使用して報酬を求める行動の変化を測定するための簡単な方法キイロショウジョウバエ
December 15th, 2016
私たちは、報酬の状態の変化の指標として自主的なエタノール消費を使用して、ミバエ（ キイロショウジョウバエ ）にやりがいとnonrewarding経験を誘導するためのプロトコルについて説明します。
この手順の全体的な目標は、報酬状態の変化の代理としてショウジョウバエのエタノール自己投与を測定することです。この方法は、経験が脳内でどのようにコード化され、行動の修正につながるかなど、神経科学の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、比較的単純で、複雑なセットアップを必要としないことです。
このプロトコルは、2つの個別の部分で構成されています。1つ目は、ハエを報酬のある経験と報酬を得ない経験にさらすことであり、2つ目は、薬物報酬を得る動機の尺度として自発的なエタノール消費を分析することです。プロトコルの 2 つの部分は、独立して使用できます。
さらなるダウンストリームアッセイの最初のステップとして、または独立した2選択摂食アッセイとして、経験の調節を誘導すること。この手順を実演するのは、私の研究室の修士課程の学生であるShir Zerと大学院生のJulia Ryvkinです。キャピラリーフィーダーの構築を開始するには、まずバイアルの側面に沿って小さな穴がある標準的なフライバイアルを取ります。
かみそりの刃を使用して、バイアルのプラグを横に半分に切ります。プラグの表面に4つのポイントをマークし、キャピラリーホルダーを配置するための正方形の形状を作成します。18ゲージの針で、マークの位置でプラグに4つの穴を開けます。
そして、マイクロピペットを使用して穴を広くします。カミソリの刃を使用して、4つのマイクロピペットをカットして、5マイクロリットルのガラスキャピラリーをしっかりと保持します。これらを準備したプラグの穴に挿入します。
エタノールを含む2つのキャピラリーのプラグの位置をマークします。次に、ガラスバイアルを微量遠心ラックに並べます。フライフードを溶かし、次に各バイアルに2ミリリットルを注ぎます。
食品が固まるのを待ってから、バイアルをラップで覆います。隔離された小さなバイアルに別々に収容されたオスのハエを採取することから始めます。これらを 2 つのグループにランダムに割り当てます。
やりがいのある交配体験と、やりがいのない交配体験を経験する人。報酬のないグループから始めて、以前に交配した雌を各バイアルに追加します。報酬グループに移り、各バイアルに処女の女性を追加します。
交尾の出会いを見て、処女の女性と交流するオスが最初の1時間以内に成功裏に交尾することを確認します。そして、以前に交配したメスと交流するオスは交尾しません。交配したコホートが実際に交配を受け、拒否されたコホートが交配できないことを確認するために、注意深く観察することが不可欠です。
1時間後、交配できた拒絶されたコホートのオスと、最初のトレーニングセッションの終了までに交配しなかった交配コホートのオスを実験から取り除きます。コンディショニングセッションの最後に、以前に交配した雌を報酬のない状態から吸引し、これらの個体を後の試験のために保持します。最後に、交配したオスのグループからメスを取り出して捨てます。
ハエを1時間休ませてから、1時間の休憩を挟んで、さらに1時間のコンディショニングアッセイを2回繰り返します。これらのトレーニングセッションは、さらに3日間、毎日繰り返す必要があります。4日目の最終コンディショニングセッションの後、1匹のオスを吸引し、6〜8匹のグループに分けて毛細血管フィーダーバイアルに入れ、ハエを同じ報酬グループにまとめます。
ソフトプラグを使用して、転送中にオスを所定の位置に保ちます。すべてのハエが挿入されたら、ソフトプラグをキャピラリーフィーダープラグと交換します。バイアルにこぼれないように、各プラグの上部に5ミリリットルの水をそっと加えてプラグを濡らします。
エタノールと水の食品溶液を準備し、次にこれらの5マイクロリットルの滴を実験用フィルムのストリップに置きます。溶液が5マイクロリットルのマークに達するまで、溶液がキャピラリーを満たすのを待ちます。次に、ストリップを軽くたたいて、事前にマークされた線に溶液を正確に配置します。
毛細血管の端を鉱物油の小さな液滴に浸して密封します。最後に、エタノールを含むキャピラリーとエタノールを含まないキャピラリーの2つをプラグのアダプターに挿入します。露出した側面は、プラグの表面から1ミリメートル以下突き出ている必要があります。
毛細血管の開口部をウェットプラグに近づけると、蒸発が減少し、ハエは通常プラグの上に座り、露出した毛細血管に降りて餌をやるので、食品に簡単にアクセスできます。さらに、ハエのいない模擬バイアルを1つ準備し、自然蒸発を評価するためのコントロールとして使用されます。最後に、バイアル内の各キャピラリー内の液体の黒い線に対する相対位置をミリメートル単位で記録します。
バイアルを実験用インキュベーターに24時間セットします。取り外した各キャピラリー内の液体のレベルを、黒い線に対して測定し、記録します。実験が進行したら、毎日決まった時間にキャピラリーを交換します。
プラグを2ミリリットルの水で再度湿らせてから、バイアルをインキュベーターに戻します。野生型のカントンS系統のオスのショウジョウバエは、卵閉時に収集され、4日齢まで熟成され、アルコールを消費するという生来の好みについて4日間にわたって分析されました。エタノールおよび非エタノール含有溶液から消費される量の分析は、ハエが15%エタノール食物源に対して有意な好みを示したことを示しています。
CAFE実験は、交配した雄と拒絶された雄で繰り返されました。どちらのグループも以前は単独で飼育されており、交配を受け入れるか拒否するかのメスにさらされていました。CAFEバイアルにグループで導入すると、拒否されたグループはエタノールキャピラリーからより多く消費しました。
これは、報酬の欠如の認識が報酬を求める行動の増加につながったことを示唆しています。逆に、交配が成功すると、内部報酬レベルが増加し、その結果、エタノール消費量が減少します。この手順を試行する間は、実験全体にわたって十分に加湿された環境を維持することが重要です。特に消費部分に重点を置き、プラグに毎日水をやり、毛細血管の端を濡れたプラグに近づけます。
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概要
このプロトコルは、果実蝿（ショウジョウバエ）で自発的なエタノール摂取を通じて報酬および非報酬の経験を誘発する方法を説明します。これは報酬状態の変化の測定として機能し、行動の変化への洞察を提供します。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- 行動生物学
- 行動学
背景
- 脳内で経験がどのように符号化されるかを理解すること。
- 報酬状態と行動の関係を調査すること。
- 神経科学研究のモデル生物として果実蝿を利用すること。
- エタノールが動機付けと報酬に与える影響を探ること。
研究目的
- 果実蝿のエタノール自己投与を測定すること。
- 自発的な消費を通じて報酬状態の変化を評価すること。
- 動機付けと行動を研究するための簡単な方法を提供すること。
使用方法
- 果実蝿で報酬および非報酬の経験を誘発すること。
- 動機付けの測定として自発的なエタノール摂取を分析すること。
- 簡単な実験セットアップを利用すること。
- プロトコルの各部分について独立したアッセイを実施すること。
主な結果
- 異なる報酬状態を誘発する能力を実証したこと。
- エタノール消費と報酬への動機付けとの間に相関関係があることを示したこと。
- プロトコルの簡単さと有効性を検証したこと。
- 経験に対する反応における行動の変化への洞察を提供したこと。
結論
- この方法は神経科学における報酬メカニズムを研究するための貴重なツールです。
- 研究者が経験が脳内でどのように符号化され、行動に影響を与えるかについての重要な質問に答えるのに役立ちます。
- このプロトコルは様々な実験デザインに適応できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Quantitative measurement of reward-seeking behavior in Drosophila via ethanol self-administration provides a scalable model for dissecting neural and genetic mechanisms underlying motivation. This approach enables early-stage target validation and mechanistic de-risking for neurobehavioral pathways relevant to addiction and reward modulation. Its simplicity and reproducibility position it as a foundational tool for portfolio triage and hypothesis-driven discovery in neuropharmacology.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neural circuits and genetic factors influencing reward-seeking behavior.
- Supports functional validation of candidate targets implicated in motivational states.
- Facilitates mechanistic de-risking by linking experience-driven behavioral changes to molecular pathways.
- Provides predictive confidence for advancing neurobehavioral targets in the discovery pipeline.
Screening & Assay Development
- Establishes a validated, quantitative behavioral assay for high-throughput screening of modulators affecting reward pathways.
- Delivers reproducible, standardized outputs suitable for cross-study comparison and compound evaluation.
- Enables assay scalability and platform reuse across diverse genetic backgrounds and experimental conditions.
- Supports robust measurement of voluntary drug consumption as a functional endpoint.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models for studying motivational deficits and addiction biology.
- Provides translational continuity from invertebrate models to mammalian systems for neuropsychiatric research.
- Informs risk-adjusted advancement decisions by linking behavioral phenotypes to underlying biology.
- Offers predictive de-risking for early-stage neuroactive compound portfolios.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates at the interface of early discovery and lead identification, supporting hypothesis testing and target prioritization for neurobehavioral indications.
- Discovery Biology: Quantifies behavioral responses to controlled experiences, clarifying pathway involvement in reward modulation.
- Screening: Provides standardized, reproducible readouts for compound and genetic screening campaigns.
- Analytics: Enables quantitative comparison of ethanol consumption across experimental groups, supporting statistical analysis of behavioral endpoints.
- Translational Research: Bridges invertebrate behavioral findings to preclinical models of motivation and addiction.
- Enterprise Reuse: Offers a broadly applicable, low-complexity assay adaptable to diverse neurogenetic research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neurobehavioral target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and reproducible behavioral assays for cross-team deployment.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling early de-risking of neuroactive targets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neurobehavioral discovery programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila handling and behavioral assay design.
- Needs basic fly culture infrastructure and quantitative measurement tools for liquid consumption.
- Demands cross-team standardization of conditioning and assay protocols for reproducibility.
- Adaptable across genetic backgrounds and experimental manipulations within Drosophila models.
- Evaporation controls and environmental humidity must be rigorously maintained for data integrity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:08
Setup and Preparation of Capillary Feeder (CAFE) System
2:08
Exposure to Rewarding and Non-rewarding Experiences
3:34
Capillary Feeding (CAFE) Assays
5:30
Results: Capillary Feeding (CAFE) Assays Highlight Moderated Ethanol Consumption in Rewarding Male Fruit Flies
6:30
Conclusion
