Operante leren van Drosophila bij de Torque Meter

Summary

Het meten van de yaw koppel van Drosophila aangebonden met het koppel meter kan de neurowetenschapper uitstekende beheersing van de stimulus situatie van de proefdieren. Samen met de unieke genetische tools beschikbaar zijn in de fruitvlieg, wordt dit paradigma gebruikt voor een breed scala van neurobiologisch onderzoek.

Abstract

Voor experimenten op het koppel meter, vliegen worden gehouden op standaard fly medium bij 25 ° C en 60% luchtvochtigheid met een 12 uur light/12hr donker regime. Een gestandaardiseerde kweek-regime zorgt voor een goede larvale dichtheid en leeftijd gematchte cohorten. Koude-verdoofd vliegen zijn gelijmd met kop en thorax aan een driehoek-vormige haak op de dag voor het experiment. Gehecht aan het koppel meter via een klem, wordt de vlieg geplande vlucht manoeuvres gemeten als het impulsmoment rond zijn verticale as het lichaam. De vlieg is geplaatst in het midden van een cilindrische panorama om stationaire vlucht te bereiken. Een analoog naar digitaal converter kaart voedt de yaw koppel signaal in een computer die het trace opgeslagen voor latere analyse. De computer regelt ook een verscheidenheid aan stimuli die onder controle van de vlieg worden gebracht door het sluiten van de feedback loop tussen deze stimuli en de yaw koppel te traceren. Straf wordt bereikt door het toepassen van warmte uit een verstelbare infrarood laser.

Protocol

Fly medium

De samenstelling van de vlieg voedsel is van cruciaal belang voor het leren (Guo et al., 1996.):

• Water 1000 ml
• Maïsmeel 180 g
• 10 g soja
• Gist 18,5 g
• Agar 7,5 g
• Melasse 40 g
• Siroop (suikerbieten) 40 g
• Nipagin 2,5 g

Elke flacon wordt geleverd met een schar van verse, levende gist pasta en een stukje filtreerpapier om een ​​extra oppervlak voor vliegen en poppen te bieden.

Fly fokken en staging

De volgende procedure wordt uitgevoerd elke dag, wat leidt tot nauwkeurig geënsceneerde dieren gekweekt bij de juiste dichtheid. Alle nieuw ecclosed vliegt sinds de laatste procedure van de vorige dag worden verzameld voor de fokkerij en experimenten. De oudste flacons zonder enig overgebleven levende poppen worden verwijderd. Vier dagen oud vliegen zijn toegevoegd aan een vers flesje voor de ei-afzetting 's nachts. De dichtheid van vrouwelijke vliegen, moet ongeveer 20 voor iedere injectieflacon, gecorrigeerd voor de grootte van de flacon en de stam gebruikt. De ideale dichtheid is er een die hoog genoeg is voor de vlieg medium om vloeibaar te maken tijdens de larvale stadia en laag genoeg zodanig dat alle larven hebben pupated voor de eerste vliegt ecclose. Het ei-leggen vliegt van de vorige dag worden verwijderd en weggegooid.

Fly voorbereiding

Vliegen worden gehouden op standaard maïsmeel / melasse medium zoals hierboven beschreven bij 25 ° C en 60% luchtvochtigheid met een 12 uur light/12hr donker regime. Na een korte immobiliserende 24-48h oude vliegt door koud verdoving, worden de vliegen gelijmd (superlijm UV glas lijm, 505127A, Pacer Technology, Cucamonga, Ca., USA) met kop en thorax om een ​​driehoek-vormige koperen haak (diameter 0.05mm ) de dag voor het experiment. De dieren worden vervolgens apart gehouden 's nachts in kleine vochtige kamers met een paar korrels van sucrose.

Apparaat

De kern apparaat van de set-up is het koppel compensator (koppel meter) (Götz, 1964). Het meet een vlieg impulsmoment rond zijn verticale as het lichaam, veroorzaakt door de voorgenomen vlucht manoeuvres. De vlieg, vastgelijmd aan de haak zoals hierboven beschreven, is bevestigd aan het koppel meter via een klem om stationaire vlucht te bereiken in het midden van een cilindrische panorama (arena, diameter 58 mm), die homogeen verlicht is van achteren. De lichtbron is een 100W, 12V wolfraam-jodium gloeilamp. Voor groene en blauwe verlichting van de arena, wordt het licht doorgegeven monochromatisch brede band Kodak Wratten gelatine filters (# 47 en # 99, respectievelijk). Filters kunnen worden uitgewisseld door een snelle solenoïde in 0.1s. Als alternatief wordt de arena verlicht met "daglicht" door het door een blauw-groen filter (Rosco "surfblue" Nee, 5433), of geen filter helemaal. De transmissie spectrum van de Rosco blauw-groen filter gebruikt in deze studie is gelijk aan die van een BG18 filter (Schott, Mainz) en vormt een intermediair tussen de Kodak blauwe en groene filters (Brembs en Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al. ., 1999). De arena kan worden gedraaid rond het vliegen met behulp van een computergestuurde elektrische motor. In een dergelijke "flight-simulator"-situatie, de hoeksnelheid van de arena is evenredig aan, maar gericht tegen yaw van de vlieg koppel (koppeling factor K =- 11 ° / s • 10-10Nm). Dit maakt het vliegen naar het panorama te stabiliseren en om de hoekoriëntatie controle. Deze virtuele "vlucht richting" (dat wil zeggen, arena positie) wordt voortdurend opgenomen via een cirkelvormige potentiometer (Novotechnik, A4102a306). Een analoog naar digitaal converter kaart (PCL812; Advantech Co) voedt de arena positie en de yaw koppel signaal in een computer die de sporen (sampling frequentie 20 Hz) winkels voor latere analyse. Straf wordt bereikt door het toepassen van warmte uit een verstelbare infrarood laser (825 nm, 150 mW), geregisseerd van achter en boven op het hoofd van de vlieg en de thorax. De laserstraal is gepulseerd (ca. 200ms puls breedte op ~ 4Hz) en de intensiteit verlaagd tot het voortbestaan ​​van de vlieg te verzekeren.

Experimenten

Het leren van patronen

Voor het traditionele patroon-learning experiment (Dille en Heisenberg, 1995; Dill et al., 1993, 1995;. Liu et al., 2006;. Liu et al., 1998;. Liu et al., 1999;. Wolf en Heisenberg, 1991) , zijn vier zwarte, T-vormige patronen van wisselende oriëntatie (dat wil zeggen, twee rechtop en twee omgekeerde), gelijkmatig verdeeld over de arena muur (patroonbreedte ψ = 40 °, hoogte θ = 40 °, breedte van bars = 14 °, zoals te zien vanuit de positie van de vlieg). Een computerprogramma verdeelt de 360 ​​° van de arena in vier virtuele 90 ° kwadranten, zijn de centra van die aangeduid door de patronen. De vliegen de controle van de hoekstand van de patronen met de yaw koppel (flight simulator situatie). Tijdens de training wordt de warmte straf gemaakt aaneengesloten met de verschijning van een van de patroon oriëntaties in de frontale gezichtsveld. Versterking van elk patroonis altijd geëgaliseerd binnen groepen. Tijdens de test wordt de warmte permanent uitgeschakeld en de vlieg patroon voorkeur opgenomen.

Color leren

Kleur leren wordt uitgevoerd zoals eerder beschreven (Brembs en Heisenberg, 2000; Brembs en Hempel de Ibarra, 2006; Brembs en Wiener, 2006; Wolf en Heisenberg, 1997). De arena is verdeeld in vier virtuele 90 ° kwadranten, zijn de centra van die aangeduid door vier identieke verticale strepen (breedte ψ = 14 °, hoogte θ = 40 °). De vlieg is het beheersen van de hoekstand van de vier identieke strepen met zijn yaw koppel zoals beschreven voor de T-vormige patronen hierboven. De kleur van de verlichting van de hele arena is veranderd worden als een van de virtuele kwadrant grenzen passeert een punt in de voorkant van de vlieg. Tijdens de training wordt de warmte straf afhankelijk worden gesteld van een van de twee kleuren. Tijdens het testen, wordt de warmte permanent uitgeschakeld en de vlieg kleurvoorkeur opgenomen. Uiteraard kunnen de kleuren worden gecombineerd met patronen voor samengestelde conditioning (Brembs en Heisenberg, 2001).

Yaw koppel leren

Yaw koppel leren is uitgevoerd zoals eerder beschreven (Brembs en Heisenberg, 2000; Heisenberg en Wolf, 1993). Van de vlieg spontane yaw koppelbereik is verdeeld in een "links" en "rechts" domein, ongeveer overeenkomend met links of rechts draaien. Er zijn geen patronen op de arena muur. Tijdens de training wordt de warmte toegepast wanneer de vlieg yaw koppel is in een domein en uitgeschakeld wanneer het koppel overgaat in de andere. In de test fase, wordt de warmte permanent uitgeschakeld en de vlieg de keuze van yaw koppel domeinen is opgenomen.

Composiet leren

Composite leren is een uitbreiding van yaw koppel leren, zoals eerder beschreven (Brembs en Heisenberg, 2000). In principe zijn yaw koppel leren en kleur te leren gecombineerd in een experiment met gelijkwaardige operant (yaw koppel) en klassieke (kleuren) voorspellers. Tijdens de training, is de vlieg verwarmd wanneer de vlieg yaw koppel gaat over in het domein geassocieerd met straf. Wanneer de vlieg-switches yaw koppel domeinen, niet alleen de temperatuur, maar ook de arena kleur is veranderd (van groen naar blauw of vice versa). Zo, yaw koppel domein en kleur fungeren als equivalent voorspellers van warmte. In de test fase, wordt de warmte permanent uitgeschakeld en alleen de vlieg de keuze van yaw koppel domeinen / kleuren is opgenomen.

Discussie

Deze experimentele opstelling combineert een superieure controle over de experimentele omstandigheden met een geavanceerde genetische model organisme. Met behulp van de beschreven procedures in deze presentatie, kan de moleculaire en neurobiologische onderbouwing van een aantal gedragskenmerken worden onderzocht, met inbegrip van, maar niet beperkt tot, de mechanismen van spontaan gedrag generatie, operante en klassieke conditionering, patroonherkenning, kleurwaarneming of cursus controle .

Discussion

Deze experimentele opstelling combineert een superieure controle over de experimentele omstandigheden met een geavanceerde genetische model organisme. Met behulp van de beschreven procedures in deze presentatie, kan de moleculaire en neurobiologische onderbouwing van een aantal gedragskenmerken worden onderzocht, met inbegrip van, maar niet beperkt tot, de mechanismen van spontaan gedrag generatie, operante en klassieke conditionering, patroonherkenning, kleurwaarneming of cursus controle .