מאמר שיטה

התניה קלאסית חזותי של נמלות עץ

DOI:

10.3791/58357

⸱

5 באוקטובר 2018

 ,  , 
1Department of Informatics, University of Sussex, 2School of Life Sciences, University of Sussex, 3Centre for Computational Neuroscience and Robotics, University of Sussex

במאמר זה

הודעת תיקון

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים פרוטוקול על התניה קלאסית של נמלים מרוסן, המתיר חוקרים ללמוד צורה למידה וזיכרון חזותיים ברמה של ניתוח לא ניתן לנוע בחופשיות יחידים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כמה מינים של חרקים הפכו דגם מערכות לימוד היווצרות בלמידה ובזיכרון. למרות מחקרים רבים מתמקדים לנוע בחופשיות חיות, מחקרים יישום פרדיגמות התניה קלאסית עם חרקים מרוסן היה חשוב עבור חוקרים הותאם בדיוק אנשים ללמוד ואת המנגנונים העצביים העומדים בבסיס הלמידה, היווצרות הזיכרון. כאן אנו מציגים פרוטוקול לעירור associative חזותי, בלמידה נמלות עץ באמצעות התניה קלאסית. בפרדיגמה זו, נמלים רתום, מוצג רמז חזותי (קרטון כחול), הגירוי המותנה (CS), יחד עם פרס סוכר התיאבון, הגירוי ללא תנאים (ארה ב). נמלים לבצע שתחת הרחבת הלסת העליונה-ליפ קונטור (מאלר), התגובה ללא תנאים (UR), אשר יכול לשמש readout ללמידה. ההכשרה כוללת 10 ניסויים, מופרדים על-ידי מרווח intertrial 5 דקות (האם). נמלים נבדקים גם עבור שימור זיכרון 10 דקות או שעה אחרי האימונים. פרוטוקול זה יש הפוטנציאל לאפשר לחוקרים לנתח, באופן מבוקר ומדויק, הפרטים של היווצרות הזיכרון החזותי ו הבסיס העצבי של למידה וזיכרון -צורה נמלות עץ.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חרקים בהרחבה שימשו כמודלים ללמוד היווצרות של למידה וזיכרון -1. וריד מוצלח במיוחד של מחקר כרוך באמצעות התניה קלאסית של ריסון בעלי חיים, המאפשר שליטה מדויקת רמזים להיות למד, שמקנה לחוקרים לחקור את המנגנונים העצביים לגורם המרכזי עליו מושתתת בלמידה ובזיכרון. הרוב המכריע של המחקרים התמקדו התניה קלאסית התיאבון העובדים הונאיבי, בומבוס. העובדים הונאיבי מאומנים כדי לשייך של CS האמריקני שמזכירה את UR. בפרדיגמה זו, פותח במקור על ידי טקדה2 ו ביטרמן. et al. 3, UR הוא רפלקס הרחבת חוטם (פי), ארה ב הוא סוכר ו CS הוא ריח. דבורים ללמוד את הקשר בין הפקולטה למדעי המחשב לבין ארה ב והוא יכול ליצור זיכרון לטווח ארוך של עמותה זו.

הדפוס המקורי באמצעות על פי כמו UR שימש כדי לפענח את המסלולים העצביים לגורם המרכזי עליו מושתתת למידה חוש הריח דבורים4. שונתה במספר דרכים כדי לבדוק למידה של חושי גירויים שונים, כולל גירויים חזותיים5,6,7, לשלב aversive למידה באמצעות דיכוי של פי8 או הסיומת עוקץ רפלקס (SER)9 של UR, וגם לבדוק למידה מינים אחרים, כגון דבורים10 וזבובי פירות11. למרות היווצרות הזיכרון בכמה מאופנויות החוש נחקרה באמצעות התניה קלאסית, חזותי למידה קשה להתבונן שימוש בגישה זו גם במין זה להציג רמה גבוהה של יכולת למידה חזותית במהלך שיחור מזון, כגון דבורי הדבש.

מחקרים שנעשו לאחרונה החלת בגישה דומה חרקים שאין פרובוסיס, כמו ארבה, אשר מבצעים את התגובה הפתיחה משוש (POR)12, נמלים, אשר מבצעות את רפלקס הרחבת הלסת העליונה-ליפ קונטור (מאלר)13. זה כבר גילה יכולות ספציפיות שלב למידה התואמים את אסטרטגיות ספציפיות שלב האכלה של שני פנוטיפים שונים ארבה המדבר, חברותי את הטפסים solitarious מחדש לאכוף את הרעיון כי היווצרות הזיכרון צריך להתאים לצרכים אקולוגיים14. יתר על כן, מחקרים על חוש הריח בלמידה נמלים הראו קווי דמיון בין נמלים דבורי הדבש היווצרות הזיכרון ואת השמירה, עם שמירת זיכרון לטווח ארוך, 72 שעות לאחר הכשרה, להיות תלויים סינתזת חלבון15.

עיבודים אלה של הפרדיגמה המקוריים אפשרו היווצרות למידה וזיכרון שילמדו עם שיטות רבות, במין מודל מספר. זה חיוני עבור זיהוי מנגנוני הזיכרון המשותף היווצרות החרקים אלא גם עבור זיהוי הבדלים המשקפים את האקולוגיה מסוים של למידה וזיכרון מינים שונים. המטרה העיקרית של פרוטוקול שנתאר כאן היא לספק דרך לביצוע ניסויים התניה קלאסית באמצעות גירוי המותנה החזותיים עם זן נמלה נרחב למד, פורמייקה רופה. זה מונפק מן המחקר שלנו של למידה חזותית נמלות עץ16, שזה גם עיבוד של התניה קלאסית חזותי פרדיגמות.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. שמירה על מושבות פורמייקה רופה

הערה: מושבות נמלים עץ (פורמייקה גרה רופה, ל') נעשה שימוש במחקר זה היו שנאסף ביער אשדאון, סאסקס, (N 51 4.680, E 0 1.800). בתוך בריטניה, צריך לאסוף המושבות פ רופה בחודשים יולי-אוגוסט. שיעור טוב של הקן להסירו, כולל כמה מאות עובדים, דגירה, כדי להבטיח את המושבה מתמשכת ופעיל לפרקי זמן (עד שנה). יש לחפש אישור מהרשויות מודאג לפני הסרת הקן.

  1. הבית של מושבות נמלים עץ בתוך קופסא רחב (בסביבות 135 ס"מ על 70 ס"מ x 35 ס מ) עם קירות מכוסים בשרף טפלון (PTFE), (למשל, Fluon) כדי למנוע בריחה, ב 21 ° C, נמלים תחת אור: 12 12-h-h מחזור כהה.
    1. לספק הנמלים, באמצעות מתקני החלוקה של המים סוכרוז (333 g/L) ומים. כדי להבטיח שהתזונה של הנמלים היא עשירה בחלבון, להאכיל את המושבה עם קפוא צרצרים 2 x בשבוע. לרסס את הקן עם מים כל יום כדי לשמור על לחות.
    2. כדי לשפר את התנאים הסניטריים של המושבה, להוסיף שרף אורן בעת הצורך; שרף אורן מפחית את הטפילות מושבות נמלים עץ17. המקום מיכל קטן (בערך 15 ס מ בקוטר של 5 ס מ עמוקה) בתוך הקן כך נמלים ניתן להפקיד כל חברי המושבה מת בתוכו.
  2. שמור נמלים תחת התנאים שצויינו הנזכרת לפחות 2 שבועות לאחר איסוף לפני שתנסה לבצע ניסוי מדעי. הסר את סוכרוז הקן להרעיב את הנמלים d 2 לפני הניסויים, ובכך לשפר את המוטיבציה שלהם.

2. בחירה של רתימת נמלים

הערה: ניצול נמלים, בעל בהזמנה אישית נדרשת. זה נבנה דוגמנות קליי, קרטון עם חתך פתיחת מצורף אופקית. המשטח העליון של הקרטון צריך להיות מצופה חלקית עם שעווה, המתיר סיכות חרקים להיקשר במהלך תיקון. טיפול זהיר הוא הכרחי עבור כל צעד של הפרוטוקול (כולל תחזוקה, תחבורה, הניסוי), אך במיוחד כאשר רתימת נמלים, כדי למנוע העמדת אותם לרמות גבוהות של מתח לפני אימון.

  1. כדי לבחור נמלים המהווים מוטיבציה לאכול, במקום שקופית עם טיפה של סוכרוז (200 גרם/ליטר) בתוך קופסה קטנה (בסביבות 14 ס"מ x 8 ס"מ x 5 ס מ) עם קירות מכוסים בשרף PTF כדי למנוע בריחה. אל תבחר נמלים הם נושאים נמלים עץ או מת מן הקן. במקום זה, קח נמלים הם זוחלים על הקירות של הקן, כי אלה הם נוטים יותר להיות איוראו מנסה לעזוב את הקן כדי לחפש מזון.
  2. מקם כל נמלים בתיבת, לחכות ולראות אם הוא ניזון הירידה סוכרוז. אם כן, להעביר אותו מיד אחר תיבה ריקה כדי למנוע satiation.
  3. העברת כל נמלים צינור נפרדים. מקם כל שפופרת במקפיא למשך 1-2 דקות, או בקרח כתוש לקבלת עד 5 דקות, על מנת לשתק את הנמלה.
  4. למקם את הנמלה קיבוע המחזיק, דרך החתך על הקרטון, על ידי המפרק שבין הראש החזה שלה. להבטיח שמחושיהם יישארו בצד האחורי של הראש, באמצעות סיכות חרקים בתוך השכבה שעווה על גבי הקרטון.
  5. השתמש אלמנט חימום מחוייט להבריק את קצה pin חרקים לראש של הנמלה, במקביל הקרטון. במהלך הליך זה, האם לא מגע מחושיהם עם גוף החימום תיל כדי למנוע גביית כל נזק להם.
  6. לאחר השעווה מתייבש, להסיר את הסיכות חרקים מחזיק את האנטנה, הסר בזהירות את הנמלה מבעל.
  7. לתקן את החרקים. סיכת הנמלה בפלסטלינה מידול גליל ותיקון בעל פלסטיק בהזמנה אישית מתחתיו, המבטיח את הנמלה שומרת על העמידה טיפוסי, כי כל הגוף הוא חופשי לנוע מלבד בראש.
  8. שמור את הנמלים מרוסן החושך כבר לפחות שעתיים לפני האימון.

3. הדרכה ובדיקות

  1. הגדרת גירוי מותנה, גירוי unconditioned
    1. לנהל את הניסויים בקופסא לבנה אקריליק (50 x 50 x 50 ס מ), פתח בחזית כדי לאפשר גישה עבור הנסיין. לתעד את ההתנהגות של הנמלה עם מצלמה.
      1. למקם את המצלמה עם עדשת מאקרו ישירות מעל הנמלה, דרך חור המשטח העליון של התיבה.
      2. כדי להפחית כל סימנים חזותיים חיצוניים, לשמור את החדר חושך חוץ מקור אור מצביע ישירות לחלק העליון של התיבה אקריליק (שני אורות 26-W).
    2. להשתמש בתור רמז חזותי (CS) כחול בהיר (ספקטרום ב איור S1) קרטון מלבן (60 x 45 מ מ) מחובר במרכזו מחט, מחובר מזרק (2 מ"ל) שבה ארה ב (סוכרוז 200 גרם/ליטר) מועברת באופן ידני הנמלה (איור 1A ו- 1B ).
      הערה: הפתרון סוכרוז ניתן לבצע עם סוכר לבן, ובלבד שאין צבע, ריח כאשר מומס במים.
    3. לנהל את שני סוגי האימונים במקביל, לזווג ו אינטראקצית (ראה הסבר בהמשך), סדר אקראי.
      הערה: במחקר זה, אנחנו לא שמתי לב לאופי הסימן החזותי. רק הקשר בין הסימן לבין הפרס נלקחו בחשבון. צבע וצורה לא נבדקו, סביר להניח כי CS עם תכונות אחרות יפיק תוצאות דומות. למרות זאת, הצבע הכחול נבחרתי בגלל נמלים באותו סוג הוכחו להיות רגישים אורכי גל שמכסים את צבע כחול18.
  2. אימון בזוגות
    הערה: באימון לזווג, CS ובארה ב מוצגים כל משפט, הקשורים אחד לשני (איור 1C).
    1. . תתחיל להקליט את s נמלים 10 לפני הצגת CS כדי להבטיח כי נמלים לא באופן ספונטני מבצע מאלר לפני המצגת אם נמלים לבצע מאלר בתקופה זו, לדחות את המשפט למשך כמה שניות. אם כל נמלה מראה התנהגות זו באופן רציף, לא לכלול אותו מניתוח.
    2. הזיזו את המזרק + CS לפני הנמלה ~ 10 s, עם קצה המחט כל הזמן בין הפנים של הנמלה מקסימלית של 5 מ מ לעיל, לכל צד. במהלך תקופה זו, העבר את קצה המחט קרוב ככל האפשר לראש של הנמלה, אבל בלי לגעת מחושיהם (איור 1B).
      הערה: תנועה נכללה, כאשר מציגים CS כי הוכח כדי לשחק תפקיד חזותי associative learning דבורי הדבש6.
    3. הפעילו לחץ כדי להפריש טיפת סוכרוז מהקצה מזרק ומניחים על הירידה של סוכרוז אנטנות, mouthparts כדי לאפשר את הנמלה לזהות את סוכרוז. לאפשר את הנמלה להאכיל לאורך כ-5 s.
      הערה: הסכום של סוכרוז נמלים נצרך בכל ניסוי לא נשלטה בניסויים אלה. הירידה של סוכרוז על אילו נמלים ההזנה צריך להיות גדול מספיק כדי לאפשר להם להאכיל באופן חופשי לאורך כ-5 s.
    4. חזור על הליך זה, 10 x, עם זה של 5 דקות.
      הערה: בניסויים אלה, נמלים היו תמיד פנתה ימינה, עם עין ימין שלהם קרוב לצד פתוח של תיבת אקרילי. לכן, הפקולטה למדעי המחשב תמיד ניגש הנמלים מהצד הימני שלהם. למרות זאת לא תפסול למידה, ניסויים אלה יכול להתבצע על-ידי הפעלת חצי של הנמלים שמאלה וחצי מימין, כדי למנוע השפעה lateralization אפשרי.
  3. הכשרה אינטראקצית
    הערה: הכשרה זו מורכבת מתכבד להציג הנמלים CS או ארה ב בנפרד, אלה לשני גירויים להיות, לכן, לזהויות אחד את השני לאורך זמן (איור 1D).
    1. . תתחיל להקליט את s נמלים 10 לפני בכל ניסוי
    2. מציגים CS באותו אופן כמו אימון לזווג אבל לא להעביר את סוכרוז הנמלה.
    3. לאחר 2.5 דקות, מספקים ארה ב ישירות mouthparts (גם נגיעה מחושיהם) באמצעות מזרק ללא הפקולטה למדעי המחשב מצורף.
    4. להתחיל עם ניסוי מדעי המחשב, חזור על הליך זה, 10 x עבור כל סוג של המשפט, intercalating אותם עם תחתום של 2.5 דקות.
  4. בדיקות
    הערה: מבחן צריך להיות מתנהל רק 1 x, או 10 דקות או 1 h לאחר שעבר הכשרה המשפט; מבחן שבו הנמלה מוצג CS אבל לא עם ארה ב עלולה לגרום להכחדה של זיכרון אסוציאטיבי שנוצר קודם לכן.
    1. . תתחיל להקליט את s נמלים 10 לפני בדיקה
    2. מציגים CS הנמלה בערך 10 s.
    3. ודא הנמלה עדיין מוטיבציה להאכיל על-ידי אספקת סוכרוז לאחר הבדיקה.

4. איסוף נתונים וניתוח

  1. להקליט את ההתנהגות של הנמלה, מלמעלה, 10 s לפני בכל ניסוי ובמהלך המצגות CS וארה ב. ודא כי כל הניסויים והבדיקות נרשמים לניתוח האחורי.
  2. באמצעות הקלטות שנעשו במהלך האימונים ובדיקות, ניקוד תגובות של הנמלים במהלך ה 10 s של המצגת CS.
  3. להפריד בין התגובות של הנמלים במהלך המצגת CS לשלושה סוגים של התנהגות, בהתאם סיומת תנועת mouthparts: בשליפה מלאה עם תנועה (FEM) כאילו האכלה, בשליפה מלאה ללא תנועה (FE) או חלקי סיומת (PE) של הלסת העליונה-ליפ קונטור או נשימה עמוקה קאלאמרי (איור 2 א - 2D). לניתוח, לקבץ את כל סוגי מאלר כתגובה יחיד (2E איור).
  4. הכללת כל נמלה שעשה לא מאכילה בכל משפט ובכל מבחן.
    הערה: לצורך ניתוח, מבחן סטטיסטי שלוקחת נמלים בודדים בחשבון מומלץ, ובכך החשבונאי השתנות בתוך יחידים. בעת סיווג תגובות של הנמלים במהלך האימון באופן בינארי (1 עבור תגובות חיוביות ו- 0 עבור אין תגובה), רגרסיה לוגיסטית עם אפקטים מעורב הוא רצוי16,19. להשוואת היחס של נמלים להגיב בכל אימון ניסוי או מבחן, G-מבחן או בדיקה מדוקדקת של פישר מומלץ, בהתאם למספר נמלים ניתחו16,20.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

במהלך הניסויים התניה קלאסית, CS חייב לא לגרום תגובה ספונטנית בבעלי החיים. בניסויים שערכנו, רק 3-4% של הנמלים לבצע מאלר בתגובה הסימן החזותי על המשפט הראשון, לפני אימון. נמלים זה היה עובר אימון לזווג המבוצעות מאלר ויותר כתגובה CS (איור 3A; רגרסיה לוגיסטית, N = 51, דרגות חופש (df) = 507, z = 5.949, p < 0.01). האחוז של נמלים לזווג המגיבות CS plateaued בסביבות 50%, מן המשפט השלישי ואילך. להפך, אינטראקצית נמלים לא משמעותית לודיג מאלר במהלך האימון (איור 3B; רגרסיה לוגיסטית, N = 29, df = 287, z = 0.758, p = 0.45). המופע של מאלר בתגובה הסימן החזותי היה גבוה באופן משמעותי במהלך לזווג מאשר אינטראקצית הדרכה (רגרסיה לוגיסטית, N = 80, df = 796, z =-5.306, p < 0.01), אשר היה נכון לגבי כל משפט למעט הראשון (טבלה 1).

לבחינת שלהם קצר ו זיכרון לטווח בינוני15, נבדקו הנמלים או 10 דקות או h 1 אחרי המשפט האימונים האחרונה. שתי בדיקות, חלקם של נמלים ביצוע מאלר בתגובה CS היה גבוה באופן משמעותי בזמן שחוו אימון לזווג ולא אינטראקצית (איור 3C ו 3D; טבלה 1).

במהלך האימונים, בודדים נמלים הראה וריאציה משמעותית המספר והסוג של מאלר הם מוצגים (איור 4A , 4B). רק 14% של נמלים לזווג הגיב במשפט כל החל המשפט השני או השלישי ואילך, בעוד רוב נמלים התרוצץ בין ניסויים בו הם הגיבו, שבו הם לא. על המבחנים האלו הכשרה שבה הגיב נמלים, מידת שאליו הם מורחבים ועברו mouthparts שלהם מגוונות. לכן, חילקנו מאלר שלושה סוגים שונים: פמ, FE או PE. בדרך כלל, נמלים לבצע פמ או PE לעתים קרובות יותר מאשר FE. עם זאת, רק כמה נמלים המבוצעת באופן עקבי את אותו סוג של תגובה; ברוב המקרים, נמלים הראה מעט עקביות על הסוג של מאלר שהם הופיעו (איור 4).

figure-results-1
איור 1 : להכשרה הקמה ניסיוני. (א) תיקון הנמלה עם שעווה לפין חרקים מחובר מידול גליל חימר (כתום) ואת מקום בעל מחוייט מתחתיו להתיר עמדה נטורליסטי. למקם אותו בתוך קופסא אקרילי לבן מואר על ידי שני מקורות אור, ישירות מתחת מצלמה. להשתמש גירוי מותנה (CS) קרטון (הריבוע הכחול) המצורפת את המזרק המספק הגירוי unconditioned (לנו), פרס סוכר. שיבוץ מציג מבט מקרוב על נמלה למחזיק. (B) קצה המזרק המחט מועברת קרוב ככל האפשר לראש של הנמלה, אבל בלי לגעת מחושיהם כפי שמוצג הסכמות. לזווג הרכבת הנמלים דרך או (ג) או (ד) אינטראקצית הכשרה. איור זה שונה מפרננדס. et al. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-2
איור 2 : התגובה הרחבת הלסת העליונה-ליפ קונטור של נמלות עץ. מסגרות בודדות מתוך הקלטות וידאו להראות של הנמלים הפה חלק תנועות במהלך האימון. (א) לוח זה מציג שום תגובה. (B) לוח זה מציג סיומת מלאה (FE) הלסת העליונה-ליפ קונטור שמסיים glossa. (ג) לוח זה מציג סיומת חלקית (PE) עם רק palpus בלסת העליונה גלוי. (ד) לוח זה מציג סיומת חלקית (PE) של המבנים הלסת העליונה-ליפ קונטור. נמלים (E) שעברו הכשרה לזווג (N = 51) לבצע מתיחה מלאה עם תנועה (פמ; חום כהה), של FE (חום בינוני) או PE (חום בהיר). איור זה שונה מפרננדס. et al. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-3
איור 3 : עץ טופס נמלים לזיכרונות אסוציאטיביים של רמז חזותי לזווג עם פרס סוכר. (א) האחוז של נמלים לזווג (N = 51) ביצוע מאלר בתגובה על המצגת CS באופן משמעותי גדל לאורך כל האימון. (B) האחוז של נמלים ביצוע מאלר לא להגביר באופן משמעותי בהסמכה אינטראקצית (N = 29). נמלים היו נבדק (ג) 10 דקות (לזווג: N = 15; אינטראקצית: N = 15) או (ד) 1 שעה (מזווג: N = 15; אינטראקצית: N = 14) לאחר שעבר הכשרה המשפט. האחוז של נמלים להגיב CS במהלך ואחרי אימונים בזוגות או אינטראקצית מיוצגים חום או אפור, בהתאמה. שלושת סוגי מאלר מיוצגים כהה (FEM), בינוני (FE), ובגווני אור (PE). איור זה שונה מפרננדס. et al. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-4
איור 4 : ביצועים אישיים של נמלים במהלך אימון. אלה מראות על מופעים בודדים של (A) נמלים לזווג ו- (B) אינטראקצית נמלים. שלושת סוגי מאלר מיוצגים כהה (FEM), בינוני (FE), וחום בהיר (PE) או אפור. איור זה שונה מפרננדס. et al. 16. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

משפטNdfG (מותאם)P
180נהנה> 0.1
28013.86< 0.05
38018.41< 0.01
48016.63< 0.01
58018.41< 0.01
68017.5< 0.01
780110.69< 0.01
880111.76< 0.01
980117.13< 0.01
1080117.13< 0.01
10 דקות5915.5< 0.05
1 h5914.42< 0.05

טבלה 1: השוואה של מאלר התגובות CS בין נמלים שעברו לזווג ו אינטראקצית הכשרה, עבור כל משפט וכל ילדי מספר נמלים (N), דרגות חופש (df), G-מבחן העצמאות (G) ו- p-ערך מוצגים. במשפט הראשון ניתחנו עם בדיקה מדוקדקת פישר. טבלה זו שונתה מ פרננדס. et al. 16.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התניה קלאסית היא אחת ביותר ומבוססת הפארדיגמות ללמוד למידה וזיכרון. פרוטוקול שהצגנו כאן הוא עיבוד של הפרדיגמה מיועד דבש דבורים עובדים2,3 , שלאחר מכן היה עם מספר מינים אחרים, כגון דבורים גדולות, זבובי פירות, אשר להשתמש לכל גם הבדיקה למידה10 ,11, ארבה, נמלים, אשר השתמש POR מאלר, בהתאמה12,13. באמצעות פרוטוקול זה, זה אפשרי לאמן מרוסן נמלות עץ כדי ללמוד את הקשר בין רמז חזותי לבין פרס סוכר ולנתח השמירה של הזה קצר - (10 דקות), התיכון-טווח (1 שעה) זיכרון16.

בניסוי התנהגותי כלשהו, יש צורך לקחת בחשבון שלבים קריטיים שיכולות למזער ההשתנות בתגובות החיה. בפרוטוקול המובאת כאן, נלקחים מספר אמצעים כדי למזער את השתנות לפני ובמהלך האימונים. לפני תחילת הניסויים, המושבה זקוקה לרעוב במשך לפחות יומיים ונבחר נמלים צריך להיות מבוסס על נכונותם ולאכול טיפה סוכר בתיבת אחזקות. בחירת נמלים בדרך זו נועדה להגדיל את הסיכוי של נמלים הדרכה המהווים מוטיבציה כדי להאכיל. זהירות על טיפול זה גם שיקול חשוב כי זה יכול לעזור להפחית את רמות הלחץ, אשר משבשת למידה אם זה אינטנסיבי גם21. לשם כך, צריך עכשיו נמלים עם הקור נשאר ללא תנועה בזמן להיות רתום, כי כל תנועה (עבור בריחה) במהלך הליך זה יכול להיות מקור של מתח. יתר על כן, הקשר בין הנמלים את השעווה צריך להיות מינימלי, נמנע מקשר בין מחושיהם לבין חם שעווה או חוט, אשר יכול לגרום לנזק. למרות שיש מקרים אלה לא נותחו רשמית, נראה מחושיהם להעביר עם דפוס מסוים במהלך הלמידה.

במהלך הניסויים, משלוח זהיר של הסוכר חשוב גם לשמור על נמלים מוטיבציה. שוב, בזמן זה שלא נותחה באופן רשמי, אספקת מזון גס דומה לגרום ללחץ נוסף לך אל הנמלה, אשר בתורו הוביל חוסר מוטיבציה ולמידה. יתר על כן, סוכרוז יועברו במהלך ההכשרה צריכה להיות של ריכוז מופחתת (200 גרם/ליטר) כדי להימנע satiation לפני תום תקופת ההכשרה ובדיקות. דבר זה מאפשר מאלר להיות תגובה מותנית מועמד טוב כי, יחד עם הופעה ספונטנית נמוכה של תגובה זו למחשב הסימן החזותי, זה גם לא עיתוני על ניסויים. לבסוף, בניגוד לרוב התניה קלאסית מחקרים2,3,5,6,7,8,9,10, 11 , 12 , 13, אנחנו אומנו נמלה אחת באותו הזמן עד תום הניסוי, להשאירו במקום בין ניסויים במקום להסיר אותו כדי לבדוק את נמלה אחרת. הדרכה מספר נמלים ביחד נראה כדי להפיק תוצאות יותר משתנה, אשר יכול להיות בגלל עלייה מתח ו/או קונפליקט בין מידע חזותי הנגרמת על ידי השינוי מלאה של הנוף. כדי לצמצם את משך הזמן של כל ניסוי, השתמשנו תחתום 5 דקות במקום זה 10 דקות בשימוש התניה קלאסית רוב המחקרים16. למרות כל אלה שיקולים צריך לעזור להבטיח כי הנמלים מוטיבציה להאכיל וללמוד במהלך האימון, כמה השתנות בלתי נמנע אנו ממליצים על שימוש נמלים זה נראה שיש התנהגות נורמלית, התיאבון החברתיות גפיים, למעט נמלים מניתוח הרגע שהם נכשלים ניזונים משפט הכשרה או מבחן.

הטבע של CS לא נבדקה במחקר זה. למרות השתמשנו גירוי חזותי כחול כי נמלים ה רגישים אורכי גל אלה18, צבעים אחרים אולי גם ניתן ללמוד בשיתוף עם פרס. לניסויים נוספים יידרשו לאפיין באופן מלא את הצבעים להיות ראיתי ולמדתי בבית זה. הדבר נכון גם בצורות ובגדלים שונים של הסימן החזותי. לא בדקנו אם הרזולוציה המרחבית של הנמלים יהיה מספיק להבחנה בין הגירוי החזותי הוצגו כאן המרחק בין העיניים של הנמלים שזה הוצגה. למרות עיניים מורכבות של נמלות עץ תוארו מבחינת הגודל ומספר היבטים22, לידע שלנו, שלהם והרזולוציה המרחבית לא מלא שתיארנו עדיין. עם זאת, זה חושבה על Melophorus magoti23. אפיון דומה של עץ של הנמלים, או העיניים של חרקים אחרים שנבדקו תתרום חקירה ברורה של התכונות של הישות מושג חזותי נצפתה ולמדו על ידי בעלי החיים. יתר על כן, כללנו תנועה כאשר מציגים את הגירוי החזותי אל הנמלה כי הוכח כדי לשחק תפקיד הונאיבי associative learning במהלך התניה קלאסית6. עם זאת, זה גם לא נבחנה במחקר זה, בשל אופיו תנועה שונים של חרקים לעומת הליכה חרקים טסים, ההבדלים בין התניה קלאסית הונאיבי, נמלה חזותי יכול להיות שנצפו.

בנימה סופית היינו מסוגל לבחון שמירת הזיכרון לטווח ארוך כי נמלים לא שרד להיות רתום לתקופות ארוכות כאלה אחרי האימונים. עם זאת, ערכות עוקבות של ניסויים, השארנו נמלים בחיים, מוטיבציה לאכול וללמוד כשהוא רתום והשאיר אותם לילה בסביבה חשוכים ולחים (הצבת תיבת מעליהם). לכן, ניתן להשתמש זו הפרדיגמה לפענח שמירת זיכרון לטווח ארוך של נמלות עץ, בנוסף, התיכון-זיכרון לטווח קצר.

הליך זה פשוט מ כללי התניה קלאסית פרדיגמות, זה אפשרי ללמוד את רכישת ושמירה של זיכרונות חזותיים במרוסן נמלות עץ, אשר נחקרו באופן נרחב בפרדיגמות באמצעות בעלי חיים חינם-המעבר. פרדיגמה זו יש פוטנציאל לשמש לניתוח הבסיס העצבי של למידה חזותית במודל מאוד ומבוססת על ניווט חרקים.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מודים טום Collett, קורנליה Buehlmann על שיתוף מידע רב ערך לגבי אוסף ותחזוקה של מושבות נמלים עץ. המחברים גם תודה ג'סטין Crevel מעיר על גירסאות קודמות של מאמר זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
FluonBlades Biological Ltd, Edenbridge, UKACS 109; ACS 112; ACS 114למניעת חרקים מלגנוב
צרצריםלהבים ביולוגיים בע"מ, אדנברידג', בריטניהLZJ 217ניתן למושבות הנמלים כמקור חלבון
אורן טבעי רוזין/שרף מינרלים-מים בע"מ, ריינהם, בריטניה500 גרםניתן למושבות הנמלים לתברואה
אוסטרליץ סיכת חרקיםפין כלי מדע עדינים GmbH, היידלברג, גרמניה26000-40לרתימת נמלים
מצלמה במהירות גבוההEdmund Optics Inc., Barrington, ארה"בeo-13122Mהקלטות MaLER במהלך אימון ובדיקה
MacrolensCannon, Surrey, UKEF 100 mm f/2.8 L Macro IS USMהקלטות MaLER במהלך הדרכה ובדיקה
מערכותפיתוח הדמיה IDS תוכנה GmbHuEye64הקלטות MaLER במהלך אימון ובדיקה
קרטון כחולג'ון סמית 'ביוניון סטור, אוניברסיטת סאסקסJACK-PJM41358מהווה גירוי מותנה
מזרקפישר סיינטיפיק בע"מ, לאפבורו, בריטניהBD  פלסטיפאק  300185מקרה; קוד מוצר.12369289מצגת ארה"ב ומדעי המחשב (מצורפת)
מחט (0.5 x 16 מ"מ)FisherScientific LTD, Loughborough, UKBD Microlance 300600; קוד מוצר:מצגת 10442204 ארה"ב ומדעי המחשב (מצורפת)

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chittka, L., Niven, J. Are bigger brains better? Current Biology. 19 (21), R995-R1008 (2009).
  2. Takeda, K. Classical conditioned response in the honey bee. Journal of Insect Physiology. 6, 168-179 (1961).
  3. Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schäfer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). Journal of Comparative Psychology. 97 (2), 107-119 (1983).
  4. Menzel, R., Muller, U. Learning and memory in honeybees: from behavior to neural substrates. Annual Review of Neuroscience. 19 (1), 379-404 (1996).
  5. Hori, S., Takeuchi, H., Kubo, T. Associative learning and discrimination of motion cues in the harnessed honeybee Apis mellifera L. Journal of Comparative Physiology A. 193 (8), 825-833 (2007).
  6. Balamurali, G. S., Somanathan, H., De Ibarra, N. H. Motion cues improve the performance of harnessed bees in a colour learning task. Journal of Comparative Physiology A. 201 (5), 505-511 (2015).
  7. Mujagić, S., Würth, S. M., Hellbach, S., Dürr, V. Tactile conditioning and movement analysis of antennal sampling strategies in honey bees (Apis mellifera L). Journal of Visualized Experiments. (70), e50179(2012).
  8. Wright, G., et al. Parallel reinforcement pathways for conditioned food aversions in the honeybee. Current Biology. 20 (24), 2234-2240 (2010).
  9. Vergoz, V., Roussel, E., Sandoz, J. C., Giurfa, M. Aversive learning in honeybees revealed by the olfactory conditioning of the sting extension reflex. PloS One. 2 (3), e288(2007).
  10. Laloi, D., et al. Olfactory conditioning of the proboscis extension in bumble bees. Entomologia Experimentalis et Applicata. 90 (2), 123-129 (1999).
  11. Chabaud, M. A., Devaud, J. M., Pham-Delègue, M. H., Preat, T., Kaiser, L. Olfactory conditioning of proboscis activity in Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology A. 192 (12), 1335-1348 (2006).
  12. Simões, P., Ott, S. R., Niven, J. E. Associative olfactory learning in the desert locust, Schistocerca gregaria. Journal of Experimental Biology. 214 (15), 2495-2503 (2011).
  13. Guerrieri, F. J., d'Ettorre, P. Associative learning in ants: conditioning of the maxilla-labium extension response in Camponotus aethiops. Journal of Insect Physiology. 56 (1), 88-92 (2010).
  14. Simões, P. M., Niven, J. E., Ott, S. R. Phenotypic transformation affects associative learning in the desert locust. Current Biology. 23 (23), 2407-2412 (2013).
  15. Guerrieri, F. J., d'Ettorre, P., Devaud, J. M., Giurfa, M. Long-term olfactory memories are stabilised via protein synthesis in Camponotus fellah ants. Journal of Experimental Biology. 214 (19), 3300-3304 (2011).
  16. Fernandes, A. S. D., Buckley, C. L., Niven, J. E. Visual associative learning in wood ants. Journal of Experimental Biology. 221 (3), 173260(2018).
  17. Christe, P., Oppliger, A., Bancala, F., Castella, G., Chapuisat, M. Evidence for collective medication in ants. Ecology Letters. 6 (1), 19-22 (2003).
  18. Aksoy, V., Camlitepe, Y. Behavioural analysis of chromatic and achromatic vision in the ant Formica cunicularia (Hymenoptera: Formicidae). Vision research. 67, 28-36 (2012).
  19. Bates, D. M. lme4: Mixed-Effects Modeling with R. , Springer. New York, NY. (2010).
  20. Sokal, R. R., Rohlf, F. J. Biometry (3rd edn). , W.H. Freman and Company. New York, NY. (1995).
  21. Bateson, M., Desire, S., Gartside, S. E., Wright, G. A. Agitated honeybees exhibit pessimistic cognitive biases. Current Biology. 21 (12), 1070-1073 (2011).
  22. Perl, C. D., Niven, J. E. Differential scaling within an insect compound eye. Biology letters. 12 (3), 20160042(2016).
  23. Schwarz, S., Narendra, A., Zeil, J. The properties of the visual system in the Australian desert ant Melophorus bagoti. Arthropod Structure & Development. 40 (2), 128-134 (2011).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תיקון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Formal Correction: Erratum: Visual Classical Conditioning in Wood Ants
Posted by JoVE Editors on 1/01/1970. Citeable Link.

An erratum was issued for: Visual Classical Conditioning in Wood Ants. 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:

Spectral analysis graph; normalized intensity vs wavelength (nm); spectroscopy data visualization.
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).

תגיות

מאמרים קשורים