Tactile Conditioning und Bewegungsanalyse der antennalen Sampling Strategies In Honey Bees ( Apis mellifera L.)

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, zu zeigen, wie Honigbienen auf taktile Reize konditioniert werden können, und eine 2D-Motion-Capture-Technik zur Analyse der Kinematik von Feinskalen und 10 Probenahmemustern einzuführen. Zu Beginn des Verfahrens müssen frei fliegende Bienen vor ihrem Bienenstock eingefangen werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Bienen in Metallröhren einzuspannen und ihre Augen mit weißer Farbe zu verschließen.

Anschließend werden die Bienen mit dem klassischen Konditionierungsverfahren auf taktile Reize trainiert. Der letzte Schritt besteht darin, die Antennenbewegung der konditionierten Biene mit einer digitalen Videokamera aufzuzeichnen. Letztendlich wird 2D-Motion-Capturing in MATLAB verwendet, um Veränderungen im Bewegungsverhalten einer Antenne bei Honigbienen sowohl nach assoziativen als auch nach nicht-assoziativen taktilen Lernparadigmen zu analysieren.

Diese Methode kann verwendet werden, um die taktile Unterscheidung und Wahrnehmung bei verschiedenen veränderlichen Spezies zu untersuchen. Sie kann Veränderungen durch nicht-assoziatives taktiles Lernen von Veränderungen unterscheiden, die durch assoziatives Lernen wie z.B. während der Konditionierung entstehen. Im Allgemeinen werden Individuen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten haben, da die Bienen sehr vorsichtig behandelt werden müssen und das Timing der taktilen Konditionierungsprozedur entscheidend ist.

Die Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der aktiven Berührungssensorik zu beantworten. Es verwendet ein natürliches Reflexverhalten als Meldeverhalten, das es uns ermöglicht zu sagen, ob das Tier zwischen zwei taktilen Reizen unterscheiden kann oder nicht. Sammeln Sie die Bienen direkt vom Bienenstockeingang aus.

Fangen Sie jede Biene in einem Glasfläschchen, das mit einem Schaumstoffstopfen verschlossen ist, und bringen Sie sie sofort ins Labor, um sie im Labor weiter zu handhaben. Kühlen Sie die Bienen kurz in einem vier Grad Celsius heißen Kühlschrank ab, bis sie Anzeichen von Unbeweglichkeit zeigen. Zuerst legst du jede Biene auf ein Metallrohr ruhig

Legen Sie Klebeband um den Kopf und den Brustkorb sowie über den Bauch. Vergewissern Sie sich, dass der Probus und eine Antenne frei beweglich sind, um die Sicht der Biene zu versperren. Malen Sie die Facettenaugen und Selli mit weißer Farbe an.

Geben Sie einen kleinen Tropfen geschmolzenes Wachs zwischen den Kopf und das Klebeband, um zu verhindern, dass sich der Kopf bewegt. Während der Aufnahmen. Zur leichteren Identifizierung markieren Sie das Klebeband jeder Honigbiene mit einer Nummer und legen Sie das Röhrchen in eine feuchte Atmosphäre, um ein Austrocknen zu verhindern.

Zum Schluss füttern Sie jede Biene mit einer Spritze mit 30%iger Saccharoselösung fünf Sekunden lang und lassen Sie sie 30 Minuten lang erholen. Bevor Sie mit dem taktilen Konditionierungsprotokoll beginnen, testen Sie vor der Konditionierung jedes B auf die PSIS-Extensionsreaktion oder PER. Wenden Sie dazu einen 30%igen Saccharose-Stimulus auf die Antennen an, um eine korrekte Reaktion zu erzielen.

Die Spitze des Psis muss eine virtuelle Linie zwischen den geöffneten Mandibeln kreuzen. Für die Studie werden nur Bienen mit einem korrekten PER verwendet. Für die taktile Konditionierung werden metallische Oberflächenstrukturen als konditionierter Stimulus oder cs verwendet.

Ihre Oberfläche kann glatt oder gerillt sein, um eine andere Textur zu erzeugen. Der unkonditionierte Stimulus oder US ist eine 30%ige Saccharoselösung. Legen Sie den Messingwürfel in eine Halterung an einem Mikromanipulator.

Dies ermöglicht eine exakte Positionierung während des Konditionierungsvorgangs. Sobald der taktile Reiz montiert ist, platzieren Sie eine Biene vor dem Mikromanipulator. Positionieren Sie dann die Cs langsam so, dass die Oberfläche des taktilen Reizes parallel zum Kopf der Biene ist.

Die Biene sollte in der Lage sein, den taktilen Reiz in einer bequemen Position sowohl mit einer Antenne abzutasten. Um den Konditionierungsvorgang zu starten, lassen Sie die Perle fünf Sekunden lang den taktilen Reiz scannen. Nach den ersten drei Sekunden verwenden Sie eine Spritze, um einen Tropfen der 30%igen Saccharoselösung unter den Rüssel zu geben.

Heben Sie den Probus mit der Spitze der Spritze vorsichtig an. Diese Stimulation sollte das unkonditionierte PER hervorrufen. Lassen Sie die Biene die Saccharose lecken.

Belohnung für eine Sekunde. Fahre mit der Konditionierung fort, bis die Biene fünf Paarungen erhält. Nach den ersten belohnten Paarungen sollten Bienen beginnen, auf die CS-Präsentation zu reagieren, indem sie ihre PSIS erweitern, was darauf hinweist, dass sie die bevorstehende Belohnung erwarten.

Eine vollständig verlängerte psis, die während der ersten drei Sekunden der taktilen Reizpräsentation vor der Saccharosepräsentation beobachtet wird, wird als positive Reaktion gewertet. Abschließend wird eine Lernkurve für eine Gruppe von Bienen generiert. Zu diesem Zweck wird für jeden Versuch der Prozentsatz der Bienen, die das PER während der CS-Präsentation zeigen, aufgetragen.

Nach der Konditionierung wird eine digitale Videokamera mit einem geeigneten Makroobjektiv verwendet, um die Antennenbewegungen aufzuzeichnen. Hier verwenden wir eine basler 602 F Kamera, ausgestattet mit einem Tech Spec VZM 200 Objektiv, das mit 50 Bildern pro Sekunde über eine Firewire-Verbindung betrieben wird, und stellen die Kamera so ein, dass der angeschnallte Bienen- und Tastreiz sichtbar wird. Kalibrieren Sie als Nächstes die Kamera, indem Sie Einzelbilder eines kalibrierten Schachbretts aus verschiedenen Ausrichtungen aufnehmen.

Verwenden Sie eine spezielle Software mit einem Kamerakalibrierungstool, um die Bilder zu analysieren. Platzieren Sie nach der Kalibrierung ein einzelnes festes B unter dem Kameraobjektiv und präsentieren Sie den taktilen Stimulus. Wie bereits gezeigt.

Zeichnen Sie die Versiegelungsbewegung auf, während die Biene das Objekt scannt. Sobald die Daten gesammelt wurden, wird MATLAB verwendet, um zunächst den Bildhintergrund zu definieren und den mittleren Graustufenwert über die Zeit für jedes Pixel zu berechnen. Statische Objekte wie der feste Kopf der Biene und der taktile Reiz bilden den Bildhintergrund, indem der Bildhintergrund von jedem Frame der beweglichen Teile im Video abgezogen wird.

Im Idealfall werden die Antennen der Biene isoliert, da sie die einzigen Bereiche mit Werten ungleich Null für die weitere Verarbeitung sind. Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei den beiden größten Flächen mit Pixelwerten ungleich Null um die Antennen handelt. Es wird eine Maske erstellt, um die Antennenspitzen und das gesamte Bild zu lokalisieren, um die Fehlerquote zu reduzieren.

Eine Kombination aus Bilderosions- und Dilatationswerkzeugen wird angewendet, sobald diese Techniken den Rauschpegel reduziert haben. Eine binäre Maskenfunktion wird verwendet, um die unzusammenhängenden Bereiche zu gruppieren. Der Schwerpunkt wird für die beiden größten dieser Haufen berechnet, um zwischen der linken und der rechten Antenne zu unterscheiden.

Hier sind sie in Rot und Grün gekennzeichnet. Schließlich kann die Antennenspitze für jede Antenne als das Pixel in einem Cluster mit dem höchsten Wert in proximaler bis distaler Richtung definiert werden, es wird ein zweidimensionales Histogramm erstellt, das die räumliche Verteilung der gezeigten Spitze zeigt. Hier ist die Lernkurve der taktilen PER-Konditionierung beim Pollenfälscher.

Der Prozentsatz der positiven Antworten nach der ersten Paarung war im Vergleich zu spontanem Verhalten signifikant höher, und die Lernkurve zeigt eine Sättigung nach der dritten Belohnung. In diesem Beispiel wurde die Bewegung der Analspitze sowohl in der konditionierten als auch in der naiven Gruppe eine Minute lang in Gegenwart oder Abwesenheit des gesehenen taktilen Reizes aufgezeichnet. Hier sind spontane und Tunnelbewegungen vor der Reizpräsentation

Die Absa zeigt die laterale Position der Tunnelspitze, während die Ordinate die distale Position anzeigt. Die Farbskala gibt an, wie viel Zeit das Anin-Trinkgeld an einem bestimmten Ort verbracht hat. Gelb zeigt an, dass sehr häufige Standorte rote, weniger häufige und schwarze Standorte außerhalb der Reichweite sind.

Diese Daten zeigen, dass sowohl die Gruppe als auch die konditionierte Gruppe ihr antiles Bewegungsmuster in Gegenwart eines taktilen Stimulus im Vergleich zu ihrem spontanen Verhalten veränderten. Beachten Sie, dass der rechteckige gelbe Bereich in der Nähe der Oberfläche des Reizes anzeigt, dass die Fersenspitze der Ameise viel Zeit damit verbracht hat, die Oberfläche abzutasten. Bienen aus der konditionierten Gruppe verbrachten signifikant mehr Zeit mit ihrer Antennenspitze im Bereich des Stimulus als die naiven Bienen.

In Anlehnung an dieses Verfahren können elektrophysiologische und pharmakologische Methoden gefunden werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. was ist die neurophysiologische Grundlage für aktives Berührungsverhalten bei Honigbienen nach seiner Entwicklung? Diese Technik der taktilen Konditionierung ebnete den Weg für Forscher auf dem Gebiet der aktiven Berührungssensorik, um verschiedene Aspekte der taktilen Reizunterscheidung, aber auch des taktilen Lernens und des Gedächtnisses in Alpha Pots zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man aktives taktiles Suchen und Probenahme von Bewegungen und Insekten analysiert.

Beachten Sie, dass die Bewegungsanalyse zu einer dreidimensionalen Analyse erweitert werden kann, wenn mindestens eine weitere Kamera synchron zur ersten hinzugefügt wird.