Tactiele Conditioning En Movement Analyse Van antennaal bemonsteringsstrategieën In Honey Bees (
12 december 2012
In dit protocol laten we zien hoe de conditie van de bijen aangewend om tactiele stimuli en de invoering van een 2D motion capture techniek voor het analyseren van de kinematica van gedetailleerde antennaal sampling patroon.
De algemene doelen van deze procedure zijn om te laten zien hoe honingbijen kunnen worden geconditioneerd op tactiele stimuli, en om een 2D motion capture techniek te introduceren voor het analyseren van de kinematica van fijne schaal en 10 bemonsteringspatronen. Aan het begin vereist de procedure het vangen van vrije bijen voor hun korf. De tweede stap is om bijen in metalen buisjes te binden en hun ogen met witte verf te verduisteren.
Vervolgens worden de bijen getraind op tactiele stimuli met behulp van de klassieke conditioneringsprocedure. De laatste stap is om de antennebeweging van de geconditioneerde bij op te nemen met een digitale videocamera. Uiteindelijk wordt 2D motion capturing in MATLAB gebruikt om veranderingen in antennebewegingsgedrag bij honingbijen te analyseren na zowel associatieve als niet-associatieve tactiele leerparadigma's.
Deze methode kan worden gebruikt om tactiele discriminatie en perceptie bij verschillende veranderlijke soorten te bestuderen. Het kan veranderingen onderscheiden die te wijten zijn aan niet-associatieve tactiele leer van veranderingen die optreden door associatief leren, zoals tijdens conditionering. Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn in deze methode het moeilijk vinden omdat de bijen zeer zorgvuldig moeten worden behandeld en de timing van de procedure voor tactiele conditionering cruciaal is.
De methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van actief aanraaksensor. Het gebruikt een natuurlijk reflexgedrag als rapportagegedrag, waardoor we kunnen vaststellen of het dier twee tactiele stimuli kan onderscheiden. Om te beginnen verzamel bijen rechtstreeks van de ingang van de korf.
Vangt elke bij in een glazen buisje gesloten met een schuimprop, en breng hem onmiddellijk naar het laboratorium voor verdere behandeling in het laboratorium. Koel de bijen kort in een koelkast van vier graden Celsius totdat ze tekenen van immobiliteit beginnen te vertonen. Immobiliseer eerst elke bij op een metalen buis.
Plaats kleefband rond het hoofd en de thorax en over de buik. Bevestig dat de probos en een antenne vrij beweegbaar zijn om het zicht van de bij te verduisteren. Verf de samengestelde ogen en selli met witte verf.
Plaats een kleine druppel gesmolten was tussen het hoofd en het plakband om te voorkomen dat het hoofd beweegt. Tijdens opnames. Voor gemakkelijker identificatie, markeer het plakband van elke honingbij met een nummer en plaats de buis in een vochtige atmosfeer om uitdroging te voorkomen.
Gebruik tenslotte een spuit gevuld met 30% sucrose-oplossing om elke bij vijf seconden te voeren en laat ze 30 minuten herstellen. Voordat u begint met het protocol voor tactiele conditionering, voor de conditionering, test u elke B voor de psis-extensierespons of PER. Om dit te doen, brengt u een 30% sucrose-stimulus aan op de antennes voor een correcte respons.
De punt van de psis moet een virtuele lijn tussen de geopende kaken kruisen. Alleen bijen met een correcte PER worden gebruikt voor de studie. Voor tactiele conditionering worden metalen oppervlaktestructuren gebruikt als het geconditioneerde stimulus of cs.
Hun oppervlak kan glad of gegroefd zijn om een andere textuur te creëren. De ongeconditioneerde stimulus of US is een 30% sucrose-oplossing. Plaats de messing kubus in een houder op een micromanipulator.
Dit maakt exact positioneren tijdens de conditioneringsprocedure mogelijk. Nadat het tactiele stimulus is gemonteerd, plaatst u een bij voor de micromanipulator. Positioneer vervolgens langzaam de Cs zodat het oppervlak van het tactiele stimulus parallel is aan het hoofd van de bij.
De bij moet in staat zijn om het tactiele stimulus in een comfortabele positie te scannen met beide antennes. Laat de bij het tactiele stimulus vijf seconden scannen om de conditioneringsprocedure te beginnen. Gebruik na de eerste drie seconden een spuit om een druppel van de 30% sucrose-oplossing onder de probos te presenteren.
Gebruik de punt van de spuit om de probos voorzichtig op te tillen. Deze stimulatie zou de ongeconditioneerde PER moeten uitlokken. Laat de bij de sucrose likken.
Beloon gedurende één seconde. Ga door met de conditioneringsprocedure totdat de bij vijf koppelingen ontvangt. Na de eerste beloonde koppelingen zouden bijen moeten beginnen te reageren op de presentatie van CS door hun psis uit te breiden, wat aangeeft dat ze de komende beloning verwachten.
Een volledig uitgestrekte psis die op elk moment tijdens de eerste drie seconden van de presentatie van het tactiele stimulus wordt waargenomen vóór de sucrose-presentatie, wordt geregistreerd als een positieve respons. Ten slotte wordt een leercurve gegenereerd voor een groep bijen. Hiervoor wordt het percentage bijen dat de PER toont tijdens de presentatie van CS voor elke proef uitgezet. Na de conditionering wordt een digitale videocamera met een geschikte macrolens gebruikt om de antennebewegingen op te nemen. Hier gebruiken we een basler a 602 F camera, uitgerust met een tech spec VZM 200 lens die op 50 frames per seconde werkt via een FireWire-verbinding, pas de camera aan zodat de gebonden bij en het tactiele stimulus zichtbaar zullen zijn. Kalibreer vervolgens de camera door enkele foto's van een gekalibreerde schaakbord vanuit verschillende oriëntaties te maken.
Gebruik gespecialiseerde software met een camerakalibratietool om de afbeeldingen te analyseren. Eenmaal gekalibreerd, plaatst u een enkele vaste B onder de cameralens en presenteert u het tactiele stimulus. Zoals eerder is getoond.
Neem de enseal-beweging op terwijl de bij het object scant. Nadat de gegevens zijn verzameld, wordt MATLAB gebruikt om eerst de achtergrond van het beeld te definiëren, de mediane grijze schaalwaarde te berekenen over tijd voor elke pixel. Statische objecten zoals het vaste hoofd van de bij en het tactiele stimulus vormen de beeldachtergrond door de beeldachtergrond van elke frame af te trekken, de bewegende delen in de video.
Idealiter zijn de antennes van de bij geïsoleerd als de enige gebieden met niet-nulwaarden voor verdere verwerking. De twee grootste gebieden met niet-nul pixelwaarden worden verondersteld de an-antennes te zijn. Een masker wordt gemaakt om de antennepunten te lokaliseren en voor het hele beeld om de hoeveelheid fout te verminderen.
Een combinatie van beelderosie en dilatatietools wordt toegepast nadat deze technieken he
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol demonstreert hoe getemde honingbijen geconditioneerd kunnen worden op tactiele stimuli en introduceert een 2D motion capture-techniek voor het analyseren van de kinematica van fijnmazige antenne-bemonsteringspatronen.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsbiologie
- Dierfysiologie
Achtergrond
- Honingbijen vertonen complex gedrag als reactie op tactiele stimuli.
- Inzicht in hun sensorische verwerking kan aanwijzingen geven over neurale mechanismen.
- Motion capture-technologie maakt een nauwkeurige analyse van bewegingspatronen mogelijk.
- Klassieke conditionering kan worden toegepast om het leervermogen bij bijen te bestuderen.
Doel van de studie
- Om honingbijen te conditioneren om te reageren op tactiele stimuli.
- Om antennebewegingspatronen te analyseren met behulp van motion capture.
- Om associatief en niet-associatief leren bij bijen te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Vang vrijvliegende bijen voor hun korf.
- Zet de bijen in metalen buisjes en dek hun ogen af.
- Train de bijen met behulp van technieken voor klassieke conditionering.
- Registreer de antennebeweging met een digitale videocamera en analyseer deze met MATLAB.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle conditionering van bijen op tactiele stimuli werd bereikt.
- 2D motion capture analyseerde effectief de antennebewegingen.
- Veranderingen in het bewegingsgedrag werden waargenomen na de conditionering.
- Via de studie werden inzichten verkregen in leerparadigma's.
Conclusies
- Het protocol biedt een betrouwbare methode voor het bestuderen van tactiel leren bij honingbijen.
- Motion-capture-technologie is een waardevol instrument voor gedragsanalyse.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van sensorische verwerking bij insecten.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor het management
Deze methode maakt mechanische risicoreductie van sensorische verwerkingsmodellen mogelijk door actieve tastgedragingen te kwantificeren in een genetisch hanteerbaar ongewerveld systeem. Het ondersteunt targetvalidatie in neurowetenschappelijk onderzoek door antennebewegingspatronen te koppelen aan resultaten van associatief leren. De aanpak biedt voorspellende zekerheid voor het screenen van neuromodulerende verbindingen die invloed hebben op tactiele discriminatie en geheugenformatie.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek mogelijk naar tactiele sensorische paden en de modulatie daarvan door leerparadigma's.
- Operationele waarde: Biedt een kwantificeerbare gedragsmatige output (PER) gekoppeld aan bewegingsanalyse met een hoge resolutie voor de beoordeling van de doelgerichtheid.
- Voorspellende waarde: Maakt onderscheid tussen associatieve en niet-associatieve leereffecten, waardoor het aantal fout-positieven bij mechanistische screening wordt verminderd.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid voor assay: Een gestandaardiseerd conditioneringsprotocol levert reproduceerbare leercurves op over verschillende bijencohorten.
- Kwantitatieve output: 2D motion capture genereert ruimtelijke distributiekaarten van het bemonsteren door de antennetips voor een objectieve vergelijking.
- Schaalbaarheid: Het platform ondersteunt het testen van meerdere tactiele stimuli (bijv. gegroefde versus gladde oppervlakken) onder parallelle condities.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziekten: Modelleert processen van multisensorische integratie die relevant zijn voor onderzoek naar neuro-ontwikkelingsstoornissen.
- Translationele continuïteit: Verbindt perifere sensorische input (antennale bemonstering) met centrale gedragsmatige output (PER) voor routeanalyse.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Maakt vroege risicoreductie mogelijk voor verbindingen die gericht zijn op sensorische verwerking of geheugenvorming.
Integratie van pijplijn en workflow
De methode past binnen vroege discovery-workflows waarbij sensorische verwerkingsmechanismen worden onderzocht voorafgaand aan de lead-identificatie in neurofarmacologische programma's.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van neurale circuits die ten grond liggen aan actieve tastzin en sensorisch leren.
- Screening: Levert assay-klare, reproduceerbare gedragseindpunten met kwantitatieve bewegingsmetrieken.
- Analytics: Maakt vergelijking van antenne-bemonsteringspatronen tussen naïeve en geconditioneerde groepen mogelijk om leer-geïnduceerde plasticiteit te detecteren.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt perifeer sensorisch gedrag met de functie van het centrale zenuwstelsel voor mechanistische risicoreductie.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor het evalueren van neuromodulerende effecten op sensorische discriminatie en geheugen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Mechanistische risicoreductie van targets voor sensorische verwerking door kwantificeerbare gedragsmatige en kinematische uitkomsten.
- Operationele waarde: Een gestandaardiseerde workflow voor het vastzetten, conditioneren en vastleggen van bewegingen (motion capture) waarborgt de reproduceerbaarheid tussen laboratoria.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door ambiguïteit bij de validatie van sensorische mechanismen te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt prioritering van verbindingen mogelijk op basis van effecten op leer-afhankelijke sensorische adaptatie.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in het hanteren van insecten, klassieke conditionering en videogebaseerde bewegingsanalyse.
- Afhankelijk van systemen voor high-speed video-opname en MATLAB-gebaseerde image processing-pipelines.
- Vereist standaardisatie van de presentatie van de tactiele stimulus en de timing van de sucrosebeloning.
- Overwegingen voor aanpassing omvatten soortspecifieke antennemorfologie en drempelwaarden voor tactiele gevoeligheid.
- Praktische beperkingen omvatten gevoeligheid voor stress door hantering en omgevingsfactoren die de motivatie van de bij beïnvloeden.
