Name: Tactile Conditioning und Bewegungsanalyse der antennalen Sampling Strategies In Honey Bees ( Apis mellifera L.) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-12T11:50:00.000+00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: Lernen Sie die taktile Konditionierung von Honigbienen und die 2D-Bewegungsanalyse ihrer antennalen Bewegungsmuster mit MATLAB. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung von Assoziationslernen und sensorischer Verarbeitung bei Apis mellifera.

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Wir danken Joachim Erber für die Einführung in die taktile Lernparadigma in Honigbienen. Diese Arbeit wurde durch den Exzellenzcluster CITEC 277, die im Rahmen der deutschen Exzellenzinitiative gefördert unterstützt.

Ein. Vorbereitung der Bienen <ol><li> Nektar oder Pollen Sammlerinnen im Feld entweder aus einer Saccharose Feeder oder direkt aus dem Flugloch gefangen, während der Rückkehr von einem Nahrungssuche Reise. Jede einzelne Biene wird in einen Glaskolben, der mit einem Schaum-Stopfen verschlossen ist und unmittelbar in das Labor für die weitere Handhabung getroffen eingefangen. </li><li> Im Labor werden die aufgenommenen Bienen kurz im Kühlschrank bei 4 ° C abgekühlt, bis sie erste Anzeichen von Immobilität zu zeigen. </li><li> Jede einzelne Biene immobilisiert ist in einem kleinen Metallrohres mit einem Klebestreifen zwischen Kopf und Thorax und über den Bauch befestigt. Es sollte darauf geachtet, dass der Rüssel und Antennen frei beweglich sind. </li><li> Malen Sie die Facettenaugen und Augenflecken der festen Biene mit weißer Farbe (zB lösemittelfreie Tipp-Ex) zur Vision zu verschließen. </li><li> Fügen Sie einen kleinen Tropfen geschmolzenen Wachs hinter dem Kopf der Biene um es dem Band zwischen Kopf und Thorax zu fixieren Kopfbewegungen während der Aufnahmen zu verhindern. </li><li> Markieren Sie jede einzelne Biene mit einer Nummer auf dem Band zur besseren Identifizierung und platzieren Sie den Schlauch mit dem festen Biene in einer feuchten Atmosphäre, um eine Dehydratation zu verhindern. </li><li> Führen Sie jede einzelne Biene für 5 sec mit Tröpfchen einer 30% Saccharose-Lösung mit einer Spritze vorgestellt und lassen Sie alle Bienen für 30 min erholen, bevor mit dem taktilen Klimaanlage Protokoll. </li></ol> 2. Tactile Conditioning <ol><li> Bevor Klimaanlage hat jede einzelne Biene für die proboscis extension response (PER) auf 30% Saccharose Stimulus zu den Antennen getestet werden. Wodurch die Spitze des Rüssels muss eine virtuelle Linie zwischen der geöffneten Mandibeln überqueren. Entsorgen Sie alle Bienen, nicht mit einem KGV der Saccharose Reiz reagieren. </li><li> Für taktile Konditionierung mit einem Messing cube (zB 3 x 5 mm) mit einer glatten oder einer gravierten Muster, zB horizontale oder vertikale Nuten bilden ein Gitter mit 150 um Wellenlänge, als die konditionierten Reiz (CS). Foder die unbedingte Reiz (US) mit einem 30% Saccharose-Lösung (Haushaltszucker, in Wasser verdünnt). </li><li> Das Messing Würfel (CS) in einer Halterung an einem Mikromanipulator platziert (zB Märzhäuser MM33) eine genaue Positionierung während der Konditionierung zu gewährleisten. Die USA die Biene mit einer Spritze mit einer 30% Saccharose-Lösung gefüllt präsentiert. </li><li> Die Konditionierung besteht aus fünf Paarungen der taktilen Reiz (CS) und Saccharose-Lösung (US) mit einem inter-trial-Intervall (ITI) von 5 min. Legen Sie eine einzelne Biene vor dem Mikromanipulator mit dem montierten taktilen Reiz (CS). Positionieren des CS langsam, so dass die Oberfläche des taktilen Reiz parallel zum Kopf der Biene (Abbildung 1 A und B) ist. Der Abstand zwischen dem Tier und dem taktilen Objekt sollte im Bereich des antennalen Ausladung der getesteten Biene sein, dh die Biene der Lage sein sollten, um die taktilen Reiz scannen in einer komfortablen Position with beide Antennen. In dem Beispiel in 1 gezeigt, war der Abstand von 3 mm. Lassen Sie die Biene scannen die taktilen Reiz (CS) für 5 Sekunden. Nach der ersten 3 sec, präsentieren ein Tröpfchen der 30% Sucrose (US)-Lösung mit einer Spritze unter den Rüssel. Verwenden Sie die Spitze der Spritze vorsichtig heben die Rüssel. Saccharose Stimulation unter den Rüssel wird entlocken die unbedingte PER 15. Lassen Sie die Biene, die Saccharose Belohnung lecken. Verwenden Sie eine Stoppuhr mit einem Alarmsignal, um die genauen Zeitintervallen während der Konditionierung zu halten. </li><li> Das konditionierte PER wird als Maß für den Lernerfolg einer Biene verwendet. Nach den ersten belohnt Paarungen starten Bienen zu CS Präsentation durch Erweiterung ihres Rüssels zu reagieren, was darauf hinweist, dass sie die bevorstehende Belohnung erwarten. Ein vollständig ausgefahrenen Rüssels jederzeit während der 3 sec Zeitfenster Tastreizes Aufmachung und Präsentation vor Saccharose beobachtet wird als positive Reaktion gewertet. Keine Antwort gezählt negativ. Die occurrence des PER ist vom Experimentator vermerkt. Der Prozentsatz der Bienen, die die PER während CS Präsentation ist für jeden Versuch aufgetragen. </li></ol> 3. Kinematische Recordings <ol><li> Antennalen Bewegungen eines einzigen genutzt Biene mit einer digitalen Videokamera mit einem geeigneten Makro-Objektiv (zB Basler A602f-2 mit TECHSPEC VZM 200 ausgestattet, betrieben bei 50 fps über einen Firewire-Anschluss) aufgezeichnet. Die Kamera ist oberhalb des Tieres in einer Draufsicht (Figur 1 A) positioniert ist. In Abbildung 1 ist die räumliche Auflösung der Aufnahmen 0,02 mm / Pixel. </li><li> Kalibrieren Sie die Kamera durch die Aufnahme einzelner Bilder von einem 10 x 10 mm Schachbrett mit einer Kantenlänge von 1 mm aus verschiedenen Ausrichtungen unter dem Kamera-Objektiv. Die Kalibrierung kann mit der Kamera-Kalibrierung tool box Matlab 16 durchgeführt werden. </li><li> Legen Sie eine einzelne feste bee unterhalb der Kameralinse. Präsentieren des taktilen Reiz, der an einem Mikromanipulator, An das Tier. Gehen Sie in der gleichen Weise wie für die taktile Konditionierung, und notieren Sie die antennalen Bewegung, während die Biene ist das Scannen des Objekts. Es ist wichtig, dass die volle antennalen Arbeitsbereich und der Tastreizes sichtbar sind. Die Auswahl der Reizmuster getestet und Studie-Nummern hängen von der experimentellen Design. </li></ol> 4. Data Analysis <ol><li> Die Berechnung der Bildhintergrund wird in Matlab getan. Erstens hat der Median Grauwert über die Zeit, um für jedes Pixel berechnet werden. Statische Objekte, wie die festen Kopf der Biene und der taktilen Reiz, bilden den Bildhintergrund. Bewegte Objekte, wie die beiden Antennen, werden nicht mehr in den Hintergrund. </li><li> Jeder Rahmen des aufgenommenen Videos hat, sequentiell geladen werden, und die Differenz zwischen dem aktuellen Frame und dem Bildhintergrund muss berechnet werden. Das Ergebnis dieser Subtraktion betont diejenigen Teile des Bildes, die von Rahmen zu Rahmen bewegen. Identifikationeally, sind die Antennen der Biene die einzigen Bereiche von Nicht-Null-Werte (Abbildung 1C). </li><li> Zur weiteren Verarbeitung werden die beiden größten Flächen mit von Null angenommen Pixelwerte die Antennen sein. Zu den beiden Antennen eine binäre Maske zu erzeugen, die für jedes Pixel einen Wert 1, falls das Pixel gehört zu der Antenne und den Wert 0 ansonsten. Diese Maske dient als Grundlage für die Lokalisierung der antennalen Tipps später. Um eine vorläufige Maske für das gesamte Bild zu gewinnen die grau-Wert jedes Pixels des Differenzbilds mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen. Da wir kümmern uns um Geräusche später diese Schwelle gewählt wird recht gering zu sein. Die vorläufige Maske dann noch trägt zwei Arten von Fehlern: Erstens wegen Bildrauschen kleinen Regionen sind immer noch Teil der Maske. Zweitens könnten Bereiche, die an der Antenne gehören nicht unbedingt in vollem Umfang angeschlossen werden. Letzteres geschieht meist, wenn der Hintergrund hat ungefähr die gleiche wie die Antenne Lumineszenz. Um diese Artefakte zu eliminieren, StandardBildverarbeitung morphologische Operation angewendet werden, dh eine Kombination von Bild Erosion und Dilatation, gestützt auf die Standard-Matlab-Funktionen imerode und imdilate sind (siehe 17 S. 158-205 für weitere Erläuterungen). Nach dem Verfahren werden die Antennen Rauschunterdrückung Hypothesen werden noch innerhalb des gleichen Maske enthalten. Daher in einem nächsten Schritt die binäre Maske für disjunkte Bereiche mit dem Standard Matlab-Funktion bwlabel (siehe 17 S. 40-48 für weitere Details auf das Bild Segmentierungsalgorithmus) gebündelt. </li><li> Die Anzahl von Pixeln pro Cluster wird gezählt und die beiden größten Clustern ausgewählt. Der Schwerpunkt berechnet wird, um zwischen dem linken und rechten Antenne (1D) zu unterscheiden. </li><li> Die antennalen Spitze für jede Antenne als das Pixel in einem Cluster mit dem höchsten Wert in proximal-zu-distal (siehe 1D) definiert werden. </li></ol>

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</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Vorbereitung der Bienen: Sammeln und Fixieren die Bienen schnell getan werden sollte, um den Stress des Tieres gering zu halten. Stress hat einen Einfluss auf die PER-Reaktionsfähigkeit und könnte daher einen indirekten Einfluss auf die Lernleistung bei Bienen 19, 20. Die Belastung kann durch Platzieren der Glasfläschchen mit den Bienen direkt auf Eis unmittelbar nach der Entnahme, um sie schnell zu immobilisieren verringert werden. Es muss berücksichtigt werden, dass die Bienen mehr Zeit, um...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenz / Material </td><td> Firma </td><td> Catalog Number </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Pollensammlerinnen, Apis mellifera L. </td><td></td><td></td><td> Private Nesselsucht </td></tr><tr><td> Glasfläschchen (22 x 45 mm) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> X655.1 </td><td></td></tr><tr><td> Messingrohre, 10 x 30 mm </td><td></td><td></td><td> Selbst erstellte </td></tr><tr><td> Messing Würfel, 3 x 5 mm </td><td></td><td></td><td> Selbst erstellte </td></tr><tr><td> Tipp-Ex (lösemittelfrei) </td><td> Tipp-Ex GmbH &amp; Co KG </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Saccharose-Lösung (30%) </td><td></td><td></td><td> Haushalt suger in Wasser verdünnt </td></tr><tr><td> Ethanol (70%) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> 9065,3 &lt;/ Td&gt; <td></td></tr><tr><td> Spritze (1 ml) und Nadel (0,6 x 25) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> 59,1 </td><td></td></tr><tr><td> Stoppuhr </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> L423.1 </td><td></td></tr><tr><td> Micromanipulator </td><td> Märzhäuser MM33 </td><td> 00-42-101-0000 </td><td></td></tr><tr><td> Digitale Videokamera </td><td> Basler A602f-2 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Makro-Objektiv für die Kamera </td><td> TECHSPEC VZM 200 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matlab R2009b </td><td> The MathWorks </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

tactile conditioning und bewegungsanalyse der antennalen sampling strategies in honey bees (<em&gt; apis mellifera</em&gt; l.)

Tactile Conditioning And Movement Analysis Of Antennal Sampling Strategies In Honey Bees (Apis mellifera L.)

Honigbienen (Apis mellifera L.) sind eusocial Insekten und bekannt für ihre komplexen Arbeitsteilung und assoziative Lernfähigkeit 1, 2 bekannt. Die Arbeitsbienen verbringen die erste Hälfte ihres Lebens in den dunklen Bienenstock, wo sie Pflege der Larven oder den Bau der regelmäßigen sechseckigen Waben für Lebensmittel (zB Pollen oder Nektar) und Brut 3. Die Antennen sind außergewöhnlich multisensorische Fühlern und spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen taktilen vermittelten Aufgaben 4, einschließlich hive Gebäude 5 und Mustererkennung 6. Später im Leben hinterlässt jedes einzelne Biene den Stock, um nach Nahrung zu suchen. Dann eine Biene muss lernen, profitable Nahrungsquellen zu diskriminieren, zu speichern ihre Lage und kommunizieren sie ihre Nestgefährten 7. Bienen verwenden verschiedene florale Signale wie Farben oder Gerüche 7, 8, sondern auch taktile Hinweise aus der petal Oberfläche 9 bis multisensorische Erinnerungen an die Nahrungsquelle zu bilden. Unter Laborbedingungen conditions, können Bienen in einem appetitive Lernparadigma geschult werden, um taktile Objekteigenschaften, wie Kanten oder Rillen mit ihren Antennen 10, 11, 12, 13 unterscheiden. Diese Lernparadigma ist eng mit dem klassischen olfaktorischen Konditionierung des Rüssels Verlängerung Reaktion (PER) in angeschirrt Bienen 14 verbunden. Der Vorteil der taktilen Lernparadigma im Labor ist die Möglichkeit der Kombination Verhaltensexperimente auf das Lernen mit verschiedenen physiologischen Messungen, einschließlich der Analyse der antennalen Bewegungsmuster.

In dem folgenden Experiment haben wir untersucht, wie taktile Lernen antennalen Probenahme Verhalten von Honigbienen beeinflusst. Hierzu überwachten wir die Bewegung der Spitze in antennalen naiven und konditionierten Bienen vor und während der Darstellung eines taktilen Reiz. Zuerst wurde die spontane antennalen Bewegung einer Gruppe von Pollensammlerinnen (N = 42) für 1 Minute aufgezeichnet. Die eine Hälfte der Bienen (N = 21) wurde dann durch Paarung fünf Mal eine taktile Reiz mit einer 3...

In diesem Protokoll zeigen wir, wie Bedingung Honigbienen auf taktile Reize genutzt und die Einführung einer 2D-Motion-Capture-Technik zur Analyse der Kinematik feinskaligen antennalen Abtastmuster.

Tactile Conditioning und Bewegungsanalyse der antennalen Sampling Strategies In Honey Bees (<em&gt; Apis mellifera</em&gt; L.)

Honey bees (Apis mellifera L.) are eusocial insects and well known for their complex division of labor and associative learning capability1, 2. The worker ...

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 de

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Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Bienen können in einer appetitive olfaktorischen Lernparadigma (PER-Konditionierung) konditioniert werden. Mit Gerüche als Stimuli, haben wir ein Verfahren, bei welchem ​​Verhalten aufgezeichnet, während gleichzeitig Calcium Imaging wird verwendet, um Geruchs-evozierte Aktivität im Pilzkörper Neuronen zu messen...

In vivo Ca 2 + - Imaging von Pilzkörper Neuronen während olfaktorischen Lernen in der Honigbiene

Wir zeigen, wie eine Verhaltens-Pharmakologie-Methode in einem appetitive olfaktorischen Konditionierung bei Honigbienen (Apis mellifera) durch systemische Applikation von Medikamenten zu implementieren. Diese Methode erlaubt Erforschung der Mechanismen, die Lernen und Gedächtnisbildung in eine einfache und zuverlässige Weise.

Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning der Proboscis Erweiterung Reaktionszeit in Honigbienen ( Apis mellifera)

Geruchssinn vermitteln viele verschiedene Verhaltensweisen bei Insekten, und sind oft komplexe Mischungen von Dutzenden bis Hunderten von flüchtigen Verbindungen bestehen. Mittels Gaschromatographie mit Multi-Kanal-Aufnahme in das Insekt Antennallobus beschreiben wir eine Methode zur Identifizierung von biologisch aktiven Verbindungen.

Identifikation der olfaktorischen Flüchtige mittels Gaschromatographie-Multi-unit Recordings (GCMR) im Insect Antennallobus

Das Proboscis Extension Response (PER) Konditionierungsprotokoll, das für die Honigbiene (Apis mellifera) entwickelt wurde, bietet ein ökologisch relevantes und leicht quantifizierbares Mittel, um verschiedene Lernmechanismen bei vielen Insektenarten zu untersuchen.

Eine Nasennebenschutz-Protokoll für die Untersuchung Verhaltensplastizität bei Insekten: Anwendung auf Grund, Biomedizinische und Agrarforschung

Gleichzeitige extrazellulären langfristige Aufnahmen von zwei verschiedenen Hirn Neuropile oder zwei unterschiedliche anatomische Bahnen wurden in Honigbienen etabliert. Diese Aufnahmen ermöglichen die Untersuchung der zeitlichen Aspekte der neuronalen Verarbeitung zwischen verschiedenen Hirnregionen an der einzelnen Neurons als auch auf Ebene des Ensembles in einem Tier verhalten.

Gleichzeitige Langzeit-Aufnahmen auf zwei neuronale Verarbeitungsstufen in Behaving Honigbienen

Dieses Video beschreibt Radio-Frequency Identification (RFID) und bewegungsempfindliche Videoaufzeichnungsmethoden, um das Auswahlverhalten von Hummeln zu überwachen.

Radio Frequency Identification und bewegungssensitiven Video effizient zu automatisieren Aufnahme von unbelohnt Wahlverhalten von Hummeln

Es wird ein neuartiger Verhaltensassay beschrieben, um die kurzfristigen Geschmacksreaktionen der Mundwerkzeuge von frei beweglichen Hummeln (Bombus terrestris) auf Nährstoffe und Toxine in Lösung zu untersuchen.

A Novel Verhaltenstest Gustatory Antworten einzelner, frei beweglichen Bumble Bees zur Untersuchung (<em&gt; Bombus terrestris</em&gt;)

Dieses Manuskript beschreibt mehrere Protokolle für pharmakologische Mittel zur Verabreichung von Honigbienen, einschließlich einfacher nicht-invasive Methoden zur freifliegenden Bienen, sowie mehr invasive Varianten, die eine präzise lokalisierte Behandlung von zurückhaltender Bienen ermöglichen.

Neuropharmakologische Manipulation von Verhaltene und Free-Fliegen-Honig-Bienen,<em&gt; Apis mellifera</em

Der Verlust der Honigbienen-Kolonien stellt eine Herausforderung für die Ernte-Bestäubung dar. Die derzeitigen Bestäuberschutzpraktiken rechtfertigen einen alternativen Ansatz, um den Kontakt von Honigbienen zu schädlichen Pestiziden mit abweisenden Chemikalien zu minimieren. Hier bieten wir detaillierte Methoden für ein visuelles Tracking-Protokoll, um Abschreckungsmittel für Bienen zu screenen.

Video-Tracking-Protokoll auf Bildschirm abschreckende Chemie für Honigbienen

Dieses Protokoll beschreibt Schritte zur Nutzung der neuartigen Software, SwarmSight, für Frame-by-Frame-Tracking von Insekt Antenne und Rüssel Positionen von herkömmlichen Web Kamera Videos mit konventionellen Computern. Die kostenlose, Open-Source-Software verarbeitet Bilder etwa 120 Mal schneller als Menschen und führt zu besser als menschliche Genauigkeit.

SwarmSight: Echtzeit-Tracking von Insekten Antenne Bewegungen und Rüssel Erweiterung Reflex mit einem gemeinsamen Vorbereitung und konventioneller Hardware

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für die Klassische Konditionierung von geharnischten Ameisen, die es Forschern erlaubt, visuelles lernen und Gedächtnisbildung auf Ebene der Analyse mit frei beweglichen Einzelpersonen nicht möglich zu studieren.

Visuelle Klassische Konditionierung in Waldameisen

Lernen Sie die taktile Konditionierung von Honigbienen und die 2D-Bewegungsanalyse ihrer antennalen Bewegungsmuster mit MATLAB. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung von Assoziationslernen und sensorischer Verarbeitung bei Apis mellifera.

Tactile Conditioning und Bewegungsanalyse der antennalen Sampling Strategies In Honey Bees (

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