के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में ले जाया गया है, लेकिन इस योजनाबद्ध में दिखाया के रूप में एंटीना को छूने के बिना. या तो के माध्यम से चींटियों ट्रेन (सी) बनती या (घ) ख़राब प्रशिक्षण । यह आंकड़ा फर्नांडीस एट अल से संशोधित किया गया है । 16. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 : लकड़ी चींटियों के जबडा-Labium एक्सटेंशन प्रतिक्रिया । वीडियो रिकॉर्डिंग से अलग फ्रेम प्रशिक्षण के दौरान चींटियों के मुंह भाग आंदोलनों दिखाते हैं । (क) इस पैनल कोई जवाब नहीं दिखाता है । (B) यह पैनल glossa में समाप्त होने वाले जबडा-labium का पूर्ण विस्तार (FE) दिखाता है । (ग) यह पैनल केवल दाढ़ की हड्डी palpus दिखाई के साथ एक आंशिक विस्तार (पीई) दिखाता है । (घ) यह पैनल जबडा-labium संरचनाओं का आंशिक विस्तार (पीई) दिखाता है । (ई) चींटियों युग्मित प्रशिक्षण (N = ५१) आंदोलन के साथ एक पूर्ण विस्तार प्रदर्शन (फेम, डार्क ब्राउन), एक FE (मध्य ब्राउन) या एक पीई (हल्के भूरे रंग) । यह आंकड़ा फर्नांडीस एट अल से संशोधित किया गया है । 16. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3 : लकड़ी चींटियों एक चीनी इनाम के साथ युग्मित एक दृश्य क्यू की साहचर्य यादें फार्म । (क) युग्मित चींटियों का प्रतिशत (N = ५१) सीएस प्रस्तुति के जवाब में मलेर प्रदर्शन काफी प्रशिक्षण भर में वृद्धि हुई । (B) मलेर प्रदर्शन करने वाले चींटियों का प्रतिशत ख़राब प्रशिक्षण (N = 29) में काफी वृद्धि नहीं हुई. चींटियों का परीक्षण किया गया (C) 10 मिनट (युग्मित: n = 15; न बिगड़ा हुआ: n = 15) या (D) 1 घंटा (युग्मित: n = 15; न बिगड़ा हुआ: n = 14) अंतिम प्रशिक्षण परीक्षण के बाद । के दौरान और युग्मित या ख़राब प्रशिक्षण के बाद सीएस को जवाब चींटियों का प्रतिशत भूरे या भूरे रंग में, क्रमशः प्रतिनिधित्व कर रहे हैं । मलेर के तीन प्रकार के अंधेरे में प्रतिनिधित्व कर रहे है (फेम), मध्यम (FE), और प्रकाश (पीई) टन । यह आंकड़ा फर्नांडीस एट अल से संशोधित किया गया है । 16. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : प्रशिक्षण के दौरान चींटियों का व्यक्तिगत प्रदर्शन. इन पैनलों (क) युग्मित चींटियों और (ख) के व्यक्तिगत प्रदर्शन चींटियों दिखाई । मलेर के तीन प्रकार के अंधेरे में प्रतिनिधित्व कर रहे है (फेम), मध्यम (FE), और प्रकाश (पीई) भूरे या भूरे रंग । यह आंकड़ा फर्नांडीस एट अल से संशोधित किया गया है । 16. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

परीक्षण एन लोमो जी (समायोजित) पी
1 ८० ना ना > 0.1
2 ८० 1 ३.८६ < 0.05
3 ८० 1 ८.४१ < 0.01
4 ८० 1 ६.६३ < 0.01
5 ८० 1 ८.४१ < 0.01
6 ८० 1 ७.५ < 0.01
7 ८० 1 १०.६९ < 0.01
8 ८० 1 ११.७६ < 0.01
9 ८० 1 १७.१३ < 0.01
10 ८० 1 १७.१३ < 0.01
10 min ५९ 1 ५.५ < 0.05
1 ज ५९ 1 ४.४२ < 0.05

तालिका 1: मलेर प्रतिक्रियाओं की तुलना चींटियों कि युग्मित और ख़राब प्रशिक्षण आया था के बीच सीएस के लिए, प्रत्येक परीक्षण और परीक्षण के लिए. चींटियों की संख्या (एन), स्वतंत्रता की डिग्री (df), स्वतंत्रता की जी-परीक्षा (जी) और पी-वैल्यू को दर्शाया गया है । पहले परीक्षण एक फिशर सटीक परीक्षण के साथ विश्लेषण किया गया था । इस तालिका को फर्नांडीस एट अल से संशोधित किया गया है । 16.

Discussion

शास्त्रीय कंडीशनिंग सीखने और स्मृति का अध्ययन करने के लिए सबसे अच्छी तरह से स्थापित मानदंड में से एक है । प्रोटोकॉल हम यहां प्रस्तुत हनी मधुमक्खी श्रमिकों2,3 और बाद में ऐसे भौंरा, फल मक्खियों, जो भी 10 सीखने के लिए एक readout के रूप में प्रति उपयोग के रूप में कई अंय प्रजातियों, के साथ प्रयोग के लिए डिजाइन प्रतिमान का एक अनुकूलन है ,11, और टिड्डियां और चींटियों, जो उपयोग और मलेर, क्रमशः12,13। इस प्रोटोकॉल का उपयोग कर, यह दोहन लकड़ी चींटियों ट्रेन के लिए एक दृश्य क्यू और एक चीनी इनाम और इस छोटे-(10 मिनट) और मध्यम अवधि (1 घंटे)16स्मृति की अवधारण का विश्लेषण के बीच संघ को जानने के लिए संभव है ।

किसी भी व्यवहार प्रयोग में, यह महत्वपूर्ण कदम है कि जानवरों की प्रतिक्रियाओं में परिवर्तनशीलता को कम कर सकते है खाते में लेने के लिए आवश्यक है । यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल में, प्रशिक्षण से पहले और दौरान परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए कई उपाय किए जाते हैं । प्रयोगों के शुरू होने से पहले, कॉलोनी में कम से दो दिन के लिए भूखे रहने की जरूरत है और चींटियों को होल्डिंग बॉक्स में एक चीनी की बूंद से खाने की इच्छा के आधार पर चयन किया जाना चाहिए । इस तरह चींटियों का चयन करने के लिए प्रशिक्षण चींटियों कि फ़ीड के लिए प्रेरित कर रहे है की संभावना को अधिकतम करना है । सावधान हैंडलिंग भी एक महत्वपूर्ण विचार है क्योंकि यह तनाव के स्तर को कम करने में मदद कर सकते हैं, जो सीखने बाधित अगर यह भी तीव्र है21। इस अंत करने के लिए, चींटियों ठंड के साथ anesthetized होना चाहिए के लिए स्थिर whilst रहने के दोहन किया जा रहा है, क्योंकि किसी भी आंदोलन (बचने के लिए) इस प्रक्रिया के दौरान तनाव का एक स्रोत हो सकता है । इसके अलावा, चींटी और मोम के बीच संपर्क कम होना चाहिए, एंटीना और गर्म मोम या तार, जो नुकसान का कारण बन सकता है के बीच संपर्क से परहेज । हालांकि इन टिप्पणियों को औपचारिक रूप से विश्लेषण नहीं किया गया है, एंटीना सीखने के दौरान एक विशिष्ट पैटर्न के साथ स्थानांतरित करने के लिए लग रहा था.

प्रयोगों के दौरान, चीनी के सावधान वितरण भी चींटियों को प्रेरित रखने के लिए महत्वपूर्ण है । फिर, whilst यह औपचारिक रूप से विश्लेषण नहीं किया गया है, अचानक भोजन वितरण के लिए चींटी है, जो बारी में प्रेरणा और सीखने की कमी के नेतृत्व में अतिरिक्त तनाव का कारण लग रहा था । इसके अलावा, प्रशिक्षण के दौरान दिया सुक्रोज एक कम एकाग्रता का होना चाहिए (२०० g/L) प्रशिक्षण और परीक्षण के अंत से पहले तुष्टि से बचने के लिए. यह मलेर एक अच्छा उंमीदवार बिना शर्त प्रतिक्रिया है, क्योंकि एक साथ दृश्य क्यू करने के लिए इस प्रतिक्रिया के एक कम सहज प्रदर्शन के साथ, यह भी परीक्षण पर संतृप्त नहीं करता है की अनुमति देता है । अंत में, सबसे शास्त्रीय कंडीशनिंग अध्ययन के विपरीत2,3,5,6,7,8,9,10, 11 , 12 , 13, हम प्रयोग के अंत तक समय पर एक चींटी प्रशिक्षित, यह परीक्षणों के बीच जगह में छोड़ने के बजाय इसे हटाने के लिए एक और चींटी परीक्षण । कई चींटियों प्रशिक्षण एक साथ अधिक चर परिणाम है, जो तनाव में वृद्धि के कारण हो सकता है और/या दृश्य दृश्यों का पूरा परिवर्तन की वजह से जानकारी के बीच संघर्ष लग रहा था । प्रत्येक प्रयोग की अवधि को कम करने के लिए हमने 10 मिनट के आईटीआई के बजाय 5 मिनट का आईटीआई इस्तेमाल किया जो सबसे शास्त्रीय कंडीशनिंग स्टडीज16में इस्तेमाल किया जाता है । हालांकि इन सभी बातों को यह सुनिश्चित करने में मदद करनी चाहिए कि चींटियों को प्रशिक्षण के दौरान खिलाने और सीखने के लिए प्रेरित किया जाए, कुछ परिवर्तनशीलता को टाला नहीं जा सकता । हम चींटियों कि सामांय सामाजिक, appetitive है, और गतिवान व्यवहार और विश्लेषण से चींटियों को छोड़कर लगता है कि वे एक प्रशिक्षण परीक्षण या परीक्षण पर फ़ीड करने में विफल का उपयोग करने की सलाह देते हैं ।

इस अध्ययन में सीएस की प्रकृति का परीक्षण नहीं किया गया । हालांकि हम एक नीले दृश्य उत्तेजना का इस्तेमाल किया है क्योंकि एक ही जीनस के चींटियों इन तरंग दैर्ध्य18के प्रति संवेदनशील हैं, अंय रंग भी एक इनाम के साथ सहयोग में सीखा जा सकता है । इसके अलावा प्रयोगों को पूरी तरह से देखा जा रहा है और इस सेट अप में सीखा रंग की विशेषता की आवश्यकता होगी । यह अलग आकृति और दृश्य क्यू के आकार के लिए भी सही है । हम परीक्षण नहीं किया है अगर ' चींटियों स्थानिक संकल्प को अलग दृश्य उत्तेजना ' चींटियों आंखें यह पर प्रस्तुत किया गया था से दूरी पर यहां प्रस्तुत भेद के लिए पर्याप्त होगा । हालांकि लकड़ी ' चींटियों यौगिक आंखें आकार और पहलुओं की संख्या के संदर्भ में वर्णित किया गया है22, हमारे ज्ञान के लिए, उनके स्थानिक संकल्प पूरी तरह से अभी तक वर्णित नहीं किया गया है । हालांकि, यह Melophorus magoti23के लिए गणना की गई है । लकड़ी ' चींटियों, या अंय परीक्षण कीड़ों ' आंखों की एक समान लक्षण वर्णन मनाया जा रहा है और जानवरों द्वारा सीखा दृश्य क्यू की सुविधाओं की एक स्पष्ट जांच करने के लिए योगदान होगा । इसके अलावा, हम प्रस्ताव जब चींटी को दृश्य उत्तेजना पेश शामिल है क्योंकि यह शास्त्रीय कंडीशनिंग6के दौरान मधुप साहचर्य सीखने में एक भूमिका निभा दिखाया गया है । हालांकि, इस अध्ययन में यह भी परीक्षण नहीं किया गया था और कीड़े चलने की तुलना में कीड़े उड़ान के विभिन्न आंदोलन प्रकृति के कारण, मधुप और चींटी दृश्य शास्त्रीय कंडीशनिंग के बीच मतभेद मनाया जा सकता है.

एक अंतिम ध्यान दें पर, हम लंबे समय तक स्मृति प्रतिधारण की जांच करने में असमर्थ रहे क्योंकि चींटियों के प्रशिक्षण के बाद इस तरह के लंबे समय के लिए दोहन किया जा रहा जीवित नहीं था । हालांकि, प्रयोगों के बाद के सेट में, हम चींटियों को जीवित रखा है और खाने के लिए प्रेरित किया और जब दोहन जानने के लिए और उन्हें एक अंधेरे और आर्द्र वातावरण में रातोंरात छोड़ दिया (उन पर एक बॉक्स रखकर). इसलिए, इस प्रतिमान के लिए लकड़ी चींटियों के दीर्घकालिक स्मृति प्रतिधारण जानने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लघु और मध्यम अवधि के अलावा स्मृति ।

इस सरल सामांय शास्त्रीय कंडीशनिंग मानदंड से अनुकूलित प्रक्रिया के साथ, यह अधिग्रहण और दोहन लकड़ी चींटियों में दृश्य यादों के प्रतिधारण, जो मुक्त घूम जानवरों का उपयोग कर मानदंड में व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है का अध्ययन करने के लिए संभव है । इस प्रतिमान के लिए एक बहुत अच्छी तरह से कीट नेविगेशन के लिए मॉडल की स्थापना में दृश्य सीखने के तंत्रिका आधार का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया जा करने की क्षमता है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखकों बहुमूल्य संग्रह और लकड़ी चींटी कालोनियों के रखरखाव के बारे में जानकारी साझा करने के लिए टॉम Collett और Cornelia Buehlmann धंयवाद । लेखक भी इस लेख के पिछले संस्करणों पर टिप्पणी के लिए जस्टिन Crevel धंयवाद ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fluon Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK ACS 109; ACS 112; ACS 114 For preventing insects from scaping
Crickets Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK LZJ 217 Given to the ant colonies as protein source
Natural Pine Rosin/Resin  Minerals-water Ltd, Rainham, UK 500g Given to the ant colonies for sanitation
Austerlitz Insect Pin Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany 26000-40 For harnessing ants
High speed camera Edmund Optics Inc., Barrington, USA eo-13122M MaLER recordings during training and testing
Macrolens Cannon, Surrey, UK EF 100 mm f/2.8 L Macro IS USM MaLER recordings during training and testing
Software IDS Imaging Development Systems GmbH uEye64 MaLER recordings during training and testing
Blue Cardboard john smith's at Union Store, University of Sussex JACK-PJM41358 Constitutes de conditional stimulus
Syringe Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK BD Plastipak 300185case; Product Code.12369289 US and CS (attached) presentation
Needle (0.5 x 16 mm) Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK BD Microlance 300600; Product Code:10442204 US and CS (attached) presentation

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References

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व्यवहार समस्या १४० दृश्य संकेत appetitive कंडीशनिंग लर्निंग मेमोरी मलेर Formica rufa

Erratum

Formal Correction: Erratum: Visual Classical Conditioning in Wood Ants
Posted by JoVE Editors on 12/31/1969. Citeable Link.

An erratum was issued for: Visual Classical Conditioning in Wood Ants. The Acknowledgments section was updated, and a supplemental figure was added.

The Acknowledgments sections was updated from:

The authors thank Tom Collett and Cornelia Buehlmann for sharing valuable information regarding collection and maintenance of wood ant colonies. The authors also thank Justine Crevel for commenting on previous versions of this article.

to:

The authors thank Tom Collett and Cornelia Buehlmann for sharing information regarding collection and maintenance of wood ant colonies. The authors also thank Justine Crevel for commenting on previous versions of this article, and Nora Nevala for measuring the spectrum intensity of the visual stimulus. This work was supported by a BBSRC grant to JEN (grant number BB/R005036/1). All the data pertaining to this manuscript are published in the University of Sussex Research Data Repository online database (10.25377/sussex.5794386).

The following supplemental figure was added to the end of the Representative Results section:

Supplemental Figure 1
Figure S1: Normalized intensity of the conditional stimuli (CS). The CS has a peak intensity at 545 nm (in the green range) and another at 435 nm (in the blue range).

दृश्य शास्त्रीय लकड़ी चींटियों में कंडीशनिंग
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D. Fernandes, A. S., Buckley, C. L., … More

D. Fernandes, A. S., Buckley, C. L., Niven, J. E. Visual Classical Conditioning in Wood Ants. J. Vis. Exp. (140), e58357, doi:10.3791/58357 (2018).

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