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La capacité d'adaptation et de répondre à l'environnement extérieur est essentiel pour la survie de tous les animaux. Un animal a besoin pour éviter les dangers, chercher la nourriture et trouver des partenaires, et d'apprendre des expériences précédentes. Les systèmes sensoriels fonctionnent pour recevoir une variété de stimuli, tels que visuelle, chimique et mécanosensorielle, et envoie ces signaux au système nerveux central doit être interprété et décodé. Le cerveau dirige ensuite les comportements moteurs appropriés en fonction de l'environnement perçu, comme la recherche de nourriture ou échapper à un prédateur. Comprendre comment les systèmes sensoriels détectent le monde extérieur, et comment le cerveau décode et dirige les décisions, est un défi majeur en neurobiologie.
Drosophila melanogaster est un système de modèle puissant pour étudier comment neuronal comportements de guidage des circuits. En plus d' être simple et peu coûteux à entretenir, la drosophile présentent de nombreux comportements divers et complexes stéréotypés, mais le faire avec un compact système nerveux d'environ 100.000 neurones. Techniques génétiques puissants existent pour manipuler le génome de la Drosophile, et des milliers de lignées transgéniques ont été générées que sélectivement et de façon reproductible étiqueter les mêmes sous - ensembles de neurones 10-13. Ces lignées transgéniques peuvent être utilisées pour manipuler sélectivement l'activité des neurones marqués (activer ou inhiber), et ces manipulations peuvent être utilisées pour étudier comment neuronal comportements de guidage des fonctions.
Plusieurs tests comportementaux ont été développés pour étudier divers comportements drosophile. Drosophila, comme beaucoup d' animaux, utilisent leur sens de l' odorat pour guider de nombreux choix de comportement, tels que trouver de la nourriture, trouver copains, et en évitant les dangers. L'olfaction est donc un bon système sensoriel pour étudier comment les stimuli externes sont détectés et interprétés par le système nerveux d'un animal pour guider les choix appropriés. A ce titre, un certain nombre d'essais ont été développés pour Investigating larvaire et les comportements olfactifs adultes. Traditionnellement, les comportements olfactifs chez la drosophile ont été analysés par un paradigme labyrinthe en T à deux choix, qui peut être utilisé pour doser innée et les comportements appris olfactifs 3. Dans cet essai, environ 50 mouches ont le choix entre deux tubes: un tube contenant l'odeur en question et l'autre contient un odorant de commande (généralement le solvant d'odeur). Les mouches sont donnés une période de temps définie pour faire un choix, puis le nombre de mouches qui sont dans les différentes chambres sont comptées. Bien que le labyrinthe en T est un simple test pour de nombreuses expériences, il existe plusieurs limites. Par exemple, les comportements olfactifs sont évalués à un seul point de temps, et les différents choix effectués avant ce point de temps sont rejetées. De même, les comportements individuels des mouches dans la population sont négligées. En outre, le labyrinthe en T nécessite un comptage manuel des mouches, ce qui pourrait introduire des erreurs. Enfin, comme il n'y a que deux choix mesurés, ceréduit la puissance statistique souvent nécessaire pour détecter les changements de comportement subtils. Une alternative à un labyrinthe en T à deux choix est un à quatre quadrants (quatre champs) olfactomètre 14-18. Dans cet essai, les animaux explorent une arène dans laquelle chacun des quatre coins de l'arène est remplie d'une source potentielle d'air odorisé. L'arène a une forme d'étoile froncé pour maximiser la formation de quatre quadrants d'odeurs expérimentalement définis. Si l'odeur est fourni dans l'un des coins, puis il est contenu seulement en ce qu 'un quadrant. Les comportements des animaux peuvent être suivis comme ils entrent et sortent le quadrant des odeurs, et facilement par rapport à leur comportement dans les trois quadrants de contrôle. Le dosage de olfactomètre à quatre quadrants ainsi les dossiers de réponse comportementale spatiale et temporelle des stimuli d'odeurs sur une grande arène expérimentale.
Le olfactomètre à quatre quadrants a d' abord été développé par Pettersson et al. 15 et Vet et al. 17 pour étudier l'olusine réponses comportementales des hyménoptères parasites individuels. Faucher et al 18. Et Semmelhack et Wang 16 adapté le programme d' installation pour surveiller les réponses olfactives de Drosophila individuelle. Le olfactomètre à quatre quadrants est également sensible aux réponses attractives et répulsives, permettant une large gamme de produits odorants et conditions d'essai. Logiciel de suivi de la mouche Custom-écrit, développé par Alex Katsov 19 et actuellement maintenu par Julian Brown (détaillées dans les matériaux), a présenté des avantages supplémentaires aux implémentations plus récentes de l'olfactomètre à quatre quadrants 14,20-23. Il est maintenant possible de tester jusqu'à 100 mouches simultanément à haute spatiale (27,5 pixels / cm) et temporels (30 images par seconde) de résolution, qui permet d'extraire différents paramètres, tels que la position, la vitesse et l'accélération des mouches à tout point de temps. Cela permet à des enquêtes sur la dynamique des réactions comportementales des mouches à odeurs 20 . Il convient de noter toutefois que l'identité des mouches individuelles au sein de la population au cours de la période de suivi de piste entière n'a pas été maintenue. Au lieu de cela, chaque piste de mouche est enregistré pour aussi longtemps que deux pistes de mouche ne se croisent pas. À ce moment-là, de nouvelles pistes sont attribuées après vol divergent. En intégrant d' autres logiciels de vidéo-capture (détaillées dans le tableau Matériaux), la même configuration permet des périodes de suivi flexibles et pourrait être utilisé pour suivre les mouches jusqu'à 24 heures en prenant des images à une vitesse inférieure. Cette option a été utilisée pour étudier les comportements de ponte de mouches et de comparer leurs positions du corps avec les préférences de ponte 14. Le olfactomètre quatre champ peut également être utilisé pour étudier les réponses à multimodal (par exemple , olfactives et visuelles) stimuli, ou de combiner optogenetic 9 ou thermogénique 21 stimulation avec des présentations de stimuli sensoriels. En outre, la haute résolution temporelle permet l'extraction de trajectoires for chaque mouche individuelle dans l'ensemble de données ensemble. Par conséquent, la méthode permet enquête sur les comportements de la population olfactifs guidée et aussi les interactions sociales individuelles. Les données générées par cet essai sont robustes et très reproductible, ce qui permet l'utilisation de l'olfactomètre quatre trames pour les écrans de comportement.
Nous décrivons ici l'ensemble de configuration pour un olfactomètre à quatre quadrants. Nous démontrons en outre son utilisation dans le dosage de l'attraction olfactive en réponse à vinaigre de cidre et de répulsion en réponse au propionate d'éthyle très concentré. Enfin, nous décrivons et fournissons un exemple de code pour l'analyse des données de suivi de vol enregistrées.