나무 개미에 비주얼 고전 컨디셔닝
2018년 10월 5일
우리는 자유롭게 개인 이동 불가능 분석의 수준에서 시각적 학습 및 메모리 형성 연구에 연구를 이용한 개미 클래식 컨디셔닝에 대 한 프로토콜을 제시.
이 기술의 일반적인 장점은 시각적 기억이 자유로운 움직이는 나무 개미보다는 고정된 방식으로 조절된 방식으로 연구될 수 있다는 것입니다. 이 방법은 곤충 탐색을 위한 아주 잘 확립된 모형에서 시각 학습의 신경 기초를 조사하는 데 사용될 가능성이 있습니다. 먹을 동기를 부여개미를 선택하려면 벽을 덮고 있는 형광이 있는 작은 상자 안에 자당 한 방울이 있는 슬라이드를 놓습니다.
그런 다음 선택한 개미를 상자에 넣고 자당 드롭에 공급되는지 기다립니다. 개미가 자당 드롭에 공급하면 즉시 빈 상자로 전송합니다. 그 후 각 개미를 별도의 튜브로 옮기고 튜브를 냉동실에 잠깐 넣어 개미를 고정시합니다.
고정된 개미를 골판지의 컷을 통해 홀더에 놓고 머리와 흉부 사이의 관절로 잡습니다. 그런 다음 곤충 핀을 사용하여 안테나가 머리 측면에 남아 있는지 확인합니다. 맞춤형 가열 요소를 사용하여 왁스를 녹여 곤충 핀 끝을 개미의 머리에 부착하여 골판지와 평행하게 합니다.
왁스가 건조한 후, 안테나에서 곤충 핀을 제거하고 홀더에서 개미를 조심스럽게 제거합니다. 다음으로, 개미를 모델링 점토 실린더에 고정하고 그 아래에 맞춤형 플라스틱 홀더를 고정합니다. 개미가 전형적인 스탠딩 자세를 유지하고 머리를 제외한 전신이 자유롭게 움직일 수 있는지 확인합니다.
먼저, 개미 홀더 바로 위에 흰색 아크릴 상자 위에 매크로 렌즈가 있는 카메라를 배치하고 개미를 상자 안에 홀더에 놓습니다. 그런 다음, 바늘과 자당으로 채워진 주사기, 무조건 자극, 밝은 파란색 판지 사각형, 조건부 자극에 부착하여 시각적 신호로 사용하십시오. 페어링 된 트레이닝의 경우 조건부 자극을 제시하기 전에 개미 10 초 녹화를 시작합니다.
개미가 이 시간 동안 막실라 라비움 확장 반사 또는 MaLER를 수행하는 경우 몇 초 동안 재판을 연기하십시오. 10초 동안 개미 앞에서 조건부 자극으로 주사기를 이동합니다. 그런 다음 주사기에서 한 방울의 자당한 방울을 발산하고 개미에게 5초 동안 먹이를 주냅니다.
각 시험 사이에 5분씩 페어링된 교육 절차를 10회 반복합니다. 페어링되지 않은 교육의 경우 시험 10초 전에 비디오 녹화를 시작합니다. 이어서, 이전에 설명한 바와 같이 조건부 자극을 제시한다.
2.5분 후, 무조건 적인 자당 자극을 파란색 판지 없이 주사기로 개미의 입에 직접 전달합니다. 교육 시험이 완료되면 테스트 단계 10초 전에 카메라 녹화를 시작합니다. 그런 다음 조건부 자극을 개미에게 10초 동안 제시합니다.
시험이 끝난 후에, 개미가 아직도 공급동기가 있는지 확인하기 위하여 개미에게 자당무조건 자극을 전달합니다. 훈련 및 테스트 중에 만든 레코딩을 사용하여 조건부 자극 프리젠 테이션의 10 초 동안 개미의 응답을 점수. 마지막으로 조건부 자극 프리젠 테이션 동안 개미의 반응을 세 가지 범주로 분리하고, 마치 먹이기와 함께 전체 확장, 움직임없이 전체 확장, 또는 맥실라 라듐 또는 상악찰의 부분 연장.
이 프로토콜에서, 짝훈련을 받은 개미는 조건부 자극에 응하여 점점 더 많은 MaLER를 수행했습니다. 반대로, 짝을 이루지 않은 개미는 훈련 도중 MaLER에 있는 중요한 증가를 보여주지 않았습니다. 그들의 단기 및 중간 기억을 검토하기 위하여는, 개미는 마지막 훈련 시험 후에 10 분 또는 1 시간 중 하나를 시험했습니다.
두 테스트 모두 조건부 자극에 대한 응답으로 MaLER를 수행하는 개미의 비율이 짝을 이루는 훈련을 받았을 때 더 높았습니다. MaLER 응답은 FEM, FE 및 PE의 세 가지 범주로 나뉩니다. 일반적으로 개미는 FE보다 FEM 또는 PE를 더 자주 수행했습니다. 그러나, 몇몇 개미만이 일관되게 동일한 유형의 반응을 보였습니다. 이 절차를 시도하는 동안, 특히 하네스 하는 동안 스트레스 수준 및 잠재적인 손상을 줄이기 위해 개미를 주의 깊게 처리 하는 것이 중요 하다.
이 절차를 적용함으로써, 다른 시각적 자극은 나무 개미가 시각적 기억을 형성하는 데 사용하는 속성을 조사하기 위해 사용할 수 있습니다. 개발 후,이 기술은 곤충 신경 과학 및 탐색 분야의 연구자들이 마이크로파를 위한 나무 개미와 시각적 인 연관된 기억을 탐구하는 길을 열어줍니다.
개요
이 기사는 고정된 개미의 고전적 조건화 프로토콜을 제시하여 통제된 환경에서 시각적 학습 및 기억 형성에 대한 연구를 가능하게 합니다. 이 방법을 통해 연구자들은 곤충 항해의 확립된 모델인 나무 개미의 시각적 학습의 신경 기반을 조사할 수 있습니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 행동 생물학
- 곤충 항해
배경
- 시각적 기억은 통제된 방식으로 연구할 수 있습니다.
- 고정된 개미는 상세한 분석을 위한 독특한 기회를 제공합니다.
- 이 방법은 Maxilla Labium Extension Reflex (MaLER)에 초점을 맞춥니다.
- 나무 개미는 곤충 행동을 연구하기 위한 확립된 모델입니다.
연구 목적
- 개미의 시각적 학습을 연구하기 위한 프로토콜을 개발합니다.
- 시각 기억 형성의 기저에 있는 신경 메커니즘을 탐구합니다.
- 짝지어진 대비 비짝지어진 훈련이 기억 유지에 미치는 영향을 평가합니다.
사용된 방법
- 수크로스 방울을 사용하여 동기부여된 개미를 선택합니다.
- 통제된 실험을 위해 개미를 고정하고 고정합니다.
- 훈련 중에 시각적 및 무조건적 자극을 사용합니다.
- 훈련 및 테스트 중에 개미의 반응을 기록하고 점수를 매깁니다.
주요 결과
- 짝지어진 훈련은 조건부 자극에 대한 MaLER 반응을 증가시켰습니다.
- 비짝지어진 훈련은 MaLER에서 유의미한 증가를 보이지 않았습니다.
- 개미는 전체 확장과 부분 확장으로 분류된 다양한 반응을 보였습니다.
- 기억 유지는 훈련 후 다른 시간 간격에서 평가되었습니다.
결론
- 이 프로토콜은 시각적 연관 기억에 대한 상세한 조사를 가능하게 합니다.
- 개미의 스트레스를 최소화하기 위한 취급 기술이 중요합니다.
- 이 방법은 향후 연구에서 다양한 시각적 자극에 적용될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
This protocol enables precise investigation of visual associative learning in a genetically tractable insect model, supporting mechanistic de-risking of neural targets involved in memory formation. By providing a controlled paradigm to dissect cue-reward associations, it aids in target validation for cognitive pathways with translational relevance to mammalian systems. The approach offers a scalable, reproducible system for early-stage discovery of modulators affecting learning and memory processes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of visual cue-reward associations to validate neural targets underlying learning and memory.
- Operational Value: Provides a quantifiable behavioral readout (MaLER) for assessing target engagement in vivo.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Establishes a standardized assay for measuring associative learning dynamics in response to visual stimuli.
- Operational Value: Supports high-throughput compatibility through fixed-ant preparation and automated response scoring.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates mechanistic de-risking by linking visual stimulus processing to neural pathways conserved across species.
- Operational Value: Enables dose-response testing of compounds on memory retention at defined intervals (10 min, 1 hr).
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery workflows where target hypothesis testing and pathway elucidation precede lead identification, offering a disease-relevant system for cognitive mechanism probing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of neural circuits involved in visual associative learning through controlled stimulus presentation.
- Screening: Delivers assay readiness via standardized training protocols and quantifiable MaLER response metrics.
- Analytics: Enables comparative analysis of learning curves and memory retention across experimental groups using categorical response scoring.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling conserved mechanisms of sensory-triggered memory formation.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for testing diverse visual stimuli and pharmacological modulators in a standardized format.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target modulation through measurable changes in learned behavioral responses.
- Operational Value: Standardization of harnessing, stimulus delivery, and scoring reduces inter-experiment variability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by reducing mechanistic ambiguity in cognitive target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on effects on learning and memory retention.
Implementation Considerations
- Expertise in insect handling and neurobehavioral assay techniques.
- Apparatus for visual stimulus delivery, sucrose administration, and video recording.
- Standardization of training intervals, intertrial intervals, and post-training testing times.
- Adaptation considerations for different visual cues and ant species.
- Limitations include potential stress from harnessing and variability in individual motivation levels.
