Name: Visuelle Klassische Konditionierung in Waldameisen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T14:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 46 s
Description: Lernen Sie die klassische Konditionierung bei fixierten Waldameisen zur Untersuchung visueller Assoziationslernprozesse und neuronaler Grundlagen des Gedächtnisses. Diese Methode ermöglicht kontrollierte Verhaltensanalysen.

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Die Autoren danken Tom Collett und Cornelia Buehlmann für den Austausch von wertvollen Informationen zur Erfassung und Pflege von Holz Ameisenkolonien. Die Autoren danken auch Justine Crevel für frühere Versionen von diesem Artikel kommentieren.

1. die Aufrechterhaltung Formica Rufa Kolonien
Hinweis: Die Waldameise (Formica Rufa, L.) Kolonien verwendet für diese Studie wurden gesammelt von Ashdown Forest, Sussex, UK (N 51 4.680, E 0 1.800). Innerhalb des Vereinigten Königreichs sollten F. Rufa Kolonien zwischen Juli und August gesammelt werden. Ein guter Teil des Nestes muss entfernt werden, darunter mehrere hundert Arbeiter und Brut, um die Kolonie zu gewährleisten ist nachhaltig und aktiv für längere Zeit (bis zu einem Jahr). Durch die betroffenen Behörden vor dem Nest entfernen sollte Erlaubnis eingeholt werden.
<ol><li>Haus der Waldameisen-Kolonien in einem breiten Feld (ca. 135 x 70 cm x 35 cm) mit Wände bedeckt mit Polytetrafluorethylen (PTFE) Harz (z.B., Fluon) zu verhindern, dass Ameisen entkommen, bei 21 ° C, unter einem 12 h Licht: 12-h dunklen Zyklus.<ol>
<li>Die Ameisen, Wasserspender mit anzubieten Sie Saccharose (333 g/L) und Wasser. Um sicherzustellen, dass die Ameisen Ernährung reich an Protein, füttern Sie die Kolonie mit gefrorenen Grillen 2 x pro Woche. Sprühen Sie das Nest mit Wasser jeden Tag, um es feucht zu halten.</li>
		<li>Zur Verbesserung der hygienischen Bedingungen der Kolonie fügen Sie Kiefernharz bei Bedarf hinzu; Kiefernharz reduziert Parasitismus in Holz Ameise Kolonien17. Legen Sie einen kleinen Behälter (ca. 15 cm im Durchmesser und 5 cm tief) im Nest, so dass Ameisen keine Toten Kolonie Mitglieder in sie einzahlen können.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Halten Sie Ameisen unter den vorgenannten Bedingungen für mindestens 2 Wochen nach dem sammeln, bevor Sie versuchen, keine Experimente. Entfernen Sie die Saccharose aus dem Nest der Ameisen 2 d vor Experimenten, wodurch ihre Motivation zu verhungern.</li>
</ol>2. Auswahl und Nutzung der Ameisen
Hinweis: Für die Nutzung der Ameisen, ist eine maßgeschneiderte Halterung erforderlich. Dies kann mit Modelliermasse konstruiert und ein Karton mit einem Schnitt öffnen attached to it. horizontal. Die Oberseite des Kartons sollten mit Wachs, schönem Insekt Pins während Befestigung angebracht werden, teilweise beschichtet werden. Sorgsamen Umgang ist erforderlich für jeden Schritt dieses Protokolls (einschließlich Wartung, Transport und Experiment), sondern vor allem, wenn Ameisen, zur Vermeidung von zu hohen Niveaus des Druckes vor dem Training unterwerfen nutzbar.
<ol><li>Markieren Ameisen, die motiviert sind, Essen, legen Sie eine Folie mit einem Tropfen von Saccharose (200 g/L) in einer kleinen Schachtel (ca. 14 x 8 cm x 5 cm) mit Wände bedeckt mit PTF Harz zur Flucht zu verhindern. Wählen Sie keine Ameisen, die Holz oder Tote Ameisen aus dem Nest tragen. Ameisen, die an den Wänden des Nestes, kriechen statt, denn das sind eher Sammlerinnen, die versuchen, das Nest zu verlassen, um nach Futter zu suchen.</li>
	<li>Legen Sie jede Ameise in die Box und warten Sie ab, ob es ernährt sich von der Saccharose-Tropfen. Wenn dies der Fall, übertragen sie sofort ein weiteres leeres Feld Sättigung zu verhindern.</li>
	<li>Übertragen Sie jede Ameise auf einem separaten Rohr. Platzieren Sie jedes Rohr in den Gefrierschrank für 1-2 min oder crushed Ice für bis zu 5 min, um die Ameise zu immobilisieren.</li>
	<li>Setzen Sie die immobilisierte Ameise in den Halter, durch den Schnitt auf den Karton, indem das Gelenk zwischen Kopf und Thorax. Sicherzustellen Sie, dass die Antennen auf der Seite des Kopfes, mit Insekt Pins in die Schicht des Wachses auf dem Karton eingebettet bleiben.</li>
	<li>Benutzen Sie eine maßgeschneiderte Heizelement, die Spitze von einem Insekt Pin die Ameise Kopf, parallel zu den Karton Wachs. Während dieses Vorgangs nicht berühren die Antennen mit dem Heizelement Draht um anfallende Schäden an ihnen zu vermeiden.</li>
	<li>Nachdem das Wachs trocknet, entfernen Sie die Insekten Stifte halten die Antennen zu, und entfernen Sie vorsichtig die Ameise aus der Halterung.</li>
	<li>Beheben den Insekten Stift hält die Ameise in einer Modelliermasse Zylinder und Fix eine maßgeschneiderte Plastikhalter darunter gewährleisten die Ameise unterhält eine typische stehende Haltung und das der ganze Körper kann sich frei bewegen, außer den Kopf.</li>
	<li>Halten Sie die geharnischten Ameisen in der Dunkelheit für mindestens 2 h vor dem Training.</li>
</ol>3. Ausbildung und Prüfung
<ol><li>
Einrichtung, konditionierte Stimulus und Unconditioned stimulus
	<ol>
<li>Experimente in einem weißen Acryl-Box (50 x 50 x 50 cm), vorne den Zugriff für den Experimentator zulassen, offen. Die Ameise Verhalten mit einer Kamera aufnehmen.<ol>
<li>Legen Sie die Kamera mit einem Makroobjektiv direkt über die Ameisen, durch eine Bohrung in der Oberseite der Box.</li>
			<li>Um jede überflüssige visuelle Hinweise zu reduzieren, halten Sie den Raum in der Dunkelheit mit Ausnahme einer Lichtquelle direkt an die Spitze der Acryl-Box (zwei 26-W Leuchten) zeigt.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Verwenden Sie als einen visuellen Hinweis (CS) ein helles Blau (Spektrum in Abbildung S1) Karton Rechteck (60 x 45 mm) befestigt in der Mitte eine Nadel, verbunden mit einer Spritze (2 mL) mit denen die USA (Saccharose 200 g/L) erfolgt manuell, die Ameise (Abbildung 1A und 1 b ). Hinweis: Die Saccharoselösung kann mit keinen weißen Zucker erfolgen unter der Voraussetzung, dass es nicht Farbe und Geruch, wenn er im Wasser aufgelöst.</li>
		<li>Durchzuführen Sie zwei Arten der Ausbildung parallel gekoppelt und ungepaarten (siehe Erläuterung unten), in einer randomisierten Reihenfolge. Hinweis: In dieser Studie wir nicht auf die Art der visuellen Hinweis achten. Nur die Zuordnung zwischen den Cue und die Belohnung wurden berücksichtigt. Farbe und Form wurden nicht getestet, und es ist wahrscheinlich, dass ein CS mit anderen Features ähnliche Ergebnisse produzieren würde. Dennoch nahm die blaue Farbe, weil Ameisen aus der gleichen Gattung erwiesen haben, für Wellenlängen empfindlich sein, die die blaue Farbe18abdecken.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gekoppelte Ausbildung Hinweis: In der gekoppelten Ausbildung der CS und den USA werden vorgestellt in jeder Prüfung (Abbildung 1) miteinander verbunden.<ol>
<li>Starten Sie die Ameisen 10 s vor der Präsentation der CS um sicherzustellen, dass die Ameisen nicht spontan MaLER vor der Präsentation auf der Bühne. Wenn Ameisen MaLER in diesem Zeitraum durchführen, verschieben Sie die Studie für ein paar Sekunden. Wenn eine Ameise zeigt dieses Verhalten kontinuierlich, von der Analyse ausgeschlossen.</li>
		<li>Verschieben Sie die Spritze + CS vor die Ameise für ~ 10 s, mit der Spitze der Nadel zwischen die Ameise Gesicht und einem Maximum von 5 mm oben und auf jeder Seite gehalten. Während dieser Zeit bewegen Sie die Spitze der Nadel so nah wie möglich an die Ameise Kopf aber ohne Berührung der Antennen (Abbildung 1 b). Hinweis: Motion wurde aufgenommen, wenn die CS zu präsentieren, da sich gezeigt hat, eine Rolle im visuellen assoziativen Lernens in Honigbienen6.</li>
		<li>Druck, strahlen einen einzigen Tropfen von Saccharose von der Spitze der Spritze und die Tropfen von Saccharose neben der Antennen und Mundwerkzeuge, die Ameise, die Saccharose zu erkennen lassen. Ermöglichen die Ameise zu Futtermittel für ca. 5 s. Hinweis: Die Höhe der Saccharose Ameisen in jeder Studie verbraucht wurde in diese Experimente nicht kontrolliert. Drop von Saccharose auf welche Ameisen Feed groß genug sein, damit sie sich frei zu ernähren, für ca. 5 sollte s.</li>
		<li>Wiederholen Sie diesen Vorgang 10 X mit einer ITI von 5 Minuten. Hinweis: In diesen Experimenten wurden die Ameisen immer auf der rechten Seite, mit ihrem rechten Auge in der Nähe von der offenen Seite der Acryl-Box verwandelt. Daher, näherte sich die CS immer die Ameisen aus ihrer rechten Seite. Obwohl das Lernen nicht ungültig wird, können diese Experimente durch drehen, Hälfte der Ameisen auf der linken Seite und auf der rechten Seite, um jede mögliche Lateralisierung-Effekt zu vermeiden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Ungepaarte training Hinweis: Diese Ausbildung besteht zu präsentieren die Ameisen die CS oder den USA getrennt, diese beiden Reize sein, also getrennt von einander im Laufe der Zeit (Abbildung 1).<ol>
<li>Aufnahme der Ameisen 10 s vor jeder Prüfung zu beginnen.</li>
		<li>Präsentieren Sie die CS in der gleichen Weise wie gekoppelten Training zu aber liefern Sie nicht die Saccharose, die Ameise.</li>
		<li>Nach 2,5 min liefern Sie die USA direkt an die Mundwerkzeuge (auch berühren die Antennen) mit einer Spritze ohne die CS angeschlossen.</li>
		<li>Beginnen Sie mit einer CS-Studie und wiederholen Sie den Vorgang 10 X für jeden Versuch, sie mit einer ITI 2,5 min verschuppen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Testen Hinweis: Ein Test sollte durchgeführt nur 1 x entweder 10 Minuten oder 1 h nach dem letzten Training Prozeß sein; ein Test, in dem die Ameise mit dem CS aber nicht mit den USA dargestellt wird, könnte das Aussterben des assoziativen Gedächtnisses zuvor gebildet.<ol>
<li>Aufnahme der Ameisen 10 s vor dem Test zu beginnen.</li>
		<li>Präsentieren die CS der Ameise für ca. 10 s.</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass die Ameise noch motiviert, durch die Bereitstellung von Saccharose nach dem Test zu ernähren ist.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Datenerhebung und-Analyse
<ol><li>Erfassen die Ameise Verhalten, von oben, 10 s vor jeder Prüfung und während der CS und US-Präsentationen. Stellen Sie sicher, dass alle Prüfungen und Tests zur späteren Analyse aufgezeichnet werden.</li>
	<li>Mit den Aufnahmen, die während der Ausbildung und Prüfung, die Ameisen Reaktionen während der 10 Punkte s CS-Präsentation.</li>
	<li>Trennen Sie die Ameisen Antworten während der CS-Präsentation in drei Arten von Verhalten, abhängig von der Ausdehnung und Bewegung die Mundwerkzeuge: Vollauszug mit Bewegung (FEM) als ob Fütterung, Vollauszug ohne Bewegung (FE) oder partielle Erweiterung (PE) von der Oberkiefer-Labium oder Kiefer Palpen (Abbildung 2A - 2D). Für Analyse Gruppe alle MaLER-Arten als eine einzelne Antwort (Abb. 2E).</li>
	<li>Schließen Sie jede Ameise aus, die Tat nicht in jedem Test und Test-feed. Hinweis: Für die Analyse, ein statistischer Test, der einzelne Ameisen berücksichtigt empfiehlt sich somit entfallen Variabilität innerhalb von Individuen. Wenn Ameisen Reaktionen während des Trainings in einer binären Weise (1 für positive Reaktionen und 0 für keine Antwort) zu klassifizieren, ist logistische Regression mit gemischten Effekten ratsam16,19. Für den Vergleich des Anteils der Ameisen reagiert in jedem Training Test oder Test, ein G-Test oder Fishers exakter Test wird empfohlen, abhängig von der Anzahl der Ameisen analysierten16,20.</li>
</ol>

<ol><li>Chittka, L., Niven, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Are+bigger+brains+better%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Are bigger brains better?</a> Current Biology. 19 (21), R995-R1008 (2009).</li>
<li>Takeda, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022191061900609">Classical conditioned response in the honey bee.</a> Journal of Insect Physiology. 6, 168-179 (1961).</li>
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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Klassische Konditionierung ist eines der etabliertesten Paradigmen, lernen und Gedächtnis zu studieren. Das Protokoll, die, das wir hier vorgestellt, wird, eine Anpassung des Paradigmas ausschließlich für Honig Biene Arbeitnehmer2,3 und anschließend mit einigen anderen Arten, wie Hummeln, Fruchtfliegen, die auch v. als einer Anzeige verwenden, für das Lernen10 ,11, und Heuschrecken und Ameisen, die POR und MaLER, bzw.12,13zu verwenden. Mit diesem Protokoll, es ist möglich, trainieren geharnischten Waldameisen zu lernen die Zuordnung zwischen einer visuellen Hinweis und eine Zucker-Belohnung und analysieren die Beibehaltung dieser kurz-(10 min) und mittelfristig (1 Stunde) Speicher16.
In jedem Verhalten Experiment ist es notwendig zu berücksichtigen wichtige Schritte, die die Variabilität in den Tieren Reaktionen minimieren können. In dem hier vorgestellten Protokoll sind mehrere Maßnahmen ergriffen, um Variabilität vor und während des Trainings zu minimieren. Vor Beginn der Experimente die Kolonie muss für mindestens zwei Tage gehungert und Ameisen basierend auf ihre Bereitschaft, aus einem Zucker-Tropfen in die Holding Box Essen ausgewählt werden sollte. Auswahl von Ameisen auf diese Weise soll die Möglichkeit der Ausbildung Ameisen zu maximieren, die motiviert sind, zu ernähren. Sorgfältige Handhabung ist auch ein wichtiger Aspekt, weil es helfen kann, um Stress zu reduzieren, stört das Lernen, wenn es zu intensiv21ist. Zu diesem Zweck sollte Ameisen mit Kälte zu unbeweglich bleiben, während genutzt werden, weil jede Bewegung (zur Flucht) während dieses Vorgangs eine Quelle von Stress sein könnte betäubt werden. Darüber hinaus sollte der Kontakt zwischen die Ameise und das Wachs werden minimal, Vermeidung des Kontakts zwischen den Antennen und heißem Wachs oder Draht, die Schaden anrichten. Obwohl diese Beobachtungen nicht formal analysiert wurden, schien die Antennen mit einem bestimmten Muster während der Lernphase zu bewegen.
Während der Experimente ist sorgfältige Lieferung des Zuckers auch wichtig Ameisen motiviert zu halten. Wieder, während dies formell nicht analysiert wurde, schien abrupte Foodkurier zusätzlichen Stress zufügen der Ameise, was wiederum zu einem Mangel an Motivation und Lernen geführt. Darüber hinaus die Saccharose geliefert während des Trainings sollte eine geringere Konzentration (200 g/L), Sättigung vor dem Ende des Trainings zu vermeiden und testen. Dadurch können MaLER ein guter Kandidat unbedingte Reaktion sein, denn zusammen mit einer spontanen Leistung bei schwachem dieser Reaktion auf die visuellen Hinweis, auch nicht über Versuche sättigen. Schließlich, im Gegensatz zu den meisten klassischen Konditionierung Studien2,3,5,6,7,8,9,10, 11 , 12 , 13, trainierten wir eine Ameise zum Zeitpunkt bis zum Ende des Experiments, so dass es im Ort zwischen Studien, anstatt entfernen, um einer anderen Ameise zu testen. Variabler Ergebnissen, die durch eine Zunahme an Stress und/oder Konflikt zwischen Bildinformationen durch die komplette Tapetenwechsel verursacht möglicherweise schien mehrere Ameisen zusammen zu trainieren. Um die Dauer der einzelnen Experimente zu reduzieren, haben wir einen 5-minütigen ITI anstelle der 10-minütigen ITI verwendet in den meisten klassischen Konditionierung Studien16verwendet. Obwohl all diese Überlegungen dazu beitragen, sollten sicherstellen, dass die Ameisen zu füttern und während des Trainings lernen motiviert sind, kann nicht einige Variabilität vermieden werden. Wir empfehlen die Verwendung von Ameisen, die scheinen normales Sozial-, begehrliche und Fortbewegung Verhalten haben und ausschließlich Ameisen aus der Analyse der Moment, den sie nicht ernähren sich von einer Ausbildung Prüfung oder einen Test.
Die Natur des CS wurde in dieser Studie nicht getestet. Obwohl wir einen blauen visuellen Stimulus verwendet haben, da diese Wellenlängen18Ameisen der Gattung derselben sind, könnten andere Farben auch in Verbindung mit einer Belohnung erlernt werden. Weitere Experimente würde erforderlich sein, zur vollständigen Charakterisierung der Farben gesehen und gelernt in diesem Set-up. Dies gilt auch für die verschiedenen Formen und Größen des visual Cues. Wir haben nicht getestet, wenn Ameisen Ortsauflösung ausreichen würde, für die Unterscheidung der visuellen Stimulus präsentiert hier in der Entfernung von den Ameisen Augen, der es vorgestellt wurde. Obwohl Holz Ameisen Facettenaugen in Bezug auf Größe und Anzahl der Facetten22, nach unserem Kenntnisstand beschrieben wurden hat ihre räumliche Auflösung voll bislang nicht beschrieben. Jedoch wurde dies für Melophorus Magoti23berechnet. Eine ähnliche Charakterisierung der Waldameisen oder anderen getesteten Insekten Augen würde eine klare Untersuchung der Eigenschaften des visuellen Hinweis beitragen beobachtet und von den Tieren gelernt. Darüber hinaus enthalten wir Bewegung, wenn der visuellen Reiz zur Ameise zu präsentieren, weil sich gezeigt hat, eine Rolle in Honigbiene assoziativen Lernens während der klassischen Konditionierung6. Jedoch konnte dies auch in dieser Studie und aufgrund der unterschiedlichen Bewegung von fliegenden Insekten, die im Vergleich zu wenige Insekten nicht getestet wurde, Unterschiede zwischen Honigbienen und Ant visuelle Klassische Konditionierung beobachtet werden.
Ein letzter Punkt konnten wir langfristige Merkfähigkeit zu untersuchen, weil Ameisen nicht überlebt haben, für so lange Zeiträume nach dem Training genutzt werden. Jedoch in den nachfolgenden Sätzen Experimente, wir haben Ameisen am Leben gehalten und motiviert zu essen und zu lernen, wenn nutzbar gemacht und ließ sie über Nacht in einer dunklen und feuchten Umgebung (platzieren eine Box über sie). Daher könnte dieses Paradigma verwendet werden, um langfristige Merkfähigkeit Waldameisen, neben kurz- und mittelfristig Speicher zu entwirren.
Mit diesem einfachen Verfahren adaptiert von allgemeinen klassischen Konditionierung Paradigmen ist es möglich, studieren die Gewinnung und Bindung von visuellen Erinnerungen in geharnischten Waldameisen, die weithin in Paradigmen, die Verwendung von frei beweglichen Tieren untersucht worden sind. Dieses Paradigma hat das Potenzial, für die Analyse der neuronalen Grundlagen des visuellen Lernens in einem sehr gut etablierten Modell für Insekten Navigation verwendet werden.

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/video/58357/visual-classical-conditioning-in-wood-ants">Visual Classical Conditioning in Wood Ants</a>. 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:
<img alt="Spectral analysis graph; normalized intensity vs wavelength (nm); spectroscopy data visualization." src="/files/ftp_upload/58357/58357supfig1.jpg" data-altupdatedat="1761830439000" data-alt="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).

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/video/58357/visual-classical-conditioning-in-wood-ants">Visual Classical Conditioning in Wood Ants</a>.&#160;The&#160;Acknowledgments section&#160;was&#160;updated, and a supplemental&#160;figure was added.

Erratum: Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Insekten haben weitgehend als Modelle für das Studium von lernen und Gedächtnis Bildung1benutzt worden. Eine besonders erfolgreiche Vene der Forschung umfasst die Verwendung der klassischen Konditionierung von zurückhaltenden Tieren ermöglicht präzise Kontrolle über die Signale gelernt und erlaubt Forschern, die neuronalen Mechanismen, die Grundlage für lernen und Gedächtnis zu untersuchen. Die meisten Studien konzentrierten sich auf die begehrliche Klassische Konditionierung der Arbeitnehmer Honigbiene Apis Mellifera. Die Honigbiene Arbeiter sind ausgebildet, ein CS mit einem US zu verknüpfen, die UR evoziert. In diesem Paradigma, ursprünglich von Takeda2 und Bitterman Et al. 3, UR ist der Rüssel Erweiterung Reflex (PER), die USA sind Zucker und die CS ist ein Geruch. Bienen erfahren Sie die Zuordnung zwischen der CS und den USA und ein Langzeitgedächtnis des Vereins bilden können.
Das ursprüngliche Paradigma mit das KGV als UR wurde zur Untermauerung olfaktorischen Lernens in Bienen4Nervenbahnen zu entwirren. Es wurde in mehrere Möglichkeiten zum Erlernen der verschiedenen Sinnesreizen, einschließlich visuelle Reize5,6,7, aversive lernen mit Unterdrückung der pro8 oder die Sting-Erweiterung zu integrieren testen modifiziert Reflex (SER)9 als UR und lernen in anderen Arten, wie Hummeln10 und Fruchtfliegen11zu testen. Obwohl Gedächtnisbildung mit mehreren Modalitäten durch klassische Konditionierung untersucht wurden, zeigen visuelle lernen immer noch schwer zu beobachten, mit diesem Ansatz ist auch in Arten, die ein hohes Maß an visuellen Lernfähigkeit bei der Nahrungssuche, wie Honigbienen.
Jüngste Studien haben einen ähnlichen Ansatz auf Insekten angewendet, die nicht über einen Rüssel, wie Heuschrecken, die spürbare Öffnung Antwort (POR)12durchführen, und Ameisen, die den Oberkiefer-Labium Erweiterung Reflex (MaLER)13durchführen. Dies hat bereits phasenspezifische Lernfähigkeit ergeben, die entsprechen die phasenspezifische Fütterungen Strategien die zwei verschiedenen Desert Locust-Phänotypen, die gesellig und solitarious Formen, erneut bestätigt die Idee, die Gedächtnisbildung übereinstimmen muss ökologische Ansprüche14. Darüber hinaus Studien über olfaktorische lernen in Ameisen hat gezeigt Ähnlichkeiten zwischen Ameisen und Bienen Gedächtnisbildung und Retention mit langfristigen Merkfähigkeit, 72 Stunden nach dem Training auf Protein Synthese15angewiesen zu sein.
Diese Anpassungen der ursprünglichen Paradigma konnten lernen und Gedächtnisbildung mit vielen Modalitäten und in mehreren Modell Arten untersucht werden. Dies ist wichtig für die Mechanismen von Bildung der gemeinsamen Speicher die Insekten, sondern auch zur Identifizierung von unterschieden, die die besondere Ökologie von lernen und Gedächtnis in verschiedenen Arten zu reflektieren. Das Hauptziel des Protokolls, die wir hier beschreiben soll eine Möglichkeit bieten, eine weit studierte Ameisenart Formica Rufaeine visuelle bedingte Reiz mit klassischen Konditionierung-Experimente durchführen. Er erscheint aus unserer Studie des visuellen Lernens Waldameisen16, das ist auch eine Anpassung der visuellen Klassische Konditionierung Paradigmen.

<table><tbody><tr><td>Fluon</td><td>Blades Biological Ltd, Edenbridge, Vereinigtes Königreich</td><td>ACS 109; ACS 112; ACS 114</td><td>Zur Verhinderung des Ausweichens von Insekten</td></tr><tr><td>Crickets</td><td>Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK</td><td>LZJ 217</td><td>Den Ameisenkolonien als Proteinquelle gegeben</td></tr><tr><td>Natürliches Kiefernkolophonium/Harz&nbsp;</td><td>Minerals-water Ltd, Rainham, UK</td><td>500g</td><td>Gegeben an die Ameisenkolonien zur Hygiene</td></tr><tr><td>Austerlitz Insect Pin</td><td>Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Deutschland</td><td>26000-40</td><td>Zum Einspannen von Ameisen</td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera</td><td>Edmund Optics Inc., Barrington, USA</td><td>eo-13122M</td><td>MaLER Aufnahmen während des Trainings und Testens</td></tr><tr><td>Macrolens</td><td>Cannon, Surrey, UK</td><td>EF 100 mm f/2.8 L Macro IS USM</td><td>MaLER-Aufzeichnungen während des Trainings und Testens</td></tr><tr><td>Software</td><td>IDS Imaging Development Systems GmbH</td><td>uEye64</td><td>MaLER-Aufzeichnungen während des Trainings und Testens</td></tr><tr><td>Blue Cardboard</td><td>john smith's im Union Store, University of Sussex</td><td>JACK-PJM41358</td><td>Stellt einen bedingten Stimulus</td></tr><tr><td>dar</td><td>Spritze Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK</td><td>BD&nbsp; Plastipak&nbsp; 300185Gehäuse; Produktcode.12369289</td><td>US und CS (im Anhang) Präsentationsnadel</td></tr><tr><td>(0,5 x 16 mm)</td><td>Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK</td><td>BD Mikrolanze 300600; Produktcode:10442204</td><td>Präsentation in den USA und CS (im Anhang)</td></tr></tbody></table>

visuelle klassische konditionierung in waldameisen

Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Mehrere Arten von Insekten geworden Modellsysteme für das Studium lernen und Gedächtnisbildung. Obwohl viele Studien konzentrieren sich auf frei beweglichen Tieren, Studien, die Umsetzung der klassischen Konditionierung Paradigmen mit geharnischten Insekten schon wichtig für die Untersuchung die genaue Hinweise, die Einzelpersonen zu lernen und die neuronalen Mechanismen lernen und Gedächtnisbildung. Hier präsentieren wir ein Protokoll für visuelle assoziativen Lernens in Waldameisen durch klassische Konditionierung hervorzurufen. Ameisen sind in diesem Paradigma genutzt und präsentiert einen visuellen Hinweis (der blaue Pappe), der bedingte Reiz (CS), gepaart mit einem faszinierendem Zucker Belohnung, der unbedingte Reiz (US). Ameisen führen eine Oberkiefer-Labium Erweiterung Reflex (MaLER), die bedingungslose Antwort (UR), die für das Lernen als eine Anzeige verwendet werden kann. Training besteht aus 10 Studien, getrennt durch ein intertrial 5-Minuten-Intervall (ITI). Ameisen sind auch für Merkfähigkeit 10 Minuten oder 1 Stunde nach dem Training getestet. Dieses Protokoll hat das Potenzial, Forscher zu analysieren, in einer präzisen und kontrollierten Weise die Details der visuellen Gedächtnisbildung und die neuronalen Grundlagen von lernen und Gedächtnisbildung in Waldameisen zu ermöglichen.

Während der klassischen Konditionierung Experimente muss die CS nicht dazu veranlassen, eine spontane Reaktion bei den Tieren. In den Experimenten, die wir durchgeführt, durchgeführt nur 3 % - 4 % der Ameisen MaLER in Reaktion auf die visuellen Hinweis auf die erste Studie, vor dem Training. Ameisen, die eine gekoppelte Ausbildung befanden immer mehr MaLER in Reaktion auf die CS durchgeführt (Abb. 3A, logistische Regression, N = 51, Freiheitsgrade (df) = 507, Z = 5.949, p &lt; 0,01). Der Anteil der gekoppelten Ameisen, die auf die CS reagieren Plateau rund 50 %, ab dem dritten Versuch ab. Im Gegenteil, ungepaarte Ameisen zeigte keine signifikante Zunahme der MaLER während des Trainings (Abb. 3 b, logistische Regression, N = 29, df = 287, Z = 0.758, p = 0,45). Das Auftreten von MaLER als Reaktion auf die visuelle Cue war signifikant höher bei gekoppelt als ungepaarte training (logistische Regression, N = 80, df = 796, Z =-5.306, p &lt; 0,01), das galt auch für jede Prüfung mit Ausnahme der ersten (Tabelle 1).
Für die Prüfung ihrer kurz- und mittelfristigen Speicher15, die Ameisen getestet wurden 10 Minuten oder 1 Stunde nach dem letzten Training-Prozess. Für beide Tests lag der Anteil der Ameisen darstellende MaLER in Reaktion auf die CS deutlich höher, wenn sie paarweise als ungepaarte Ausbildung (Abbildung 3 und 3D; absolviert hatte ( Tabelle 1).
Während der Ausbildung, individuelle Ameisen zeigte erhebliche Unterschiede in der Anzahl und Art der MaLER (Abbildung 4A und 4 b) angezeigt. Nur 14 % der gekoppelten Ameisen reagiert in jeder Prüfung aus der zweiten oder dritten Versuch vorwärts, während die meisten Ameisen Studien, abwechselnd in denen sie geantwortet haben und in denen sie nicht. Auf diese Ausbildung Prüfungen in denen Ameisen reagiert, variiert die inwieweit sie erweitert und zog ihre Mundwerkzeuge. Daher wir MaLER in drei verschiedene Typen unterteilt: FEM, FE oder PE. In der Regel durchgeführt Ameisen häufiger als FE FEM oder PE. Nur ein paar Ameisen durchgeführt jedoch konsequent die gleiche Art von Reaktion; in den meisten Fällen zeigte Ameisen wenig Konsistenz über die Art der MaLER sie durchgeführt (Abbildung 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58357/58357fig1.jpg"> Abbildung 1 : Versuchsaufbau und Ausbildungsprogramm. (A) Fix die Ameise mit Wachs, um ein Insekt Stift zu einer Modellierung angebracht Ton Zylinder (orange) und Ort eine maßgeschneiderte Halterung unterhalb es erlauben einen naturalistischen Standpunkt. Legen Sie sie in einem weißen Acryl-Box durch zwei Lichtquellen direkt unter einer Kamera beleuchtet. Verwenden Sie als konditionierten Stimulus (CS) Pappe (blaues Quadrat) befestigt an der Spritze, die die Unconditioned Stimulus (US), eine Belohnung von Zucker liefert. Der Ausschnitt zeigt eine Nahaufnahme einer Ameise in den Halter. (B) die Spitze der Spritze Nadel bewegt sich so nah wie möglich an die Ameise Kopf aber ohne die Antennen zu berühren, wie in diesem Schaltplan dargestellt. Gepaart Zug Ameisen durch entweder ein (C) oder (D) ungepaarten Training. Diese Zahl wurde von Fernandes Et Al. modifiziert 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58357/58357fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58357/58357fig2.jpg"> Abbildung 2 : Der Oberkiefer-Labium Erweiterung Antwort Waldameisen. Einzelbilder aus Videoaufnahmen zeigen Ameisen Mundbewegungen Teil während des Trainings. (A) dieses Panel zeigt keine Reaktion. (B) dieses Panel zeigt einen Vollauszug (FE) von der Oberkiefer-Labium, das endet in der Glossa. (C) dieses Panel zeigt eine partielle Erweiterung (PE) mit nur der Oberkiefer Palpus sichtbar. (D) dieses Panel zeigt eine partielle Erweiterung (PE) der Oberkiefer-Labium Strukturen. (E) Ameisen gekoppelte Ausbildung (N = 51) einen Vollauszug mit Bewegung (FEM, dunkelbraun), führen Sie eine FE (mittelbraun) oder PE (hellbraun). Diese Zahl wurde von Fernandes Et Al. modifiziert 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58357/58357fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58357/58357fig3.jpg"> Abbildung 3 : Holz-Ameisen Form assoziative Erinnerungen an einen visuellen Hinweis mit einer Zucker-Belohnung gepaart. (A) der Anteil der gekoppelten Ameisen (N = 51) Durchführung MaLER in Reaktion auf die CS-Präsentation deutlich erhöht, während des Trainings. (B) der Anteil der Ameisen, die Durchführung von MaLER nicht zu einer Erhöhung deutlich ungepaarte Training (N = 29). Ameisen wurden getestet (C) 10 Minuten (gepaart: N = 15; ungepaarten: N = 15) oder (D) 1 Stunde (gepaart: N = 15; ungepaarten: N = 14) nach dem letzten Training-Prozess. Der Anteil der Ameisen reagieren auf die CS während und nach dem Training gepaart oder ungepaart sind in braun oder grau, bzw. vertreten. Die drei Arten von MaLER sind im Dunkeln (FEM), Medium (FE) und Licht (PE) Töne vertreten. Diese Zahl wurde von Fernandes Et Al. modifiziert 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58357/58357fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58357/58357fig4.jpg"> Abbildung 4 : Individuelle Leistung von Ameisen während des Trainings. Diese Tafeln zeigen die Einzelleistungen von (A) gekoppelten Ameisen und (B) ungepaarten Ameisen. Die drei Arten von MaLER sind dunkel (FEM), Medium (FE) und hellbraun (PE) oder grau dargestellt. Diese Zahl wurde von Fernandes Et Al. modifiziert 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58357/58357fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Testversion</td>
			<td>N</td>
			<td>DF</td>
			<td>G (angepasst)</td>
			<td>P</td>
		</tr>
<tr>
<td>1</td>
			<td>80</td>
			<td>Na</td>
			<td>Na</td>
			<td>&gt; 0,1</td>
		</tr>
<tr>
<td>2</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>3.86</td>
			<td>&lt; 0,05</td>
		</tr>
<tr>
<td>3</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>8,41</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>4</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>6,63</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>5</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>8,41</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>6</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>7.5</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>7</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>10,69</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>8</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>11,76</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>9</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>17.13</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>10</td>
			<td>80</td>
			<td>1</td>
			<td>17.13</td>
			<td>&lt; 0,01</td>
		</tr>
<tr>
<td>10 min</td>
			<td>59</td>
			<td>1</td>
			<td>5.5</td>
			<td>&lt; 0,05</td>
		</tr>
<tr>
<td>1 h</td>
			<td>59</td>
			<td>1</td>
			<td>4.42</td>
			<td>&lt; 0,05</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 1: Vergleich der MaLER Reaktionen auf die CS zwischen Ameisen, die durchgemacht hatte gepaart und ungepaarten Training für jeden Versuch und Test Die Anzahl der Ameisen (N), Anzahl der Freiheitsgrade (df), G-Prüfung der Unabhängigkeit (G) und p-Wert angezeigt. Die erste Studie wurde mit einem Fishers exakter Test analysiert. Diese Tabelle wurde von Fernandes Et Al. modifiziert 16.

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

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, ...

Der häufige Vorteil dieser Technik besteht darin, dass visuelle Erinnerungen kontrolliert in fester statt frei beweglicher Holzameisen untersucht werden können. Diese Methode hat ein Potenzial, um die neuronale Basis des visuellen Lernens in einem sehr etablierten Modell für die Insektennavigation zu untersuchen. Um die Ameisen auszuwählen, die zum Essen motiviert sind, legen Sie eine Rutsche mit dem Tropfen Saccharose in eine kleine Box mit Fluss, der die Wände bedeckt.Legen Sie dann jede ausgewählte Ameise in die Box und warten Sie ab, ob sie sich vom Saccharosetropfen ernährt. Wenn sich die Ameise vom Saccharosetropfen ernährt, wird sie sofort in eine leere Box überführen. Danach jede Ameise in ein separates Rohr geben und das Rohr kurz in den Gefrierschrank legen, um die Ameisen zu immobilisieren.Legen Sie die immobilisierte Ameise in den Halter durch den Schnitt in der Pappe und greifen Sie sie durch das Gelenk zwischen Kopf und Thorax. Verwenden Sie dann Insektenstifte, um sicherzustellen, dass die Antennen auf der Seite des Kopfes bleiben. Mit einem maßgeschneiderten Heizelement, Schmelzen Wachs, um die Spitze eines Insektenstifts auf dem Kopf der Ameise zu haften, parallel zum Karton.Nachdem das Wachs trocknet, entfernen Sie die Insektenstifte von den Antennen und entfernen Sie vorsichtig die Ameise aus dem Halter. Als nächstes fixieren Sie den Insektenstift, der die Ameise in einem modellierenden Tonzylinder hält, und fixieren Sie einen maßgeschneiderten Kunststoffhalter darunter. Stellen Sie sicher, dass die Ameise eine typische Stehhaltung beibehält und dass sich der ganze Körper, mit Ausnahme des Kopfes, frei bewegen kann.Positionieren Sie zunächst eine Kamera mit einer Makrolinse auf der weißen Acrylbox direkt über dem Ameise, und legen Sie die Ameise in den Halter in der Box. Dann befestigen Sie eine Nadel und Saccharose gefüllte Spritze, den bedingungslosen Reiz, an einem hellblauen Papprechteck, dem bedingten Stimulus, für den Einsatz als visuellen Hinweis. Für das gepaarte Training beginnen Sie 10 Sekunden vor der Darstellung des bedingten Stimulus mit der Aufnahme der Ameise.Wenn die Ameise während dieser Zeit den Maxilla Labium Extension Reflex oder MaLER durchführt, verschieben Sie die Testversion um einige Sekunden. Bewegen Sie die Spritze mit dem bedingten Stimulus 10 Sekunden vor die Ameise. Dann einen einzigen Tropfen Saccharose aus der Spritze ausstrahlen und die Ameise fünf Sekunden lang füttern.Wiederholen Sie den gepaarten Trainingsvorgang 10 Mal mit fünf Minuten zwischen jeder Testversion. Für ungepaartes Training starten Sie die Videoaufzeichnung 10 Sekunden vor dem Test. Präsentieren Sie dann den bedingten Stimulus, wie zuvor beschrieben.Nach 2,5 Minuten den bedingungslosen Saccharosereiz mit einer Spritze ohne blauen Karton direkt an die Mundpartien der Ameise abgeben. Nachdem die Trainingsversuche abgeschlossen sind, beginnen Sie die Kameraaufzeichnung 10 Sekunden vor der Testphase. Dann präsentieren Sie den bedingten Stimulus für die Ameise für 10 Sekunden.Nach dem Test ist der Saccharose bedingungsloser Stimulus an die Ameise, um zu bestätigen, dass die Ameise immer noch motiviert ist, sich zu ernähren. Anhand der Während des Trainings und Testens gemachten Aufzeichnung summieren Sie die Reaktionen der Ameise während der 10 Sekunden der Präsentation bedingter Stimulus. Schließlich trennen Sie die Reaktionen der Ameise während der bedingten Stimulus-Präsentation in drei Kategorien, volle Verlängerung mit Bewegung, als ob Fütterung, volle Verlängerung ohne Bewegung, oder teilweise Verlängerung der Maxilla Labium oder Maxillary Palps.In diesem Protokoll, Ameisen, die gepaarte Ausbildung durchgeführt mehr MaLER als Reaktion auf den bedingten Reiz. Im Gegenteil, ungepaarte Ameisen zeigten während des Trainings keinen signifikanten Anstieg von MaLER. Um ihr Kurz- und Halbzeitgedächtnis zu untersuchen, wurden Ameisen entweder 10 Minuten oder eine Stunde nach der letzten Trainingsstudie getestet.Bei beiden Tests war der Anteil der Ameisen, die MaLER als Reaktion auf den bedingten Stimulus durchführten, höher, wenn sie eine gepaarte Ausbildung durchlaufen hatten. Die MaLER-Antworten wurden in drei Kategorien unterteilt: FEM, FE und PE. In der Regel führten Ameisen FEM oder PE häufiger als FE durch. Allerdings zeigten nur wenige Ameisen konsequent die gleiche Art der Reaktion. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, ameisenvorsichtig zu behandeln, um Stresslevel und mögliche Schäden zu reduzieren, insbesondere während des Kabelbaums.Durch die Anpassung dieses Verfahrens können verschiedene visuelle Reize verwendet werden, um die Eigenschaften zu untersuchen, die Holzameisen verwenden, um visuelle Erinnerungen zu bilden. Nach ihrer Entwicklung ebnet diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Insektenneurowissenschaften und Navigation, um visuelle assoziative Erinnerungen mit Holzameisen für Mikrofa zu erforschen.

visual-classical-conditioning-in-wood-ants

Research

Forschung

JoVE Journal

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