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In Vivo Optische Calcium-Bildgebung der lerninduzierten synaptischen Plastizität bei Drosophi...
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JoVE Journal Neuroscience
In Vivo Optical Calcium Imaging of Learning-Induced Synaptic Plasticity in Drosophila melanogaster

In Vivo Optische Calcium-Bildgebung der lerninduzierten synaptischen Plastizität bei Drosophila melanogaster

Full Text
9,801 Views
06:35 min
October 8, 2019

DOI: 10.3791/60288-v

Clare E. Hancock1, Florian Bilz1, André Fiala1

1Department of Molecular Neurobiology of Behavior,University of Göttingen

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a protocol for visualizing pre- and postsynaptic calcium in Drosophila to investigate learning and memory. Employing in vivo calcium imaging with synaptically localized sensors, the research combines this with classical olfactory conditioning to explore synaptic plasticity associated with associative learning.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Behavioral Biology
  • Calcium Imaging

Background

  • Drosophila melanogaster serves as a model for studying learning and memory.
  • Understanding synaptic calcium activity can illuminate the physiological processes behind memory formation.
  • Associative learning is fundamental to how memories are encoded and retrieved.
  • The mushroom body in Drosophila is crucial for learning and memory functionalities.

Purpose of Study

  • To visualize calcium activity at synapses during learning processes.
  • To correlate synaptic activity with memory trace formation.
  • To utilize a classical conditioning paradigm to examine synaptic changes.

Methods Used

  • Calcium imaging is performed using genetically encoded calcium indicators in a custom imaging chamber.
  • Drosophila are prepared for imaging following surgical procedures to expose the brain region of interest.
  • The experiment involves a pre-conditioning baseline measurement followed by odor stimulus delivery and post-conditioning measurements.
  • The imaging system includes a multi-photon microscope tuned for specific excitation wavelengths and scanning protocols.
  • Data collection involves measuring calcium transients linked with odor stimuli before and after associative training.

Main Results

  • The study provides insights into synaptic changes associated with olfactory learning.
  • Differences in calcium responses were observed between various genetically altered flies, demonstrating the impact of specific indicators on synaptic activity.
  • Visualizations reveal how olfactory memory is stored and modulated at the cellular level.
  • Results underscore the utility of this method in understanding complex brain structures.

Conclusions

  • This protocol enables real-time visualization of calcium dynamics, contributing to our comprehension of neuronal mechanisms in memory formation.
  • Insights gained through this method can illuminate synaptic plasticity principles and enhance our understanding of learning processes.
  • The results have broad implications for neuroscience, particularly in the context of associative memory storage.

Frequently Asked Questions

What advantages does this imaging method offer?
This method provides real-time observation of calcium activity, allowing for direct correlational studies between synaptic responses and learning.
How are Drosophila prepared for imaging?
Drosophila undergo surgical procedures to expose brain areas and are fixed in an imaging chamber for optimal visualization.
What outcomes can be expected from this protocol?
Outcomes include detailed imaging of calcium transients and insights into synaptic plasticity during learning events.
Can this method be adapted for other models?
While designed for Drosophila, the principles of this imaging technique may be applicable to other model organisms with adaptations.
What are the limitations of this study?
Limitations may include the specificity of the calcium indicators used and potential variations in individual animal responses.

Hier stellen wir ein Protokoll vor, mit dem vor- und/oder postsynaptisches Kalzium im Kontext des Drosophila-Lernens und -Gedächtnisses visualisiert werden kann. In vivo Kalzium-Bildgebung mit synaptisch lokalisierten Kalziumsensoren wird mit einem klassischen olfaktorischen Konditionierungsparadigma kombiniert, so dass die synaptische Plastizität, die dieser Art des assoziativen Lernens zugrunde liegt, bestimmt werden kann.

Diese Technik erleichtert die Beobachtung synaptischer Kalziumaktivität in Echtzeit als physiologischer Parameter für die zellulären Prozesse, die dem Lernen und der Gedächtnisbildung bei Drosophila melanogaster zugrunde liegen. Durch den Vergleich neuronaler Reaktionen auf Gerüche vor und nach dem assoziativen Training können wir direkte Korrelationen zwischen synaptischer Aktivität und der Bildung der Gedächtnisspur in einzelnen Fruchtfliegen ziehen. Zur Herstellung transgener Fruchtfliegen, bei denen bestimmte Neuronen von Interesse einen genetisch kodierten Kalziumindikator über weiblich-jungfräuliche und männliche Fliegen ausdrücken, die die gewünschten GAL4- und UAS-Konstrukte tragen, und die weibliche Nachkommenschaft bis drei bis sechs Tage nach der Eklat altern.

Um eine Fliege für die Bildgebung vorzubereiten, verwenden Sie feine Zangen, um eine eisbeäsierte Fliege in eine individuell vorbereitete Bildgebungskammer zu legen. Mit einem Sezieren Mikroskop, um den Thorax und Beine in Kontakt mit den elektrischen Drähten an der Unterseite der Kammer zu positionieren, und mit dem Kopf flach liegen. Fixieren Sie die Fliege an Ort und Stelle mit klarem Klebeband, und verwenden Sie eine chirurgische Skalpellklinge, um ein Fenster im Band um den Kopf zu schneiden, so dass die Antenne bedeckt und nur der vordere Teil des Thorax ausgesetzt.

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Neurowissenschaften Ausgabe 152 Drosophila melanogaster Pilzkörper synaptische Plastizität Lernen und Gedächtnis olfaktorisches assoziatives Lernen klassische Konditionierung optische Kalziumbildgebung Zweiphotonenmikroskopie Memory Engramm

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