Operant inlärning av Drosophila på momentnycklar

Summary

Mätning av gir vridmoment uppbundna Drosophila med momentnycklar ger hjärnforskare utsökt kontroll över den stimulans situationen för försöksdjur. Tillsammans med den unika genetiska verktyg som finns i bananflugan, är detta paradigm används för en mängd olika neurobiologiska forskningen.

Abstract

För experiment vid momentnycklar, är flugor hålls på standard flyga medium vid 25 ° C och 60% luftfuktighet med en 12tim light/12hr mörk regim. Ett standardiserat avel regimen garanterar korrekt larver densitet och åldersmatchade kohorter. Kall-sövda flugor limmas med huvudet och bröstkorgen på en triangel-formad krok dagen före försöket. Bifogat till momentnycklar via en klämma, är flugans avsedd flygmanövrer mätt som rörelsemängdsmomentet kring sin vertikala kroppen axel. Flugan är placerad i centrum av ett cylindriskt panorama för att uppnå stationära flygning. En analog till digital omvandlare kortet matar signalen gir moment i en dator som lagrar spår för senare analys. Datorn styr också en mängd olika stimuli som kan föras under flugans kontroll genom att stänga återkoppling mellan dessa stimuli och gir vridmoment spår. Straff uppnås genom att värme från en justerbar infraröd laser.

Protocol

Fly medelstora

Sammansättningen av flugan mat är avgörande för lärande (Guo et al, 1996.)

• Vatten 1000 ml
• Majsmjöl 180 g
• Sojabönor 10 g
• Jäst 18,5 g
• Agar 7,5 g
• Melass 40 g
• Sirap (sockerbetor) 40 g
• Nipagin 2,5 g

Varje flaska är försedd med en klick av färska, levande jäst pasta och en bit filterpapper för att ge en extra yta för flugor och puppor.

Fly avel och iscensättning

Följande procedur utförs varje dag, vilket leder till exakt iscensatt djuren vuxit på lämplig densitet. Alla nya ecclosed flyger sedan det senaste förfarandet för den föregående dagen samlas för avel och experiment. De äldsta flaskorna utan att eventuella kvarvarande levande puppor kasseras. Fyra dagar gammal flugor läggs till en ny flaska för ägg nedfall över natten. Densiteten av kvinnliga flugor bör vara ca 20 för varje injektionsflaska, justerat för storleken på flaskan och stam som använts. Den idealiska täthet är en som är hög nog för att flyga medellång till vätskeform under larvstadier och tillräckligt låg så att alla larver har pupated före första flugorna ecclose. Den äggläggande flugor från föregående dag tas bort och kasseras.

Fly förberedelse

Flugor hålls på standard majsmjöl / melass medium som beskrivits ovan vid 25 ° C och 60% luftfuktighet med en 12tim light/12hr mörk regim. Efter en kort immobilisera 24-48h gamla flugor av kyla-anestesi, är de flyger limmade (superlim UV-glas lim, 505127A, Pacer Technology, Bernardino., USA) med huvudet och bröstkorgen på en triangelformad koppar krok (diameter 0,05 mm ) dagen före försöket. Djuren sedan förvaras individuellt natten i små fuktiga kamrar innehåller några korn av sackaros.

Apparater

Kärnan enhet av set-up är det vridmoment kompensator (momentnycklar) (Götz, 1964). Den mäter en fluga är rörelsemängdsmomentet kring sin vertikala kroppen axel, orsakad av avsedda flygningen manövrar. Flugan, limmas fast på kroken som beskrivs ovan, är knuten till momentnycklar via en klämma för att uppnå stationära flygning i centrum av ett cylindriskt panorama (arena, diameter 58 mm), som homogent är upplyst bakifrån. Ljuskällan är en 100W, 12V volfram-jod-lampa. För gröna och blå belysning av arenan är ljuset passerar genom monokromatiskt brett band Kodak Kodak gelatin-filter (# 47 och # 99, respektive). Filter kan bytas av en snabb solenoid inom 0.1s. Alternativt är den arena belyses med "dagsljus" genom passering genom ett blågrönt filter (Rosco "surfblue" Nej 5433), eller inga filter alls. Överföringen spektrum av Rosco blågröna filter som används i denna studie är likvärdig med en BG18 filter (Schott, Mainz) och utgör ett mellanting mellan Kodak blått och grönt filter (Brembs och Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). Arenan kan roteras runt flugan med hjälp av en datorstyrd elmotor. I en sådan "flight-simulator" situation är vinkelhastigheten av arenan proportionell mot, men riktade mot flugans gir vridmoment (kopplingsfaktor K =- 11 ° / s • 10-10Nm). Detta gör att flugan att stabilisera panorama och kontrollera dess kantiga orientering. Denna virtuella "flykt riktning" (dvs arena position) registreras kontinuerligt via en cirkulär potentiometer (Novotechnik, A4102a306). En analog till digital omvandlare kort (PCL812, Advantech Co) matar arenan position och gir vridmoment signalen till en dator som lagrar spår (samplingsfrekvens 20 Hz) för senare analys. Straff uppnås genom att värme från en justerbar infraröd laser (825 nm, 150 mW), regisserad bakom och ovanför på flugans huvud och bröstkorg. Laserstrålen är pulsad (ca 200ms pulsbredd på ~ 4Hz) och dess intensitet reduceras för att säkerställa överlevnaden av flugan.

Experiment

Mönster inlärning

För den traditionella mönster-lärande experiment (Dill och Heisenberg, 1995, Dill et al, 1993, 1995;. Liu et al, 2006;. Liu et al, 1998;. Liu et al, 1999;. Wolf och Heisenberg, 1991) , fyra svarta, T-formade mönster av omväxlande orientering (dvs två upprätt och två inverterade) jämnt fördelade på arenan väggen (mönster bredd ψ = 40 °, höjd θ = 40 °, = 14 bredd av barer °, som sett från position flyga). Ett datorprogram delar 360 ° i arenan i 4 virtuella 90 ° kvadranter, är de centra som betecknas med mönster. Flugorna styr vinkel position mönster med sin gir vridmoment (flygsimulator situation). Under träning, värme straff görs sammanhängande med utseendet på en av mönstret riktlinjerna i den främre synfältet. Förstärkning av varje mönsterär alltid utjämnas inom grupper. Under testet, värmen permanent avstängd och flyga mönster önskemål registreras.

Färg inlärning

Färg lärande utföras som beskrivits tidigare (Brembs och Heisenberg, 2000; Brembs och Hempel de Ibarra, 2006; Brembs och Wiener, 2006; Wolf och Heisenberg, 1997). Arenan är indelad i fyra virtuella 90 ° kvadranter, är de centra som betecknas med fyra identiska vertikala ränder (bredd ψ = 14 °, höjd θ = 40 °). Flugan är att kontrollera vinkel position fyra identiska ränder med sin gir moment som beskrivits för den T-formade mönster ovan. Färgen på belysningen av hela arenan förändras när någon av de virtuella kvadranten gränser passerar en punkt framför flugan. Under träning, värme straff avhängig en av de två färgerna. Under provningen är värmen permanent avstängd och flyga färg önskemål registreras. Naturligtvis kan färger kombineras med mönster för sammansatta uppvärmningstid (Brembs och Heisenberg, 2001).

Yaw moment inlärning

Yaw moment inlärning sker som tidigare beskrivits (Brembs och Heisenberg, 2000; Heisenberg och Wolf, 1993). Flugan spontana gir vridmoment är uppdelat i en "vänster" och "höger" domän, ungefär motsvarande antingen höger eller vänster varv. Det finns inga mönster på arenan väggen. Under utbildningen är värme alltid tillämpas när flugans gir vridmomentet i en domän och stängs av när vridmomentet passerar in i andra. I testet faser, värme permanent avstängd och flyga val av gir vridmoment domäner registreras.

Komposit inlärning

Komposit lärande är en förlängning av gir vridmoment lärande, som beskrivits tidigare (Brembs och Heisenberg, 2000). I grunden är gir-moment inlärning och färg inlärning kombineras i ett experiment med motsvarande operant (gir moment) och klassisk (färger) prediktorer. Under träningen är i farten uppvärmda när flugans gir vridmoment passerar in i domänen i samband med straff. När flugan växlar gir vridmoment domäner, inte bara temperaturen utan också arena färg ändras (från grönt till blått eller vice versa). Således, gir vridmoment domän och färg fungerar som motsvarar prediktorer för värme. I testet faser, värme permanent avstängd och bara flyga val av gir vridmoment domäner / färger registreras.

Diskussion

Denna experimentuppställning kombinerar suverän kontroll över experimentella förhållanden med en avancerad genetisk modell organism. Med hjälp av förfaranden som beskrivs i denna presentation, kan den molekylära och neurobiologiska grunderna för olika beteendemässiga egenskaper undersökas, inklusive men inte begränsat till, de mekanismer av spontana beteenden generation, operant och klassisk betingning, mönsterigenkänning, färgseende eller kurs kontroll .

Discussion

Denna experimentuppställning kombinerar suverän kontroll över experimentella förhållanden med en avancerad genetisk modell organism. Med hjälp av förfaranden som beskrivs i denna presentation, kan den molekylära och neurobiologiska grunderna för olika beteendemässiga egenskaper undersökas, inklusive men inte begränsat till, de mekanismer av spontana beteenden generation, operant och klassisk betingning, mönsterigenkänning, färgseende eller kurs kontroll .