Name: Instrumentalne uczenie się Drosophila na mierniku momentu obrotowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-06-16T23:19:00.000+00:00
Duration: 17 min 31 s
Description: Poznaj metodę instrumentalnego uczenia się Drosophila na mierniku momentu obrotowego, kontrolując wiek i dietę owocówek. To podejście umożliwia badanie mechanizmów neurobiologicznych zachowań.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Oryginalny projekt kompensatora momentu obrotowego został opracowany przez Karla Goetza. Konfiguracja przedstawiona w niniejszej prezentacji jest w dużej mierze zapożyczona i została pierwotnie opracowana przez Martina Heisenberga oraz Reinharda Wolfa. Jestem szczególnie wdzięczny tym dwóm osobom za nieustanne wsparcie, zachętę i wiedzę ekspercką.

Pożywka dla muszek
Skład pożywki dla muszek ma kluczowe znaczenie dla procesu uczenia się (Guo et al., 1996):
<ul>
<li>Woda 1000 ml</li>
<li>Mąka kukurydziana 180 g</li>
<li>Soja 10 g</li>
<li>Drożdże 18,5 g</li>
<li>Agar 7,5 g</li>
<li>Melasa 40 g</li>
<li>Syrop (buraczany) 40 g</li>
<li>Nipagin 2,5 g</li>
</ul>
Każda fiolka zawiera niewielką ilość świeżej, żywej pasty drożdżowej oraz kawałek papieru filtracyjnego, aby zapewnić dodatkową powierzchnię dla much i poczwarek.
Hodowla i wyznaczanie stadiów rozwojowych much
Poniższą procedurę wykonuje się codziennie, co pozwala na uzyskanie zwierząt o precyzyjnie określonym wieku, hodowanych przy odpowiedniej gęstości. Wszystkie muchy, które wykluły się od czasu ostatniej procedury w dniu poprzednim, są zbierane do hodowli i eksperymentów. Najstarsze fiolki, w których nie pozostały żywe poczwarki, są utylizowane. Muchy w wieku czterech dni przenosi się do nowej fiolki w celu nocnego składania jaj. Gęstość samic powinna wynosić około 20 osobników na każdą fiolkę, z dostosowaniem do wielkości fiolki oraz użytego szczepu. Idealna gęstość jest taka, która jest wystarczająco wysoka, aby pożywka dla much uległa upłynnieniu podczas stadiów larwalnych, a jednocześnie na tyle niska, aby wszystkie larwy przepoczwarły przed wykluciem się pierwszych much. Muchy składające jaja w dniu poprzednim są usuwane i utylizowane.
Przygotowanie much
Muchy są utrzymywane na standardowej pożywce kukurydzianej z melasą, opisanej powyżej, w temperaturze 25°C i wilgotności 60% przy 12-godzinnym cyklu światła i ciemności. Po krótkim unieruchomieniu much w wieku 24-48h za pomocą anestezji zimnem, następnego dnia przed eksperymentem muchy są przyklejane (klej do szkła SuperGlue UV, 505127A, Pacer Technology, Cucamonga, Ca., USA) w obrębie głowy i klatki piersiowej do trójkątnego miedzianego haczyka (średnica 0,05mm). Następnie zwierzęta są utrzymywane indywidualnie przez noc w małych, wilgotnych komorach zawierających kilka ziaren sacharozy.
Aparatura
Kluczowym elementem układu jest kompensator momentu obrotowego (miernik momentu obrotowego) (Götz, 1964). Mierzy on moment pędu muchy wokół jej pionowej osi ciała, wywołany zamierzonymi manewrami lotniczymi. Mucha, przyklejona do haczyka zgodnie z powyższym opisem, jest przymocowana do miernika momentu obrotowego za pomocą zacisku, aby umożliwić lot stacjonarny w centrum cylindrycznej panoramy (arena, średnica 58mm), która jest homogenicznie oświetlona od tyłu. Źródłem światła jest żarówka wolframowo-halogenowa 100W, 12V. W celu uzyskania zielonego i niebieskiego oświetlenia areny, światło przechodzi przez monochromatyczne szerokopasmowe żelatynowe filtry Kodak Wratten (odpowiednio nr 47 i nr 99). Filtry mogą być wymieniane przez szybki solenoid w czasie 0,1s. Alternatywnie, arena jest oświetlana światłem „dziennym” poprzez przepuszczenie go przez filtr niebiesko-zielony (Rosco „surfblue” nr 5433) lub bez użycia żadnego filtra. Widmo transmisji filtra niebiesko-zielonego Rosco użytego w tym badaniu jest równoważne widmu filtra BG18 (Schott, Mainz) i stanowi formę pośrednią między filtrami niebieskim a zielonym Kodak (Brembs and Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al., 1999). Arena może być obracana wokół muchy za pomocą sterowanego komputerowo silnika elektrycznego. W takiej sytuacji „symulatora lotu” prędkość kątowa areny jest proporcjonalna do momentu obrotu muchy w osi yaw, lecz skierowana przeciwnie (czynnik sprzężenia K=-11°/s•10-10Nm). Umożliwia to musze stabilizację panoramy i kontrolowanie jej orientacji kątowej. Ten wirtualny „kierunek lotu” (tj. pozycja areny) jest rejestrowany w sposób ciągły za pomocą potencjometru obrotowego (Novotechnik, A4102a306). Karta przetwornika analogowo-cyfrowego (PCL812; Advantech Co.) przekazuje sygnał pozycji areny oraz momentu obrotu yaw do komputera, który zapisuje przebiegi (częstotliwość próbkowania 20Hz) do późniejszej analizy. Karę realizuje się poprzez przykładanie ciepła z regulowanego lasera podczerwonego (825 nm, 150 mW), skierowanego z tyłu i z góry na głowę i tułów muchy. Wiązka lasera jest impulsowana (szerokość impulsu ok. 200ms przy ~4Hz), a jej intensywność jest zredukowana, aby zapewnić przeżycie muchy.
Eksperymenty
Uczenie wzorców
W tradycyjnym eksperymencie uczenia się wzorców (Dill and Heisenberg, 1995; Dill et al., 1993, 1995; Liu et al., 2006; Liu et al., 1998; Liu et al., 1999; Wolf and Heisenberg, 1991) na ścianie areny rozmieszczono w równych odstępach cztery czarne, T-kształtne wzorce o naprzemiennej orientacji (tj. dwa pionowe i dwa odwrócone); szerokość wzorca ψ=40°, wysokość θ=40°, szerokość belek=14°, widziane z pozycji muchy). Program komputerowy dzieli 360° areny na 4 wirtualne ćwiartki po 90°, których środki są wyznaczone przez wzorce. Muchy kontrolują kątową pozycję wzorców za pomocą momentu obrotowego yaw (warunki symulatora lotu). Podczas treningu kara cieplna jest powiązana z pojawieniem się jednej z orientacji wzorca w przednim polu widzenia. Wzmocnienie dla każdego wzorca jest zawsze ujednolicone w obrębie grup. Podczas testu ogrzewanie jest trwale wyłączone, a preferencje muchy względem wzorców są rejestrowane.
Nauka kolorów
Uczenie się kolorów jest przeprowadzane zgodnie z wcześniejszymi opisami (Brembs and Heisenberg, 2000; Brembs and Hempel de Ibarra, 2006; Brembs and Wiener, 2006; Wolf and Heisenberg, 1997). Arena jest podzielona na cztery wirtualne kwadranty o kącie 90°, których środki są oznaczone czterema identycznymi pionowymi pasami (szerokość ψ=14°, wysokość θ=40°). Mucha kontroluje pozycję kątową czterech identycznych pasów za pomocą momentu obrotowego odchylenia (yaw torque), jak opisano powyżej dla wzorów w kształcie litery T. Kolor oświetlenia całej areny zmienia się w momencie, gdy jedna z wirtualnych granic kwadrantu przechodzi przez punkt przed muchą. Podczas treningu kara ciepłem jest uzależniona od jednego z dwóch kolorów. Podczas testowania ogrzewanie jest trwale wyłączone, a preferencja kolorystyczna muchy jest rejestrowana. Oczywiście kolory mogą być łączone ze wzorami w celu warunkowania złożonego (Brembs and Heisenberg, 2001).
Nauka momentu obrotu w osi pionowej
Uczenie momentu obrotowego odchylenia (yaw torque) jest przeprowadzane zgodnie z wcześniejszym opisem (Brembs and Heisenberg, 2000; Heisenberg and Wolf, 1993). Zakres spontanicznego momentu obrotowego odchylenia muchy zostaje podzielony na domenę „lewą” i „prawą”, odpowiadające w przybliżeniu odpowiednio skrętom w lewo lub w prawo. Ściany areny nie posiadają żadnych wzorów. Podczas treningu ciepło jest aplikowane zawsze wtedy, gdy moment obrotowy odchylenia muchy znajduje się w jednej domenie, i wyłączane, gdy moment ten przechodzi do drugiej domeny. W fazach testowych ciepło jest stale wyłączone, a wybór domen momentu obrotowego odchylenia muchy jest rejestrowany.
Uczenie kompozycyjne
Uczenie złożone jest rozszerzeniem uczenia momentu obrotu wokół osi pionowej (yaw), opisanym wcześniej (Brembs and Heisenberg, 2000). W zasadzie uczenie momentu obrotu wokół osi pionowej i uczenie kolorów są łączone w eksperymencie z równoważnymi predyktorami operantnymi (moment obrotu wokół osi pionowej) i klasycznymi (kolory). Podczas treningu mucha jest poddawana działaniu ciepła za każdym razem, gdy jej moment obrotu wokół osi pionowej wejdzie w zakres związany z karą. Ilekroć mucha zmienia zakres momentu obrotu wokół osi pionowej, zmienia się nie tylko temperatura, ale także kolor arena (z zielonego na niebieski lub odwrotnie). Zatem zakres momentu obrotu wokół osi pionowej i kolor służą jako równoważne predyktory ciepła. W fazach testowych ogrzewanie jest trwale wyłączone, a rejestrowany jest jedynie wybór zakresów momentu obrotu wokół osi pionowej/kolorów dokonywany przez muchę.
Dyskusja
Ta konfiguracja eksperymentalna łączy doskonałą kontrolę nad warunkami doświadczalnymi z zaawansowanym genetycznym organizmem modelowym. Stosując procedury opisane w niniejszej prezentacji, można badać molekularne i neurobiologiczne podstawy różnych cech behawioralnych, w tym, między innymi, mechanizmy spontanicznego generowania zachowań, warunkowania instrumentalnego i klasycznego, rozpoznawania wzorców, widzenia barw lub kontroli toru ruchu.

<ol>
	<li>Guo, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditioned+visual+flight+orientation+in+Drosophila;+Dependence+on+age,+practice+and+diet.">Conditioned visual flight orientation in Drosophila; Dependence on age, practice and diet.</a> Learn. Mem.. 3, 49-59 (1996).</li><li>Goetz, K. G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optomotorische+Untersuchung+des+visuellen+Systems+einiger+Augenmutanten+der+Fruchtfliege+Drosophila.">Optomotorische Untersuchung des visuellen Systems einiger Augenmutanten der Fruchtfliege Drosophila.</a> Kybernetik. 2, 77-92 (1964).</li><li>Liu, L., Wolf, R., Ernst, R., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Context+generalization+in+Drosophila+visual+learning+requires+the+mushroom+bodies.">Context generalization in Drosophila visual learning requires the mushroom bodies.</a> Nature. 400, 753-756 (1999).</li><li>Brembs, B., Hempel de Ibarra, N. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+parameters+support+generalization+and+discrimination+learning+in+Drosophila+at+the+flight+simulator.">Different parameters support generalization and discrimination learning in Drosophila at the flight simulator.</a> Learn. Mem. 13, 629-637 (2006).</li><li>Liu, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+memory+traces+for+two+visual+features+in+the+Drosophila+brain.">Distinct memory traces for two visual features in the Drosophila brain.</a> Nature. 439, 551-556 (2006).</li><li>Wolf, R., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+organization+of+operant+behavior+as+revealed+in+Drosophila+flight+orientation.">Basic organization of operant behavior as revealed in Drosophila flight orientation.</a> J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 169, 699-705 (1991).</li><li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditioned+visual+flight+orientation+in+Drosophila+melanogaster+abolished+by+benzaldehyde.">Conditioned visual flight orientation in Drosophila melanogaster abolished by benzaldehyde.</a> Pharmacol Biochem Behav. 61, 349-355 (1998).</li><li>Dill, M., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+pattern+memory+without+shape+recognition.">Visual pattern memory without shape recognition.</a> Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 349, 143-152 (1995).</li><li>Dill, M., Wolf, R., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+pattern+recognition+in+Drosophila+involves+retinotopic+matching.">Visual pattern recognition in Drosophila involves retinotopic matching.</a> Nature. 365, 751-753 (1993).</li><li>Dill, M., Wolf, R., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+analysis+of+Drosophila+landmark+learning+in+the+flight+simulator.">Behavioral analysis of Drosophila landmark learning in the flight simulator.</a> Learn. Mem. 2, 152-160 (1995).</li><li>Wolf, R., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+Space+from+Visual+Motion:+Turn+Integration+in+Tethered+Flying+Drosophila.">Visual Space from Visual Motion: Turn Integration in Tethered Flying Drosophila.</a> Learn. Mem. 4, 318-327 (1997).</li><li>Brembs, B., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+operant+and+the+classical+in+conditioned+orientation+in+Drosophila+melanogaster+at+the+flight+simulator.">The operant and the classical in conditioned orientation in Drosophila melanogaster at the flight simulator.</a> Learn. Mem. 7, 104-115 (2000).</li><li>Brembs, B., Wiener, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Context+generalization+and+occasion+setting+in+Drosophila+visual+learning.">Context generalization and occasion setting in Drosophila visual learning.</a> Learn. Mem. 13, 618-628 (2006).</li><li>Brembs, B., Heisenberg, M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditioning+with+compound+stimuli+in+Drosophila+melanogaster+in+the+flight+simulator.">Conditioning with compound stimuli in Drosophila melanogaster in the flight simulator.</a> J Exp Biol. 204, 2849-2859 (2001).</li><li>Heisenberg, M., Wolf, R. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sensory-motor+link+in+motion-dependent+flight+control+of+flies.">The sensory-motor link in motion-dependent flight control of flies.</a> Rev. Oculomot. Res. 5, 265-283 (1993).</li></ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Niniejsza konfiguracja eksperymentalna łączy doskonałą kontrolę nad warunkami doświadczalnymi z zaawansowanym genetycznym organizmem modelowym. Stosując procedury opisane w niniejszej prezentacji, można badać molekularne i neurobiologiczne podstawy różnych cech behawioralnych, w tym między innymi mechanizmy spontanicznego generowania zachowań, warunkowania instrumentalnego i klasycznego, rozpoznawania wzorców, widzenia barw oraz kontroli kursu.

uczenie instrumentalne muszek *drosophila* przy użyciu torquemetru

Operant Learning of Drosophila at the Torque Meter

Do eksperymentów z użyciem miernika momentu obrotowego wykorzystuje się muchy utrzymywane na standardowej pożywce dla muszek w temperaturze 25°C i wilgotności 60%, przy 12-godzinnym cyklu światła i ciemności. Znormalizowany system hodowli zapewnia odpowiednią gęstość larw oraz kohorty o wyrównanym wieku. Muchy, uprzednio znieczulone zimnem, są przyklejane głową i tułowiem do trójkątnego haczyka w dniu poprzedzającym eksperyment. Po zamocowaniu miernika momentu obrotowego za pomocą zacisku, zamierzone manewry lotne muchy są mierzone jako moment pędu wokół pionowej osi ciała. Mucha jest umieszczana w centrum cylindrycznej panoramy, aby umożliwić lot stacjonarny. Karta przetwornika analogowo-cyfrowego przekazuje sygnał momentu odchylenia (yaw torque) do komputera, który zapisuje przebieg sygnału do późniejszej analizy. Komputer steruje również różnymi bodźcami, które mogą zostać poddane kontroli muchy poprzez zamknięcie pętli sprzężenia zwrotnego między bodźcami a zapisem momentu odchylenia. Karę realizuje się poprzez aplikację ciepła za pomocą regulowanego lasera podczerwonego.

Pomiar momentu obrotowego odchylenia (yaw torque) przywiązanej muchy Drosophila za pomocą miernika momentu obrotowego pozwala neurobiologowi na precyzyjną kontrolę warunków stymulacji zwierzęcia doświadczalnego. W połączeniu z unikalnymi narzędziami genetycznymi dostępnymi u muszki owocówki, paradygmat ten jest wykorzystywany w szerokim zakresie badań neurobiologicznych.

Uczenie instrumentalne muszek *Drosophila* przy użyciu torquemetru

Do eksperymentów z użyciem torkometru muchy są utrzymywane na standardowej pożywce dla muszek w temperaturze 25°C i wilgotności 60%, przy zastosowaniu 12-godzinnego cyklu światło/ciemność. Zstandardizowany...

Cześć, nazywam się Bian Brims. Jestem neurobiologiem i pracuję na Wolnym Uniwersytecie w Berlinie w Niemczech. Dzisiaj pokażę wam, jak przygotowujemy muszki owocówki, aby nauczyły się uczyć kolorów, wzorów, własnego zachowania lub dowolnej kombinacji tych trzech muszek owocowych, ale prawdopodobnie nie są tak mądre jak inne zwierzęta, więc musimy być dla nich naprawdę mili i dobrze je traktować.Dwa z najważniejszych czynników wpływających na naukę muszek owocowych to ich wiek i dieta. Teraz pokażę Wam nasz specjalny system hodowli much. Tak więc, aby wystawić muchy, musimy umieszczać nowe muchy na jedzeniu, na nowym jedzeniu każdego dnia.Tak więc to są teraz 10 dni much, z najmłodszymi muchami, które są właśnie składane jako jaja na pierwszej w pierwszej fiolce, a najstarsze dopiero co wyklute muchy w ostatniej fiolce. Pierwszą rzeczą, którą robisz, jest usunięcie w ten sposób wszystkich much, które wykluły się z fiolek. Nie ma już much w tym, w tym zestawie fiolek, a jutro każda nowa mucha, którą tam masz, będzie miała dokładnie od zera do 24 godzin.W ten sposób kontrolujemy wiek naszych much. Teraz musimy kontrolować gęstość muchy, aby każda mucha otrzymała wystarczający zapas pożywienia. Aby to zrobić, najpierw odrzucamy muchy, które składały jaja przez noc i przygotowujemy nową fiolkę z czterema jednodniowymi muchami, które zawierają około 20 samic much.Jest to gęstość, przy której ten konkretny szczep przynajmniej produkuje wystarczająco, ale nie za dużo potomstwa, aby nie było zbyt dużej konkurencji o pokarm w fiolce, a potomstwo tych much dobrze się uczyło. Po pierwsze, potrzebujemy sposobu na przymocowanie much do naszego urządzenia pomiarowego, miernika momentu obrotowego. W tym celu przyklejamy muchy do małych trójkątnych miedzianych haczyków, a następnie używamy zacisku, aby chwycić te haczyki, które wkładamy do miernika momentu obrotowego.I tak właśnie robimy te haczyki. Po prostu owijamy miedzianą nić, drut miedziany wokół małego trójkątnego narzędzia, a następnie po prostu przecinamy jedną stronę drutu i to, co wypadnie na końcu, to małe miedziane haczyki, jak widać. Teraz wybieramy jeden z tych haczyków, a następnie umieszczamy go w zacisku, który jest przymocowany do mikromanipulatorów.Nakładamy trochę kleju na sam czubek haczyka, a następnie umieszczamy haczyk w zacisku tuż pod mikroskopem stereoskopowym. Dlatego staramy się izolować jak najmniej samic much. Używamy samic much, ponieważ są większe niż samce, a nie z powodu uprzedzeń płciowych.Samce much uczą się tak samo dobrze jak samice, a my znieczulamy je na zimno również tak krótko, jak to możliwe, tak lekkie, jak to tylko możliwe, tak lekkie, jak to tylko możliwe, tak znieczulone, i na jak najkrótszy czas, umieszczamy samicę muchy pod haczykiem i odrzucamy pozostałe muchy, aby mucha pozostała nieruchoma. A grzbietową stroną do góry lekko obciążamy muchę, aż będzie idealnie wyrównana, a następnie za pomocą mikromanipulatorów ustawiamy haczyk dokładnie na wierzchu muchy, dokładnie między głową a klatką piersiową. Teraz opuszczamy haczyk, aż kropla kleju zetknie się z muchą, a następnie szybko utwardzamy klej za pomocą lampy UV i aby zminimalizować czas pod zimnym znieczuleniem, od razu zdejmujemy go z zimnego nietoperza.Jeszcze kilka sekund utwardzania i mucha powinna się obudzić. A jeśli teraz zdmuchniemy muchę, zobaczymy, że leci bardzo ładnie. Więc bierzemy muchę i wkładamy ją do małego pojemnika zawierającego bibułę filtracyjną i sacharozy.Kilka ziaren sacharozy, aby muchy były w stanie przetrwać noc do zawodów, musimy zapewnić im wodę. W tym celu zakrywamy fiolkę, umieszczamy ją w środku, na kole zamachowym, i lekko ją otwieramy. A teraz mają bibułę filtracyjną, która jest wilgotna i zawiera sacharozę, więc mają jedzenie i wodę na noc, abyśmy my, oni byli gotowi do jutrzejszego eksperymentu.Za moimi plecami widać konfigurację, której używamy w naszych eksperymentach. Rdzeniem jest kompensator momentu obrotowego, który możecie zobaczyć tutaj, cylindryczny obiekt, a później umieścimy muchę tutaj pod kompensatorem. Widzisz, czego używamy do generowania środowiska dla muchy.Składa się z tej czarnej skrzynki z areną w środku, a skrzynka jest otoczona światłowodami, które przepuszczają światło ze źródła światła, aby oświetlić arenę od tyłu. Dane, które pozyskujemy za pomocą kompensatora momentu obrotowego, trafiają przez kilka urządzeń elektronicznych do komputera, gdzie są przechowywane. Ale oprócz przechowywania danych z zachowania muchy, komputer kontroluje wiele innych instrumentów.Jednym z nich jest, na przykład tutaj, zestaw filtrów, dzięki którym możemy umrzeć, na przykład otoczenie muchy, na przykład zielone lub niebieskie. Innym urządzeniem jest silnik elektryczny, który obraca arenę, jak widać tutaj, tak że mucha ma wrażenie, że faktycznie leci w sytuacji symulatora lotu. Możesz to zrobić, na przykład, za pomocą różnych wzorów wizualnych, takich jak te pionowe i odwrócone ts.Trzecim urządzeniem jest laser, który znajduje się w tym miejscu. Jest to dość słaby laser na podczerwień, za pomocą którego możemy podgrzać muchę, która jest niechętnym bodźcem wersyjnym. Okej, więc oto muchy.Teraz wybierzmy jeden, podnieśmy go za hak, a następnie weźmy zacisk. Umieść muchę tak symetrycznie, jak to możliwe w zacisku, tak aby była środkowa i aby kąt ciała muchy wynosił około 30 do 40 stopni. Tylko upewnij się, że wszystko działa poprawnie.Oczywiście zazwyczaj światła w tym pomieszczeniu będą zgaszone i będzie ciemno, aby nie było bodźców rozpraszających muchę. Ale w tej demonstracji pominiemy to, abyście mogli zobaczyć szczegóły eksperymentu. Teraz opuszczamy muchę do otoczenia, na arenę, otwieramy zatrzask bezpieczeństwa.Więc teraz musimy dostosować jar muchy. Nie da się umieścić go dokładnie w środku urządzenia pomiarowego, tak aby prosty lot dla muchy był również lotem prostym w naszym urządzeniu pomiarowym. Aby zrekompensować ten prawdopodobny problem, obrócimy arenę wokół lotu z określoną prędkością, aby wywołać ruch skrętu, reakcję motoryczną, i sprawimy, że ta maksymalna reakcja motoryczna w lewo i w prawo, obracając zero symetrycznie, tak że dokładnie środek między tymi dwoma maksymalnymi reakcjami samochodowymi będzie odpowiadał lotowi na wprost.Tak więc ostatnim zadaniem, które nam pozostało, zanim będziemy mogli rozpocząć nasz eksperyment, jest dostosowanie kary, lasera, którego używamy do podgrzewania much. W tym celu używam małego kawałka filtra podczerwieni, który filtruje tylko tyle ciepła, aby mucha tak naprawdę nie czuła go dużo, ale nadal widzę go na moim monitorze tutaj. Mam więc małą kamerę, kamerę na podczerwień, która monitoruje muchę i której mogę użyć do regulacji lasera, aż skupi się na głowie muchy.A ponieważ mamy tutaj cylinder w paski dla reakcji motoryzacyjnej, zastępujemy go naszą ulubioną areną. W tym przypadku pusta arena, która po prostu prowadzi do całkowicie białego środowiska dla muchy. Widać, że środowisko dla muchy jest całkowicie białe.Nie ma żadnej innej stymulacji. Zasadniczo, ponieważ jest bardzo zamknięty, nie ma stymulacji węchowej. Jest bardzo mało innych bodźców, które mucha mogłaby dostrzec.Leci nieruchomo. Tak naprawdę nic się nie zmienia w środowisku muchy, a mimo to wytwarza ona bardzo zmienne zachowanie, które waha się od skrętu w lewo do prawego, skrętu i zmienności również w tych dwóch domenach. Okej, a teraz pokażę Ci wszechstronność tego zestawu i jak możesz go wykorzystać do treningu much.Kiedy już znajdą się w symulatorze, jedną z rzeczy, które możesz zrobić, to po prostu teraz, gdy muchy mają tę pustą białą arenę, teraz możesz powiedzieć: "OK, za każdym razem, gdy skręcisz w prawo, ogrzejemy cię". To jest coś, co możemy bardzo łatwo skonfigurować. Jak widzieliście, pozytywna rozmowa na podwórku oznacza na przykład ciepło na negatywnym podwórku, co oznacza upał.Ponadto, co możemy zrobić, możemy pomóc muchom, pokazując im, co jest dobre, a co lewe, kolorując arenę na zielono lub niebiesko, gdy skręcają w prawo lub w lewo. To jest to, co teraz robimy. Więc teraz mucha produkuje skręcanie w prawo, twój tork.Jak widzieliście, kolor zmienił się z zielonego na niebieski, ale teraz się odwraca. Więc teraz widzisz, że mucha produkuje tork jardowy w un, w tym przypadku bezkarny skręt w prawo, a gdy tylko zanurza się w domenie kary, zaczyna się gorąco i mucha bardzo szybko oddala się od upału. Jak widać, bardzo szybko moduluje swój tork na podwórku, aby wydostać się z upału.Gdy tylko zauważy, robi się gorąco. W tym samym czasie nadal będzie próbował wytworzyć zachowanie w pełnym zakresie ruchu, czemu zapobiegamy, podgrzewając muchę. Z grubsza w ten sposób możesz nauczyć muchy uczenia się kolorów lub ich zachowania, które są w lewo, w prawo, obracają się lub oba razem.Jednak bardziej tradycyjnie, ta konfiguracja jest używana od około 15, 20 lat, aby nauczyć muchy rozróżniania różnych wzorców wizualnych. Możemy to zrobić bardzo łatwo. Po prostu wyjmujemy filtr kolorów, zatrzymujemy ten program i wymieniamy arenę, która wcześniej była pusta.Teraz z tą areną z pionowymi i odwróconymi literami T, a następnie musimy zmienić program i uruchomić program do tego wzorca uczenia się. Teraz widzicie, że mucha, która jest śladem w środku, kontroluje. To jest drugi ślad, to kontrolowanie pozycji areny.Na tych histogramach, które tu widzisz, widzisz ilość czasu, jaką mucha spędza lecąc w kierunku czterech różnych wzorców. Tak więc na zielono widać wzory, które później zostaną podgrzane, a na żółto wzory, które nie są karane. Tak więc w tej fazie włączyliśmy karę i kiedykolwiek ten ślad tutaj, teraz zielony, znajduje się w górnej i dolnej lub w centralnym obszarze, mucha jest podgrzewana.Widzicie, że mucha, gdy tylko dostanie się do tych obszarów, oddala się od nich. Zmienia więc kierunek lotu z dala od ciepła. Możesz to również zobaczyć ponownie na histogramach, gdzie teraz pokazane są ukarane tee, i że gdy tylko lot tu wleci, zostaje ukarany i szybko oddala się od ciepła, które próbuje od czasu do czasu przesunąć w kierunku innego wzorca, ale bardzo szybko przesuwa się w kierunku nieogrzewanego wzorca.To jest tradycyjny sposób, w jaki w latach dziewięćdziesiątych ludzie zaczęli warunkować muchy i to jest tradycja, w której się znajduję. Cała konfiguracja nie została opracowana przeze mnie, częściowo przeze mnie, ale większość tego projektu powstała w latach 60. w Guten z Carlem Gutsem, a następnie przeniosła się do burga w laboratorium Martina Heisenberga i Reinharda Wolfa. Te dwie osoby w szczególności były tymi, które stały za rozwojem uczenia się wzorców w tej sytuacji symulatora lotu, którą właśnie widzieliście, zrobiłem doktorat z Martinem Heisenbergiem, a on był tak uprzejmy, że pożyczył mi ten zestaw do moich eksperymentów tutaj w Berlinie.

operant-learning-of-drosophila-at-the-torque-meter

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Instrumentalne uczenie się Drosophila na mierniku momentu obrotowego

Badanie złożonych zachowań lokomocyjnych u Drosophila melanogaster zależy od możliwości ilościowego określenia zmian w ruchu danej muchy. Niniejszy artykuł demonstruje, jak przeprowadzić ten proces przy użyciu wysokorozdzielczego systemu śledzenia.

Wysokorozdzielcze śledzenie wideo lokomocji u dorosłych osobników Drosophila melanogaster

Drosophila larwy są w stanie kojarzyć bodźce zapachowe z nagrodą smakową. W niniejszej pracy opisujemy prosty paradygmat behawioralny, który umożliwia analizę apetytywnego uczenia się asocjacyjnego w odpowiedzi na zapachy.

Apetytywne warunkowanie węchowe u larw Drosophila

Ten film opisuje, jak śledzić swobodnie chodzące muchy, aby ocenić ich ogólną zdolność poruszania się. Prezentowany protokół demonstruje konfigurację testu i analizę danych za pomocą oprogramowania do śledzenia wideo.

Śledzenie swobodnie chodzących much: metoda oceny lokomocji u Drosophila

Ten film opisuje system monitorowania aktywności Drosophila (DAM) używany do śledzenia aktywności lokomotorycznej. Naukowcy wykorzystują dane dotyczące aktywności zebrane z DAM do badania rytmów okołodobowych u muszek owocowych. Prezentowany klip protokołu pokazuje, jak ładować muchy do urządzenia i rejestrować dane dotyczące aktywności do eksperymentów okołodobowych.

Drosophila Monitor aktywności (DAM): metoda pomiaru aktywności lokomotorycznej u much

Ten raport opisuje metodę pomiaru aktywności larw Drosophila za pomocą TriKinetics Drosophila Activity Monitor. Urządzenie wykorzystuje wiązki podczerwieni do wykrywania ruchów do 16 pojedynczych zwierząt. Dane mogą być analizowane w celu przedstawienia parametrów ruchu, w tym szybkości i pozycji zwierząt w komorach testowych.

Pomiar aktywności larw w monitorze aktywności Drosophila

Opisujemy tutaj konfigurację behawioralną i metodę analizy danych do oceny reakcji węchowych do 100 muszek octowych (Drosophila melanogaster). System ten może być stosowany z pojedynczymi lub wieloma bodźcami węchowymi i może być przystosowany do optogenetycznej aktywacji lub wyciszania podzbiorów neuronów.

Zachowania węchowe oceniane za pomocą komputerowego śledzenia Drosophila w czterokwadrantowym olfaktometrze

System Oceny Ilościowej Ćwiczeń Rotacyjnych (REQS) może indukować ćwiczenia u Drosophila melanogaster poprzez rotację, jednocześnie mierząc ilość aktywności wykonywanej przez zwierzęta. W tym miejscu przedstawiamy protokół punkt po punkcie, w którym szczegółowo opisano, w jaki sposób mierzyć poziom aktywności zwierząt doświadczających zabiegów ćwiczeń rotacyjnych za pomocą REQS.

Pomiar poziomu wysiłku fizycznego u Drosophila melanogaster za pomocą Rotacyjnego Systemu Kwantyfikacji Wysiłkowej (REQS)

TreadWheel wykorzystuje ruch obrotowy, aby delikatnie wywołać ćwiczenia u dorosłych Drosophila melanogaster, wykorzystując wrodzoną, negatywną geotaksję much. Pozwala na analizę interakcji między ćwiczeniami a czynnikami, takimi jak genotyp, płeć i dieta, oraz ich wpływu na testy fizjologiczne i molekularne w celu oceny zdrowia metabolicznego.

TreadWheel: Protokół treningu interwałowego dla delikatnie indukowanych ćwiczeń u Drosophila melanogaster

Obecny protokół ocenia aktywność lokomotoryczną Drosophila poprzez śledzenie i analizowanie ruchu much na ręcznie wykonanej arenie za pomocą oprogramowania typu open source Fiji, kompatybilnego z wtyczkami do segmentacji pikseli każdej klatki na podstawie nagrania wideo w wysokiej rozdzielczości w celu obliczenia parametrów prędkości, odległości itp.

Prosta technika oznaczania aktywności lokomotorycznej u Drosophila

Celem tego protokołu jest zapewnienie ćwiczeń lotniczych muszce owocowej Drosophila. Reprezentatywne wyniki pokazują, że trening lotniczy skutkuje zwiększoną pojemnością tlenową i odpornością na dietę wysokotłuszczową.

FLEX: Protokół szkolenia z ćwiczeń lotniczych dla muszki owocowej Drosophila

Poznaj metodę instrumentalnego uczenia się Drosophila na mierniku momentu obrotowego, kontrolując wiek i dietę owocówek. To podejście umożliwia badanie mechanizmów neurobiologicznych zachowań.

Uczenie instrumentalne muszek Drosophila przy użyciu torquemetru

Przeglądaj więcej filmów