Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Drosophila Passief vermijdingsgedrag als een nieuw paradigma om associatief aversief leren te bestuderen

Published: October 15, 2021 doi: 10.3791/63163
Automatic Translation
1, 1
1Department of Physiology, East Carolina University

ERRATUM NOTICE

Summary

Dit werk beschrijft een eenvoudig gedragsparadigma dat de analyse van aversief associatief leren bij volwassen fruitvliegen mogelijk maakt. De methode is gebaseerd op het onderdrukken van het aangeboren negatieve geotaxisgedrag als gevolg van de associatie gevormd tussen een specifieke omgevingscontext en een elektrische schok.

Abstract

Dit protocol beschrijft een nieuw paradigma voor het analyseren van aversief associatief leren bij volwassen vliegen (Drosophila melanogaster). Het paradigma is analoog aan passief vermijdingsgedrag bij laboratoriumknaagdieren waarin dieren leren een compartiment te vermijden waar ze eerder een elektrische schok hebben gekregen. De test maakt gebruik van negatieve geotaxis bij vliegen, wat zich manifesteert als een drang om omhoog te klimmen wanneer ze op een verticaal oppervlak worden geplaatst. De opstelling bestaat uit verticaal georiënteerde bovenste en onderste compartimenten. Bij de eerste proef wordt een vlieg in een lager compartiment geplaatst van waaruit hij meestal binnen 3-15 s naar buiten komt en in het bovenste compartiment stapt waar hij een elektrische schok krijgt. Tijdens de tweede proef, 24 uur later, wordt de latentie aanzienlijk verhoogd. Tegelijkertijd is het aantal schokken afgenomen in vergelijking met de eerste proef, wat aangeeft dat vliegen een langetermijngeheugen vormden over het bovenste compartiment. De opnames van latenties en het aantal schokken kunnen worden uitgevoerd met een telteller en een stopwatch of met een op Arduino gebaseerd eenvoudig apparaat. Om te illustreren hoe de test kan worden gebruikt, werd hier het passieve vermijdingsgedrag van D. melanogaster en D. simulans mannelijk en vrouwelijk gekarakteriseerd. Vergelijking van latenties en aantal schokken onthulde dat zowel D. melanogaster als D. simulans vliegen efficiënt het passieve vermijdingsgedrag leerden. Er werden geen statistische verschillen waargenomen tussen mannelijke en vrouwelijke vliegen. Mannetjes waren echter iets sneller bij het betreden van het bovenste compartiment tijdens de eerste proef, terwijl vrouwtjes een iets hoger aantal schokken kregen in elke retentieproef. Het westerse dieet (WD) verminderde het leren en het geheugen bij mannelijke vliegen aanzienlijk, terwijl vliegoefeningen dit effect compenseerden. Alles bij elkaar biedt het passieve vermijdingsgedrag bij vliegen een eenvoudige en reproduceerbare test die kan worden gebruikt voor het bestuderen van basismechanismen van leren en geheugen.

Introduction

Leren en geheugen is een evolutionair oud aanpassingsmechanisme aan de omgeving, geconserveerd van Drosophila (D.) tot de mens1. De fruitvlieg is een robuust modelorganisme om fundamentele principes van leren en geheugen te bestuderen, omdat het een breed scala aan krachtige genetische hulpmiddelen biedt om intrinsieke moleculaire mechanismen te ontleden2. De baanbrekende genetische screeningstudies, die rutabaga3, amnesiac4 en dunce5-genen identificeerden die cruciaal zijn voor leren en geheugen2, maakten gebruik van olfactorische conditionering omdat de fruitvliegen vertrouwen op hun scherpe reukvermogen om voedsel, potentiële partners te vinden en roofdieren te vermijden6.

Olfactorische conditionering is een populair paradigma geworden om het mechanisme van leren en geheugen te bestuderen, dankzij de introductie van olfactorisch T-doolhof door Tully en Quinn7,8. Vervolgens zijn andere methoden voorgesteld om verschillende soorten leren en geheugen te meten, waaronder visuele conditionering9, baltsconditionering10, aversieve fototaxisonderdrukkingstest11 en wespenblootstellingsconditionering12. De meeste van deze testen hebben echter een complexe opstelling die op maat moet worden gebouwd in een universitaire werkplaats of moet worden gekocht via een leverancier. Het paradigma dat hier wordt beschreven, is gebaseerd op een eenvoudige gedragstest om aversief associatief leren bij vliegen te bestuderen dat gemakkelijk kan worden samengesteld met een paar beschikbare benodigdheden.

Het beschreven paradigma staat gelijk aan passief (of remmend) vermijdingsgedrag bij laboratoriummuizen en ratten waarin dieren leren een compartiment te vermijden waar ze eerder een elektrische voetschok hebben gekregen13. Bij murids is de procedure gebaseerd op hun aangeboren vermijding van fel licht en voorkeur voor donkere gebieden14. Bij de eerste proef wordt het dier in het heldere compartiment geplaatst, van waaruit het dier snel naar buiten gaat en in een donker compartiment stapt, waar een elektrische voetschok wordt afgeleverd. Meestal is een enkele studie voldoende om een solide langetermijngeheugen te vormen, wat resulteert in een aanzienlijk verhoogde latentie 24 uur later. De latentie wordt vervolgens gebruikt als een index van het vermogen van het dier om de associatie tussen de aversieve stimulus en de specifieke omgeving te onthouden15.

Dit werk beschrijft een analoge procedure met behulp van D. als een modelsysteem dat verschillende voordelen biedt ten opzichte van knaagdiermodellen, waaronder kosteneffectiviteit, grotere steekproefomvang, de afwezigheid van regelgevend toezicht en toegang tot krachtige genetische hulpmiddelen16,17. De procedure is gebaseerd op negatief geotaxisgedrag, dat zich manifesteert in de drang van vliegen om omhoog te klimmen wanneer ze op een verticaal oppervlak worden geplaatst18. De opstelling bestaat uit twee verticale kamers. Bij de eerste proef wordt een fruitvlieg in een lager compartiment geplaatst. Van daaruit verlaat het meestal binnen 3-15 s en stapt het in het bovenste compartiment waar het een elektrische schok ontvangt. Tijdens een proef van 1 minuut kunnen sommige vliegen af en toe het bovenste compartiment opnieuw binnendringen, wat resulteert in een extra elektrische schok. Tijdens de testfase, 24 uur later, wordt de latentie aanzienlijk verhoogd. Tegelijkertijd is het aantal schokken verminderd in vergelijking met de eerste dag, wat aangeeft dat vliegen een aversief associatief geheugen vormden over het bovenste compartiment. De latentie, het aantal schokken en de duur en frequentie van verzorgingsaanvallen worden vervolgens gebruikt om het gedrag van dieren en het vermogen om de associatie tussen de aversieve stimulus en de specifieke omgeving te vormen en te onthouden te analyseren. De representatieve resultaten onthullen dat blootstelling aan het westerse dieet (WD) passief vermijdingsgedrag bij mannelijke vliegen aanzienlijk schaadt, wat suggereert dat de WD het gedrag en de cognitie van de vlieg diepgaand beïnvloedt. Omgekeerd verlichtte vliegoefening het negatieve effect van de WD, waardoor passief vermijdingsgedrag werd verbeterd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Voorbereiding van passieve ontwijkingsapparatuur

  1. Boor een gat van 4 mm loodrecht op het wandoppervlak van de polypropyleen kweekbuis van 14 ml en op 8 mm afstand van de buisbodem.
    OPMERKING: Gebruik een elektrische boor en 5/32 boor voor het beste resultaat.
  2. Snijd met een stalen gebruiksmes het bovenste deel van de 14 ml polypropyleen kweekbuis af om een 45 mm lang buisbodemfragment te creëren. Het onderste fragment dient als het onderste compartiment.
  3. Snijd de punt van 1.000 μL blauwe pipetpunt af met een scheermesje met één rand om de opening breed genoeg te maken voor een passage van een enkele vlieg. Snijd het vernauwingsgedeelte van de blauwe punt af om een fragment van 12 mm te creëren. Steek dit fragment stevig in een gat van 4 mm van het onderste compartiment. Dit wordt gebruikt als laadperron voor het overbrengen van de vliegen.
  4. Knip een 15 mm stuk transparante vinylbuis 5/8" ID (zie Materiaaltabel) om een koppeling te maken. Plaats het bovenste en onderste compartiment vanaf de tegenovergestelde uiteinden in de koppeling om het onderste compartiment stevig aan het bovenste compartiment te bevestigen.
  5. Bevestig de montage met behulp van een 2-polige verstelbare klem aan een verticale standaard. Richt de montage verticaal met de schokbuis als bovenste compartiment.
  6. Sluit de schokbuisdraden aan op een elektrische stimulator (zie Tabel met materialen) om elektrische schokken te veroorzaken. De duur van de trainingsperiode is 1 min.
    OPMERKING: Om observatie te vergemakkelijken, plaatst u een stuk wit papier achter de schokbuis om als witte achtergrond van het apparaat te dienen. Plaats een lamp met een 75 W equivalente zachte gloeilamp boven het schokcompartiment. Plaats een verstelbare armloeplamp voor de opstelling. Een weergave van het passieve ontwijkingsapparaat is weergegeven in figuur 1.

2. Voorbereiding van de vliegen op de passieve ontwijkingsprocedure

  1. Immobiliseer 3-4 dagen oude D. melanogaster of D. simulans vliegen met behulp van ijskoud blok en breng ze 24 uur voor het experiment (1 vlieg per injectieflacon) over in individuele injectieflacons met voedsel volgens de eerder beschreven procedure19.
    OPMERKING: De hier beschreven experimenten vergeleken 3-4 dagen oude man vs. vrouwelijke vliegen in D. melanogaster en D. simulans.
  2. Codeer vóór de gedragsexperimenten alle flacons. Wijs hiervoor aan elke groep een letter toe, bijvoorbeeld "A", "B", "C", enz., En elke vlieg een nummer. Onthul deze code pas nadat alle gegevens zijn vastgelegd en geanalyseerd. Gebruik minstens 20 vliegen per genotype of behandeling om individuele variaties tegen te gaan.
    OPMERKING: Door de experimenten en analyses "blind" uit te voeren, wordt een vooroordeel bij het beoordelen van de prestaties van de vlieg en gegevensanalyse uitgesloten.

3. Het uitvoeren van de eerste proef

  1. Breng met behulp van een eerder beschreven vliegenmondaspirator (zie materialentabel20) voorzichtig een vlieg van de individuele injectieflacon over naar het onderste compartiment via het laadperron. Zuig zachtjes een vlieg in de mond aspirator door lucht te zuigen. Deponeer de vlieg door lichtjes in het laadperron te blazen.
    OPMERKING: Vermijd stress van het dier tijdens het vangen en laden.
  2. Onmiddellijk nadat de vlieg in het onderste compartiment is geladen, start u een timer van 1 minuut en stopwatch.
    OPMERKING: De stopwatch wordt gebruikt om latenties te meten en de tellingsteller om het aantal schokken te tellen.
  3. Druk op de stopwatch om de eerste latentie te registreren wanneer de vlieg de schokbuis binnenkomt door alle poten op het rooster te plaatsen. Schakel de stimulator in om een elektrische schok aan de vlieg te geven. De stimulatieparameters zijn 120 volt, 1000 ms duur, 1 puls/s (PPS), treinduur 2000 ms.
  4. Geef extra schokken als de vlieg opnieuw in de schokbuis komt. Noteer het aantal ontvangen schokken tijdens een proef van 1 minuut met een telteller of een Arduino-gebaseerde teller (zie Tabel met materialen). Als u de Arduino-gebaseerde teller gebruikt, volgt u de onderstaande stappen.
    OPMERKING: Een optioneel Arduino-gebaseerd apparaat AKM-007 (zie Materialentabel) kan worden gebruikt om tijd, latentie, het aantal schokken en de frequentie en duur van verzorgingsbeurten voor elk dier te meten door de bijbehorende knoppen op het apparaat in te drukken en los te laten. De knoppen op het apparaat zijn toegewezen om de latentie te meten, het aantal schokken toe te dienen en te registreren en de frequentie en duur van verzorgingsbeurten te meten.
    1. Druk op de Startknop bij stap 3.2. en druk op de Shock-knop bij stap 3.3.
    2. Om de duur van een verzorgingsbeurt vast te leggen, drukt u op de verzorgingsknop aan het begin van een verzorgingsbeurt op het apparaat en laat u deze knop los aan het einde van de verzorgingsbeurt.
      OPMERKING: De verzorgingsbeurten werden gemeten gedurende 1 minuut proef. Uitgebreide verzorging kan wijzen op dierenstress21,22. Het Arduino-gebaseerde apparaat slaat alle gegevens op als CSV-bestand op een geheugenkaart.
  5. Breng aan het einde van een proefperiode van 1 minuut de vlieg voorzichtig terug naar een individuele injectieflacon. Noteer de latentie, het aantal ontvangen schokken en eventuele opmerkelijke veranderingen in het gedrag.
  6. Reinig het onderste en schokcompartiment met 70% ethanol, veeg af met een pluisvrij reinigingsdoekje (zie Materialentabel) en droog met de haardroger. Herhaal de proef met de volgende vlieg.
  7. Maak na de gedragsexperimenten het onderste compartiment schoon met water en geurloos wasmiddel. Veeg het onderste compartiment en het schokcompartiment schoon met 70% ethanol en droog het 's nachts aan de lucht.

4. Het uitvoeren van de tweede proef

  1. Voer de tweede proef uit door de hierboven beschreven procedure (stap 3) 24 uur later te herhalen. Test de vliegen in dezelfde volgorde als de vorige dag.

5. Analyse van de resultaten

  1. Bereken de gemiddelde latentie, het gemiddelde aantal schokken en de duur van de verzorgingsbeurten voor proef 1 en proef 2 voor elke experimentele groep dieren. Voer student t-test uit voor twee-groep vergelijking of ANOVA voor meerdere vergelijkingen met post-hoc analyses met behulp van Tukey's test23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De passieve vermijding werd bestudeerd in D. melanogaster (Canton-S) en D. simulans. De experimenten vergeleken de latenties en het aantal ontvangen schokken tussen opeenvolgende onderzoeken. Aanvankelijk werden de experimenten uitgevoerd met 3-4 dagen oude mannelijke D. melanogaster-vliegen. Vliegen werden gehandhaafd op het standaard Bloomington Formulation-dieet in een klimaatgecontroleerde omgeving bij 24 ° C onder een licht-donkercyclus van 12 uur, 70% vochtigheid en gecontroleerde bevolkingsdichtheid. De dichtheid werd gecontroleerd door de broedomstandigheden constant te houden voor alle groepen. 15 mannetjes en 15 vrouwtjes werden gedurende 48 uur gefokt in een fles bij 24 °C, 70% luchtvochtigheid en een lichtcyclus van 12 uur om de nakomelingen te genereren. Passief vermijdingsgedrag bij een fruitvlieg werd bestudeerd in vier proeven van 2 minuten met een afstand van 24 uur uit elkaar. De proeven werden op hetzelfde tijdstip van de dag uitgevoerd. Een vlieg werd tijdens een proef voorzichtig aangezogen uit een individuele injectieflacon en via een laadperron overgebracht naar het onderste compartiment (figuur 1). De experimenten onthulden dat D. melanogaster met succes passief vermijdingsgedrag kon leren en onthouden. In de eerste proef zou de naïeve vlieg gemiddeld binnen 16 s (16.15±2.64) het bovenste compartiment binnendringen en er vaak opnieuw in komen, met gemiddeld 2 schokken (2.18±0.19). Tijdens opeenvolgende proeven zou de latentie aanzienlijk toenemen terwijl het aantal schokken zou afnemen, wat aangeeft dat vliegen associaties tussen het bovenste compartiment en een elektrische schok hebben geleerd (tabel 1, figuur 2 A, B). Analyse van frequentieverdeling toonde aan dat negatieve geotaxis een krachtige motivatie is. Tijdens de eerste proef zouden de meeste naïeve vliegen binnen 5-15 s het bovenste compartiment binnendringen (bak 10, figuur 2C) en 1-3 schokken ontvangen (figuur 2D). Daarentegen zouden de meeste vliegen in de vierde proef het bovenste compartiment niet betreden en dienovereenkomstig geen schokken ontvangen (figuur 2E,F).

Om te verifiëren dat de passieve vermijdingstest werkt bij andere fruitvliegsoorten, werden de experimenten herhaald in D.simulans mannelijke en vrouwelijke vliegen die onder dezelfde huisvestingsomstandigheden werden gehouden als melanogastervliegen die hierboven zijn beschreven. De duur van het onderzoek werd teruggebracht tot 1 min. De frequentieverdeling voor latenties toonde duidelijk aan dat als de vlieg in de eerste proef niet binnen 60 s het bovenste compartiment binnenkomt, hij meestal helemaal niet binnenkomt (figuur 3C). Het aantal proeven werd teruggebracht tot drie omdat de hierboven beschreven experimenten betrouwbaar aantoonden dat zelfs een enkele proef voldoende was voor een vlieg om aversieve associaties te vormen. D. simulans mannetjes en vrouwtjes vliegen waren beide effectief in het leren van het passieve vermijdingsgedrag, zoals blijkt uit de gegevens in de grafieken en tabellen (figuur 3, figuur 4; en tabel 2, tabel 3).

Vergelijking van latenties en aantal schokken tussen mannen en vrouwen bracht geen statistisch significante verschillen aan het licht (figuur 5 A,B). Mannelijke vliegen kwamen echter iets sneller het bovenste compartiment binnen bij de eerste proef, terwijl vrouwtjes in elke proef een iets hoger aantal schokken kregen (figuur 4A, B). Het verschil was vooral zichtbaar in de grafieken die de frequentieverdelingen illustreren (figuur 4C-F). De frequentieverdeling van latenties in de derde studie gaf aan dat de meeste vliegen binnen 7,5-12,5 s het bovenste compartiment binnenkwamen (figuur 4E). De frequentieverdeling voor het aantal schokken in de derde proef laat zien dat vrouwelijke vliegen in de laatste proef gemiddeld 1-2 schokken kregen (figuur 4F).

De totale duur van het verzorgingsgedrag werd ook geregistreerd tijdens proeven. Vliegverzorgingsgedrag bestaat uit herhaalde gecoördineerde beweging van voorbenen en achterpoten die over de vleugels, het hoofd en het lichaam vegen24. Zelfverzorging, ook bekend als auto grooming, is eerder in verband gebracht met gedragsstress bij vliegen24, laboratoriumknaagdieren25 en mensen22. Daarom kunnen studies van zelfvoorzienend gedrag inzicht geven in het angstgerelateerde gedrag26. Uit de analyse van de totale duur van de verzorgingsaanvallen tijdens passieve vermijdingsproeven bleek dat zelfverzorging significant was toegenomen bij vrouwelijke vliegen in onderzoeken twee en drie (figuur 5C, tabel 4).

Groeiend bewijs suggereert een verband tussen calorierijke WD en verminderde cognitieve prestaties27. Experimenteel produceert de WD nadelige effecten op mitochondriale hersenfunctie, neurogenese en synaptische plasticiteit28,29,30. Een recente studie documenteerde dat de WD triglyceriden verhoogt en de levensduur in D verkort, terwijl vliegoefeningen het schadelijke effect van de WD31 compenseren. Om te beginnen met het verkennen van de effecten van de WD en vliegoefening op passief vermijdingsgedrag, werden D. simulans mannelijke vliegen onderworpen aan 5 dagen WD, vliegoefening of een combinatie van WD en vliegoefening volgens eerder beschreven protocollen31. De WD, die 15% Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil, 15% Sucrose en 0,1M NaCl bevat, werd bereid zoals elders gepubliceerd31. Vliegoefening werd uitgevoerd op groepen van zestig mannelijke vliegen gehuisvest in 1-gallon doorzichtige plastic vaten vastgebonden aan een horizontaal platform bevestigd aan een elektromotor en bediend door een timer. De oefening werd dagelijks uitgevoerd gedurende 7 uur gedurende 5 dagen zoals eerder gepubliceerd31. Aan het einde van het 5-daagse dieet en trainingsregime werden vliegen onder koude anesthesie gesorteerd in individuele injectieflacons en onderworpen aan twee proeven met passief vermijdingsgedrag. De experimenten toonden aan dat de WD het aantal schokken in proeven één en twee verhoogt en de latentie in proef twee vermindert, wat aangeeft dat de WD het aversieve associatieve leren bij vliegen aanzienlijk schaadt (figuur 6, tabel 5). Er was ook een neerwaartse trend in het aantal schokken in proef twee in een groep met de WD en de oefeningscombinatie, wat suggereert dat lichaamsbeweging de impact van calorie-overbelasting kan verminderen.

Figure 1
Figuur 1: Schema ter illustratie van passieve vermijdingstest. De onderste afmetingen van het compartiment zijn 45 mm lang en 17 mm in buitendiameter. De afmetingen van het bovenste compartiment zijn 80 mm lang en 18 mm in buitendiameter. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Passief vermijdingsgedrag bij D. melanogaster mannen. (A) Gemiddelde latentie(en) per proef. De grafiek laat zien dat de latenties aanzienlijk toenemen met het aantal onderzoeken. Het aantal vliegen wordt op elke balk aangegeven. (B) Een gemiddeld aantal ontvangen schokken per proef. De grafiek laat zien dat het aantal schokken aanzienlijk afneemt met het aantal proeven. (C) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met latenties in de eerste proef weergeeft. Getallen op de x-as zijn bin-centra. De bakken zijn intervallen (0-5 s, 5-15 s, 15-25 s, enz.). De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen het bovenste compartiment binnen 5-15 s. (D) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met schokken in de eerste proef weergeeft. Getallen op de x-as zijn bin-centra. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen 1-3 schokken krijgen in de eerste proef. Weinig vliegen kwamen bij de eerste proef niet in het schokcompartiment en kregen nul schokken. Ze werden uitgesloten van de daaropvolgende processen. (E) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met latenties in de vierde proef weergeeft. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen het bovenste compartiment niet binnenkomen. (F) Frequentieverdeling met het aantal vliegen in een bak met schokken in de vierde proef. De grafiek laat zien dat de meeste vliegen in de laatste proef 0 schokken krijgen. Afkortingen: ns- nonsignificant, *- P<0.05, **- P<0.01, ***-P<0.001, ****- P<0.0001. One-way ANOVA met Tukey's multiple comparisons test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Passief vermijdingsgedrag bij D. simulans mannen. (A) Gemiddelde latentie(en) per proef. De grafiek laat zien dat de latenties aanzienlijk toenemen met het aantal onderzoeken. (B) Een gemiddeld aantal ontvangen schokken per proef. De grafiek laat zien dat het aantal schokken aanzienlijk afneemt met het aantal proeven. (C) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met latenties in de eerste proef weergeeft. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen binnen 2,5-12,5 s het bovenste compartiment binnenkomen. Getallen op de x-as zijn de bin-centra. (D) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met schokken in de eerste proef weergeeft. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen 1-3 schokken krijgen in de eerste proef. (E) Frequentieverdeling met het aantal vliegen in een bak met latenties in de derde proef. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen het bovenste compartiment niet binnenkomen. (F) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met schokken in de derde proef weergeeft. De grafiek laat zien dat de meeste vliegen in de laatste proef 0 schokken krijgen. Afkortingen: *- P<0.05, ****- P<0.0001. One-way ANOVA met Tukey's multiple comparisons test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Passief vermijdingsgedrag bij D. simulans vrouwtjes. (A) Gemiddelde latentie(en) per proef. De grafiek laat zien dat de latenties aanzienlijk toenemen met het aantal onderzoeken. (B) Een gemiddeld aantal ontvangen schokken per proef. De grafiek laat zien dat het aantal schokken aanzienlijk afneemt met het aantal proeven. (C) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met latenties in de eerste proef weergeeft. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen binnen 2,5-12,5 s het bovenste compartiment binnenkomen. Getallen op de x-as zijn de bin-centra. (D) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met schokken in de eerste proef weergeeft. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen in de eerste proef 2 schokken krijgen. (E) Frequentieverdeling met het aantal vliegen in een bak met latenties in de derde proef. De grafiek geeft aan dat de meeste vliegen het bovenste compartiment binnenkomen binnen 7,5-12,5 s. (F) Frequentieverdeling die het aantal vliegen in een bak met schokken in de derde proef weergeeft. De grafiek laat zien dat de meeste vrouwelijke vliegen 1-2 schokken kregen in de laatste proef. Afkortingen: **- P<0.01, ***-P<0.001, ****- P<0.0001. One-way ANOVA met Tukey's multiple comparisons test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Vergelijking van passief vermijdings- en verzorgingsgedrag bij D. simulans mannetjes en vrouwtjes. (A) Gemiddelde latentie(en) per proef. De grafiek toont geen statistisch significante verschillen tussen mannen en vrouwen in de latenties. (B) Een gemiddeld aantal ontvangen schokken per proef. De grafiek toont geen statistisch significante verschillen tussen mannen en vrouwen in het aantal ontvangen schokken. (C) De totale duur van de verzorgingsbeurten in proeven 1-3. Hoewel er geen statistisch significante verschillen waren tussen mannetjes en vrouwtjes, vertoonden de vrouwelijke vliegen een aanzienlijke afname van het verzorgingsgedrag tijdens proeven 2 en 3 in vergelijking met proef 1. Afkortingen: *- P<0.05. One-way ANOVA met Tukey's multiple comparisons test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Effect van de WD op D. simulans passieve vermijdingsgedrag van mannen. (A) Gemiddelde latentie(en) per proef. De grafiek laat zien dat de WD de latentie in WD- en WDE-groepen aanzienlijk heeft verhoogd. (B) Een gemiddeld aantal ontvangen schokken per proef. De grafiek toont een statistisch significante toename van het aantal schokken ontvangen door vliegen op de WD in proeven 1 en 2. Interessant is dat vliegoefeningen het effect van de WD volgens de Student t-test aanzienlijk teniet deden. Afkortingen: CD- controle dieet, CDE- controle dieet met lichaamsbeweging, WD- westers dieet, WDE- westers dieet met lichaamsbeweging. *- P<0,05, **- P<0,01. One-way ANOVA met Tukey's multiple comparisons test. #- P<0.05, Student t-test. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Proeven Proef 1 Proef 2 Proef 3 Proef 4
Latentie(en) 16.15±2.64 uur 49.08±6.2 64.72±6.8 uur 102.1±12.1
Schokken 2.18±0.19 uur 1.41±0.29 uur 0.76±0.25 uur 0,33±0,22
Latency Tukey's meerdere vergelijkingen tussen trials Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 **** <0.0001
1 tegen 3 **** <0.0001
1 tegen 4 **** <0.0001
2 tegen 3 Ns 0.2043
2 tegen 4 **** <0.0001
3 tegen 4 ** 0.0099
Schokt Tukey's meerdere vergelijkingen tussen proeven Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 Ns 0.0646
1 tegen 3 *** 0.0004
1 tegen 4 **** <0.0001
2 tegen 3 Ns 0.2569
2 tegen 4 * 0.0253
3 tegen 4 Ns 0.694

Tabel 1: Effect van training op het vermijden van elektrische schokken bij D. melanogaster-mannen . De gegevens voor latenties en ontvangen schokken worden gepresenteerd als middel ± SEM. Eenrichtings-ANOVA met tukey's meervoudige vergelijkingstest.

Proeven Proef 1 Proef 2 Proef 3
Latentie(en) 10.16±0.78 uur 22.64±2.1. 30.63±2.69 uur
Schokken 2.36±0.13 uur 1.84±0.17 uur 1.24±0.14 uur
Latency Tukey's meerdere vergelijkingen tussen trials Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 **** <0.0001
1 tegen 3 **** <0.0001
2 tegen 3 * 0.0229
Schokt Tukey's meerdere vergelijkingen tussen proeven Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 * 0.0166
1 tegen 3 **** <0.0001
2 tegen 3 * 0.0172

Tabel 2: Effect van training op het vermijden van elektrische schokken bij D. simulans mannen. De gegevens voor latenties en ontvangen schokken worden gepresenteerd als middel ± SEM. Eenrichtings-ANOVA met tukey's meervoudige vergelijkingstest.

Proeven Proef 1 Proef 2 Proef 3
Latentie(en) 12.07±0.89 uur 20.98±2.63 uur 23.20±2.16 uur
Schokken 2.65±0.12 uur 1.98±0.12 uur 1.49±0.11 uur
Latency Tukey's meerdere vergelijkingen tussen trials Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 ** 0.0023
1 tegen 3 **** <0.0001
2 tegen 3 ** 0.0028
Schokt Tukey's meerdere vergelijkingen tussen proeven Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 **** <0.0001
1 tegen 3 **** <0.0001
2 tegen 3 *** 0.0003

Tabel 3: Effect van training op het vermijden van elektrische schokken bij D. simulans vrouwen. De gegevens voor latenties en ontvangen schokken worden gepresenteerd als middel ± SEM. Eenrichtings-ANOVA met tukey's meervoudige vergelijkingstest.

Proeven Proef 1 Proef 2 Proef 3
Mannelijke verzorging (en) 14.42±1.02 uur 18.47±2.82 uur 18.23±2.75 uur
Vrouwelijke verzorging (en) 9.15±1.39 uur 14.03±2.26 uur 15.50±2.38 uur
Tukey's meerdere vergelijkingen tussen proeven mannen Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 Ns 0.4384
1 tegen 3 Ns 0.4873
2 tegen 3 Ns 0.9971
Tukey's meerdere vergelijkingen tussen proefvrouwen Samenvatting Aangepaste P-waarde
1 tegen 2 * 0.0299
1 tegen 3 * 0.0426
2 tegen 3 Ns 0.8481

Tabel 4: Effect van passieve vermijding op D. simulans verzorgingsgedrag. De gegevens worden gepresenteerd als middel ± SEM. Eenrichtings-ANOVA met de meerdere vergelijkingstests van Tukey.

Latenties Proef 1 Proef 2
CD 16.26±2.28 uur 45.85±4.09 uur
CDE 15.28±2.75 uur 33.59±5.19 uur
WITTE DWERG 13.49±1.58 uur 28.33±3.7 uur
WDE 13.00±1.95 uur 30.23±3.79 uur
Latency Tukey's meerdere vergelijkingen tussen groepen Trial 1 Samenvatting Aangepaste P-waarde
CD vs CDE Ns 0.9916
CD vs WD Ns 0.7369
CD vs WDE Ns 0.6475
CDE tegen WD Ns 0.9523
CDE vs WDE Ns 0.9122
WD vs WDE Ns 0.9981
Latency Tukey's meerdere vergelijkingen tussen groepen Trial 2 Samenvatting Aangepaste P-waarde
CD vs CDE Ns 0.2785
CD vs WD ** 0.0082
CD vs WDE * 0.0283
CDE tegen WD Ns 0.8578
CDE vs WDE Ns 0.9594
WD vs WDE Ns 0.9844
Schokken Proef 1 Proef 2
CD 1.95±0.21 uur 0.94±0.4
CDE 2.0±0.28 uur 1.0±0.23 uur
WITTE DWERG 3.05±0.26 uur 2.36±0.41 uur
WDE 2.49±0.24 uur 1.36±0.23 uur
Schokt Tukey's meerdere vergelijkingen tussen groepen Trial 1 Samenvatting Aangepaste P-waarde
CD vs CDE Ns 0.9992
CD vs WD ** 0.005
CD vs WDE Ns 0.3765
CDE tegen WD Ns 0.0523
CDE vs WDE Ns 0.6446
WD vs WDE Ns 0.3268
Schokt Tukey's meerdere vergelijkingen tussen groepen Trial 2 Samenvatting Aangepaste P-waarde
CD vs CDE Ns 0.9996
CD vs WD * 0.0194
CD vs WDE Ns 0.8246
CDE tegen WD * 0.0122
CDE vs WDE Ns 0.9306
WD vs WDE Ns 0.1508

Tabel 5: Effect van de WD en lichaamsbeweging op het vermijden van elektrische schokken bij D. simulans mannen. De gegevens voor latenties en ontvangen schokken worden gepresenteerd als middel ± SEM. Eenrichtings-ANOVA met tukey's meervoudige vergelijkingstest. Afkortingen: CD- controle dieet, CDE- controle dieet met lichaamsbeweging, WD- westers dieet, WDE- westers dieet met lichaamsbeweging.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het vermijden van bedreigende stimuli is een cruciaal kenmerk van adaptief gedrag bij verschillende soorten van C. elegantie tot mens32. Vermijdingsleerprocedures die meestal het ontsnappen van een aversieve gebeurtenis met zich meebrengen, zijn veelgebruikte gedragstaken om leer- en geheugenprocessen bij laboratoriumknaagdieren13 sinds de jaren 197032 te onderzoeken. Bij actieve vermijdingsprocedures wordt een onverschillige stimulus of geconditioneerd signaal (CS) gevolgd door een aversieve gebeurtenis of ongeconditioneerd signaal (VS), dat dieren leren vermijden door een specifieke gedragstaak uit te voeren. Bij passieve vermijdingsprocedures moet een dier de aversieve VS vermijden door een eerder gestraft gedrag te associëren met een specifieke omgevingscontext33. Langere retentietestlatenties die wijzen op een beter geheugen suggereren dat het dier een gedetailleerde weergave van de trainingservaring heeft ontwikkeld13. Passieve vermijdingstraining bestaat uit één trial; de hersenmechanismen die ten grondslag liggen aan de verwerving van deze taak zijn echter complex omdat het dier leert om verschillende stukjes informatie te associëren, waaronder omgevings-, ruimtelijk-positionele en aversieve stimuli13. Het veranderen van deze stimuli maakt het mogelijk om episodische en contextuele soorten geheugen te bestuderen13.

Het hier beschreven paradigma nam passief vermijdingsgedrag bij knaagdieren over om volwassen te vliegen als een modelsysteem. Hoewel er verschillende procedures zijn ontwikkeld om leren en geheugen bij vliegen te bestuderen, waaronder olfactory7,8, visual9 en baltsconditionering10, zijn deze testen nogal tijdrovend en vereisen ze een complexe opstelling. Het hier beschreven protocol is een eenvoudige gedragstest om associatief aversief leren bij vliegen te bestuderen, die bestaat uit proeven van 1 minuut en gemakkelijk kan worden opgezet met een paar beschikbare benodigdheden. Het protocol maakt mogelijk extra manipulatie van de omgevingssignalen mogelijk, met de toevoeging van olfactorische, visuele en andere contextuele stimuli, door kleuren of geometrische patronen voor het onderste compartiment te veranderen of olfactorische signalen toe te voegen aan de dop van de bovenste kamer. Bovendien kan deze test gemakkelijk worden aangepast om het kortetermijngeheugen, het kortetermijngeheugen en het anesthesieresistente geheugen te bestuderen door intervallen tussen proeven te manipuleren en vliegen aan anesthesie te onderwerpen.

De test werkte even goed bij D. melanogaster en D. simulans mannelijke en vrouwelijke vliegen, wat aantoont dat het paradigma kan worden aangepast aan verschillende D. soorten. De veranderingen in vlieggedrag gekenmerkt door verhoogde latenties en verminderd aantal schokken waren statistisch significant in de tweede studie en zouden versterken met daaropvolgende onderzoeken. Interessant is dat als naïeve vliegen zonder elektrische schok aan het apparaat gewend waren, ze bij de tweede en de derde proef iets sneller het bovenste compartiment zouden binnendringen. De afname van latenties was echter niet statistisch significant (gegevens niet getoond). Er werden geen statistisch significante verschillen waargenomen tussen geslachten, hoewel vrouwelijke vliegen iets langere latenties hadden en iets meer schokken kregen. Dit verschil kan te wijten zijn aan een combinatie van factoren, waaronder het falen van vrouwen om de schok te associëren met het bovenste compartiment, een sterkere geotaxis, of mogelijk omdat vrouwtjes iets groter en langzamer zijn dan mannen. De totale duur van de verzorgingsaanvallen was significant lager in de tweede en derde proef bij vrouwelijke vliegen, wat een parallel trekt tussen D. en angstachtig gedrag van knaagdieren26.

Interessant is dat, zoals te zien is in figuren 3E en figuur 4E, de latenties in de derde studie werden opgesplitst in twee uitersten (minder dan 30 s en 60 s). Deze verschillen werden echter niet waargenomen in de 4e proef, wat aangeeft dat de meerderheid van de vliegen uiteindelijk de taak heeft gekregen (figuur 2E). Hoewel de exacte redenen voor de individuele verschillen in het ontwikkelen van passieve vermijdingstaken onduidelijk zijn, kunnen natuurlijke populaties polymorfisme en mutaties bevatten die het leren en het geheugen beïnvloeden3,5,34,35. Een recente studie toonde aan dat polymorfisme in de foeragerende (voor) locus die codeert voor een cGMP-afhankelijk eiwitkinase (PKG) alternatieve strategieën zou kunnen bemiddelen bij het leren van foerageergedrag34. Vliegen met het "rover" -allel en hogere activiteit hebben een beter kortetermijngeheugen, terwijl vliegen met het "sitter" -allel en sedentair gedrag een beter langetermijngeheugen vertonen34.

De test onthulde dat de WD het leren en geheugen bij vliegen aanzienlijk verminderde, wat duidelijk was door kortere latenties en het ontvangen van meer schokken in de tweede proef. Het hogere aantal schokken in de eerste proef na de WD kan wijzen op tekorten in het kortetermijngeheugen en een gebrek aan associaties tussen specifieke omgevingscontext en een elektrische schok. Interessant is dat vliegoefeningen het negatieve effect van de WD gedeeltelijk verminderden, omdat de WDE-vliegen aanzienlijk minder schokken hadden ontvangen in de tweede proef. Dit suggereert dat vliegoefeningen de impact van metabole overbelasting kunnen omkeren en de cognitieve prestaties kunnen verbeteren. Deze gegevens worden ondersteund door onze eerdere observatie over de gunstige effecten van vliegoefeningen op vliegfysiologie, voortplanting en gedrag31.

Een van de kritieke stappen in het beschreven protocol is het overbrengen van de vliegen van de individuele injectieflacon naar de onderste kamer. Gestreste vliegen zouden te snel het bovenste compartiment binnendringen of helemaal niet binnenkomen. De vliegen die bij de eerste proef niet in het bovenste compartiment kwamen, konden nog steeds het bovenste compartiment binnendringen nadat ze waren overgebracht naar een individuele injectieflacon en een pauze van 5 minuten hadden gekregen. Het is echter beter om deze vliegen uit te sluiten van het experiment. Vliegleeftijd is een andere cruciale factor omdat de negatieve geotaxis aanzienlijk zwakker werd bij 30 dagen oude vliegen (gegevens niet getoond). Zo zouden meer vliegen bij de eerste proef niet in de eerste kamer komen en van het experiment worden uitgesloten.

Het voordeel van de beschreven test is dat het een eenvoudige gedragstaak is die reproduceerbare gegevens produceert in zowel D. melanogaster als D. simulans mannelijke en vrouwelijke vliegen. De test zou kunnen helpen bij de studie van basismechanismen die ten grondslag liggen aan leer- en geheugenstoornissen als gevolg van verschillende genetische, farmacologische en voedingsmanipulaties. Bovendien, aangezien de retentieproeven op verschillende tijdstippen na de initiële training kunnen worden uitgevoerd, kan het kortetermijn-, tussen- en langetermijngeheugen mogelijk afzonderlijk worden ondervraagd.

Er zijn ook potentiële beperkingen met deze taak van één studie, waaronder inter-subject variabiliteit en leeftijdsverschillen (hierboven besproken). Het leren en het geheugen kunnen ook worden beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de gedragstoestand op het moment van leren, experimentele manipulaties en reacties op stress36. Omdat de VS in het compartiment met een koperen raster wordt gegeven, is de binnenkomst van dieren soms moeilijk te beoordelen, tenzij de fotostralen en infraroodcamera's in de toekomst kunnen worden geïnstalleerd voor videotracking.

Alles bij elkaar genomen is de hier gepresenteerde test een eenvoudige, betrouwbare en reproduceerbare procedure die het mogelijk maakt om geheugenmechanismen te bestuderen. Het zou mogelijk nieuwe wegen kunnen openen voor gedetailleerde analyse van geheugenconsolidatie in vliegen, inclusief gen-geneesmiddelinteracties, in zowel contextuele als episodische aspecten van het geheugen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenconflicten te hebben.

Acknowledgments

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door NIH R15ES029673 (AKM).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bloomington Formulation diet Nutri-Fly  66-112 Available from Genesee Scientific Inc., San Diego, CA
1000 µL Blue tip Fisher NC9546243
17 x 100 mm 14 mL polypropylene culture tube VWR  60818-689
Aduino-based Automatic Kontrol Module In-house AKM-007 This unit is optional. Complete description, schematics, wiring diagram and a code are provided at the ECU Digital Market - https://digitalmarket.ecu.edu/akmmodule
Dual-Display 2-Channel  Digital Clock/Timer Digi-Sense AO-94440-10 https://www.amazon.com/Cole-Parmer-AO-94440-10-Dual-Display-2-Channel-Jumbo-Digit/dp/B00PR0809G/ref=sr_1_5?dchild=1&keywords=Dual-Display+timer+jumbo&qid=1627660660&sr=
8-5#customerReviews
Electronic Finger Counter N/A N/A https://www.amazon.com/gp/product/B01M8IRK6F/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Fisherbrand Sparkleen 1 Detergent Fisher Scientific 04-320-4
Fly mouth aspirator In-house Prepared as described in reference 19.
Grass S88 stimulator N/A N/A Could be replaced with any stimulator which can provide described parameters
Kim-wipes Fisher Scientific 06-666 Kimberly-Clark Professional 34120
Metal block for fly immobilization In-house 4 x 13 x 23.5cm aluminum block
Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil Nutiva N/A https://www.amazon.com/Nutiva-Certified-Cold-Filtered-Unrefined-Ecuadorian/dp/B00JJ1E83G/ref=sxts_rp_s1_0?cv_ct_cx=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&dchild=1&keywords=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&pd_rd_i=B00JJ1E83G&pd_
rd_r=f35e9d2f-afe4-44b6-afc2-1c9cd705be18&pd_rd_w=
R3Zb4&pd_rd_wg=eUv1m&pf_rd_
p=c6bde456-f877-4246-800f-44405f638777&pf
_rd_r=M94N11RC7NH333EMJ66Y
&psc=1&qid=1627661533&sr=1-1-f0029781-b79b-4b60-9cb0-eeda4dea34d6
Shock tube CelExplorer TMA-201 https://www.celexplorer.com/product_detail.asp?id=217&MainType=110&SubType=8
Stopwatch Accusplit A601XLN https://www.amazon.com/gp/product/B0007ZGZYI/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Transparent vinyl tubing (3/4” OD, 5/8” ID) Lowes Avaiable from Lowes

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kandel, E. R., Dudai, Y., Mayford, M. R. The molecular and systems biology of memory. Cell. 157 (1), 163-186 (2014).
  2. McGuire, S. E., Deshazer, M., Davis, R. L. Thirty years of olfactory learning and memory research in Drosophila melanogaster. Progress in Neurobiology. 76 (5), 328-347 (2005).
  3. Livingstone, M. S., Sziber, P. P., Quinn, W. G. Loss of calcium/calmodulin responsiveness in adenylate cyclase of rutabaga, a Drosophila learning mutant. Cell. 37 (1), 205-215 (1984).
  4. Quinn, W. G., Sziber, P. P., Booker, R. The Drosophila memory mutant amnesiac. Nature. 277 (5693), 212-214 (1979).
  5. Dudai, Y., Jan, Y. N., Byers, D., Quinn, W. G., Benzer, S. dunce, a mutant of Drosophila deficient in learning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (5), 1684-1688 (1976).
  6. Busto, G. U., Cervantes-Sandoval, I., Davis, R. L. Olfactory learning in Drosophila. Physiology. 25 (6), Bethesda, Md. 338-346 (2010).
  7. Tully, T., Quinn, W. G. Classical conditioning and retention in normal and mutant Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology. A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 157 (2), 263-277 (1985).
  8. Wright, N. J. Evolution of the techniques used in studying associative olfactory learning and memory in adult Drosophila in vivo: A historical and technical perspective. Invertebrate Neuroscience. 14 (1), 1-11 (2014).
  9. Vogt, K., Yarali, A., Tanimoto, H. Reversing stimulus timing in visual conditioning leads to memories with opposite valence in Drosophila. PloS One. 10 (10), 0139797 (2015).
  10. Koemans, T. S., et al. Drosophila courtship conditioning as a measure of learning and memory. Journal of Visualized Experiments. (124), e55808 (2017).
  11. Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila models of neurodegeneration. Journal of Visualized Experiments. (49), e2504 (2011).
  12. Bozler, J., et al. A systems level approach to temporal expression dynamics in Drosophila reveals clusters of long term memory genes. Plos Genetics. 13 (10), 1007054 (2017).
  13. Atucha, E., Roozendaal, B. The inhibitory avoidance discrimination task to investigate accuracy of memory. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 60 (2015).
  14. Thiels, E., Hoffman, E. K., Gorin, M. B. A reliable behavioral assay for the assessment of sustained photophobia in mice. Current Eye Research. 33 (5), 483-491 (2008).
  15. Detrait, E. R., Hanon, E., Dardenne, B., Lamberty, Y. The inhibitory avoidance test optimized for discovery of cognitive enhancers. Behavior Research Methods. 41 (3), 805-811 (2009).
  16. Piper, M. D. W., Partridge, L. Drosophila as a model for ageing. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 1864 (9), Pt A 2707-2717 (2018).
  17. Chalmers, J., et al. A multicomponent screen for feeding behaviour and nutritional status in Drosophila to interrogate mammalian appetite-related genes. Molecular Metabolism. 43, 101127 (2021).
  18. Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Experimental Gerontology. 40 (5), 386-395 (2005).
  19. Yang, D. Simple homemade tools to handle fruit flies-Drosophila melanogaster. Journal of Visualized Experiments. (149), e59613 (2019).
  20. Barradale, F., Sinha, K., Lebestky, T. Quantification of Drosophila grooming behavior. Journal of Visualized Experiments. (125), e55231 (2017).
  21. Denmark, A., et al. The effects of chronic social defeat stress on mouse self-grooming behavior and its patterning. Behavioural Brain Research. 208 (2), 553-559 (2010).
  22. Kalueff, A. V., et al. Neurobiology of rodent self-grooming and its value for translational neuroscience. Nature Reviews: Neuroscience. 17 (1), 45-59 (2016).
  23. Motulsky, H. Intuitive biostatistics: A nonmathematical guide to statistical thinking. Fourth edition. , Oxford University Press. (2018).
  24. Qiao, B., Li, C., Allen, V. W., Shirasu-Hiza, M., Syed, S. Automated analysis of long-term grooming behavior in Drosophila using a k-nearest neighbors classifier. Elife. 7, 34497 (2018).
  25. Mu, M. D., et al. A limbic circuitry involved in emotional stress-induced grooming. Nature Communications. 11 (1), 2261 (2020).
  26. Song, C., Berridge, K. C., Kalueff, A. V. Stressing' rodent self-grooming for neuroscience research. Nature Reviews: Neuroscience. 17 (9), 591 (2016).
  27. Wang, C., Chan, J. S., Ren, L., Yan, J. H. Obesity reduces cognitive and motor functions across the lifespan. Neural Plasticity. 2016, 2473081 (2016).
  28. Lewis, A. R., Singh, S., Youssef, F. F. Cafeteria-diet induced obesity results in impaired cognitive functioning in a rodent model. Heliyon. 5 (3), 01412 (2019).
  29. Yohn, S. E., Galbraith, J., Calipari, E. S., Conn, P. J. Shared behavioral and neurocircuitry disruptions in drug addiction, obesity, and binge eating disorder: Focus on Group I mGluRs in the mesolimbic dopamine pathway. ACS Chemical Neuroscience. 10 (5), 2125-2143 (2019).
  30. Lopez-Taboada, I., Gonzalez-Pardo, H., Conejo, N. M. Western Diet: Implications for brain function and behavior. Frontiers in Psychololgy. 11, 564413 (2020).
  31. Murashov, A. K., et al. Preference and detrimental effects of high fat, sugar, and salt diet in wild-caught Drosophila simulans are reversed by flight exercise. FASEB Bioadvances. 3 (1), 49-64 (2021).
  32. Krypotos, A. M., Effting, M., Kindt, M., Beckers, T. Avoidance learning: A review of theoretical models and recent developments. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 189 (2015).
  33. Encyclopedia of Neuroscience. Binder, M. D., Hirokawa, N., Windhorst, U. , Springer Berlin Heidelberg. 3093 (2009).
  34. Mery, F., Belay, A. T., So, A. K., Sokolowski, M. B., Kawecki, T. J. Natural polymorphism affecting learning and memory in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (32), 13051-13055 (2007).
  35. Tan, Y., Yu, D., Pletting, J., Davis, R. L. Gilgamesh is required for rutabaga-independent olfactory learning in Drosophila. Neuron. 67 (5), 810-820 (2010).
  36. Ögren, S. O., Stiedl, O. Encyclopedia of Psychopharmacology. Stolerman, I. P. , Springer Berlin Heidelberg. 960-967 (2010).

Tags

Gedrag Passieve vermijding aversief leren associatief leren geheugen Drosophila westers dieet vliegoefeningen

Erratum

Formal Correction: Erratum: Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning
Posted by JoVE Editors on 02/23/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning. The Representative Results and Discussion sections were updated.

In the Representative Results, the legend for Figure 5 was updated from:

Figure 5: Comparison of passive avoidance and grooming behavior in D. simulans males and females. (A) Average latency (s) per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the latencies. (B) An average number of received shocks per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the number of received shocks. (C) The total duration of grooming bouts in trials 1-3. While there were no statistically significant differences between males and females, the female flies showed a considerable increase in grooming behavior during trials 2 and 3 compared to trial 1. Abbreviations: *- P<0.05. One-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test.

to:

Figure 5: Comparison of passive avoidance and grooming behavior in D. simulans males and females. (A) Average latency (s) per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the latencies. (B) An average number of received shocks per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the number of received shocks. (C) The total duration of grooming bouts in trials 1-3. While there were no statistically significant differences between males and females, the female flies showed a considerable decrease in grooming behavior during trials 2 and 3 compared to trial 1. Abbreviations: *- P<0.05. One-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test.

In the Discussion, the third paragraph was updated from:

The assay worked equally well in D. melanogaster and D. simulans male and female flies, demonstrating that the paradigm could be adapted to different D. species. The changes in fly behavior characterized by increased latencies and decreased number of shocks were statistically significant in the second trial and would strengthen with subsequent trials. Interestingly, if naïve flies were habituated to the apparatus without electric shock, they would enter the upper compartment a little faster on the second and the third trials. However, the decrease in latencies was not statistically significant (data not shown). No statistically significant differences were observed between sexes, although female flies had somewhat longer latencies and received slightly more shocks. This difference could be due to a combination of factors, including females' failure to associate the shock with the upper compartment, a stronger geotaxis, or possibly because females are slightly larger and slower than males. The total duration of grooming bouts was significantly higher in the second and third trials in female flies, which draws a parallel between D. and rodent anxiety-like behaviors26.

to:

The assay worked equally well in D. melanogaster and D. simulans male and female flies, demonstrating that the paradigm could be adapted to different D. species. The changes in fly behavior characterized by increased latencies and decreased number of shocks were statistically significant in the second trial and would strengthen with subsequent trials. Interestingly, if naïve flies were habituated to the apparatus without electric shock, they would enter the upper compartment a little faster on the second and the third trials. However, the decrease in latencies was not statistically significant (data not shown). No statistically significant differences were observed between sexes, although female flies had somewhat longer latencies and received slightly more shocks. This difference could be due to a combination of factors, including females' failure to associate the shock with the upper compartment, a stronger geotaxis, or possibly because females are slightly larger and slower than males. The total duration of grooming bouts was significantly lower in the second and third trials in female flies, which draws a parallel between D. and rodent anxiety-like behaviors26.

<em>Drosophila</em> Passief vermijdingsgedrag als een nieuw paradigma om associatief aversief leren te bestuderen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pak, E. S., Murashov, A. K.… More

Pak, E. S., Murashov, A. K. Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning. J. Vis. Exp. (176), e63163, doi:10.3791/63163 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter