Yöntem makalesi

Dokunsal İklimlendirme Ve Bal Arısı yılında antennal Örnekleme Stratejileri Hareket Analizi (

10.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/50179

⸱

12 Aralık 2012

 ,  ,  , 
1Biological Cybernetics, CITEC - Cognitive Interaction Technology - Center of Excellence, Bielefeld University

Bu makalede

Özet

Bu protokolü biz durumu dokunsal uyaranlara karşı bal arıları koşulmuş ve ince çaplı anten örnekleme deseni kinematik analiz için bir 2B hareket yakalama tekniği tanıtmak nasıl gösterir.

Özet

Bal arıları (Apis mellifera L.) eusocial böcekler ve iyi işçilik ve çağrışımsal öğrenme yeteneği 1, 2 kendi karmaşık bir bölümü için bilinir. Onlar larva hemşirelik veya düzenli altıgen yemek için tarak (örneğin polen veya nektar) ve yavru 3 bina nerede işçi arılar, karanlık kovan içinde kendi yaşamının ilk yarısını harcamak. Antenler olağanüstü multisensory duyarga ve kovan bina 5 ve örüntü tanıma 6 dahil olmak üzere çeşitli dokunsal aracılı görevleri 4, çok önemli bir rol oynamaktadır. Daha sonra hayatta, her bir arı yiyecek aramak için kovanı terk eder. Sonra arı, karlı gıda kaynakları ayrımcılık konumlarını ezberlemek ve 7 yuvasını arkadaşları için iletişim öğrenmek zorundadır. Arı besin kaynağının multisensory hafıza oluşturmak üzere petal yüzey 9 renk ve koku veren 7, 8 gibi başka çiçek sinyalleri, ama aynı zamanda dokunsal işaretlerini kullanır. Laboratuvar işbirliği altındaşulları, arılar gibi kenarlarını ya da anten 10, 11, 12, 13 ile oluklar gibi dokunsal nesnenin özellikleri, ayrımcılık bir iştahlı öğrenme paradigması içinde eğitilmiş olabilir. Bu öğrenme paradigma yakından koşulmuş arı 14 hortum uzantı yanıt (başına) klasik koku klima ilgilidir. Laboratuarda dokunsal öğrenme paradigması avantajı anten hareket model analizi de dahil olmak üzere çeşitli fizyolojik ölçümleri ile ilgili öğrenme davranışsal deney birleştirme ihtimalidir.

Protokol

1. Arılar hazırlanması

  1. Bir toplayıcı geziden dönerken Nektarı veya Polen yem bir sükroz besleyici veya doğrudan kovan girişinde ya alanına yakalanmıştır. Her bir arı bir köpük tıkaç ile kapatılmalıdır ve daha işleme için laboratuvar hemen içine alınmış bir cam şişeye yakalanır.
  2. Onlar hareketsizlik ilk işaretleri göstermek ° C kadar laboratuvarda, yakalanan arılar kısaca 4 de buzdolabında soğutulur.
  3. Her tek immobilize arı baş ve toraks arasında ve karın üzerinde yapışkan bant ile küçük bir metal tüp monte edilir. Bakım hortum ve antenler serbestçe hareketli olduğu alınmalıdır.
  4. Vizyon tıkamak için beyaz boya (örneğin solvent içermeyen Tipp-Ex) ile sabit arı bileşik gözleri ve ocelli boyayın.
  5. Kayıtları sırasında baş hareketleri önlemek için baş ve toraks arasında kasete bunu düzeltmek için arı başının arkasına erimiş mum küçük bir damla ekleyin.
  6. Daha iyi belirlenmesi için kaset üzerinde bir sayı ile her bir arı işaretleyin ve dehidratasyonu önlemek için nemli bir atmosfere sabit arı ile tüp yerleştirin.
  7. Bir şırınga ile başvuran 30% sakaroz çözeltisini damlacıkları ile 5 saniye boyunca her bir arı besle ve dokunsal Klima protokolü ile başlamadan önce tüm arılar 30 dk kurtarmanızı sağlar.

2. Dokunsal Şartlandırma

  1. Klima önce, her bir arı antenleri uygulanan% 30 sukroz uyarana hortum uzantısı yanıt (PER) için test edilmelidir. Böylece hortum ucu açık alt çeneleri arasına bir sanal çizgi geçmek zorundadır. Sakaroz uyaran bir PER ile yanıt vermeyen bütün arıların atın.
  2. Dokunsal klima şartlı uyarıcı (CS) gibi bir düz veya bir oyulmuş desen, örneğin, yatay veya 150 mikron dalga boyuna sahip bir ızgara oluşturan dikey oluklar ile bir pirinç küp (örn. 3 x 5 mm), kullanmak için. Fya da koşulsuz uyarıcı (ABD) bir% 30 sukroz çözeltisi (su içinde seyreltilmiş beyaz şeker,) kullanın.
  3. Pirinç küp (CS) Klima işlem sırasında tam konumlandırma sağlamak için (örneğin, Märzhäuser MM33) bir micromanipulator bir tutucuya yerleştirilir. ABD% 30 sukroz solüsyonu ile dolu bir şırınga ile arı sunulmaktadır.
  4. Klima prosedür 5 dk arası bir deneme süresi (ITI) ile dokunsal uyarıcı (CS) ve sakaroz çözeltisi (ABD) beş eşleşmeleri oluşur. Monte edilmiş dokunsal uyarıcı (CS) ile mikromanipülatör önünde bir tek arı yerleştirin. Dokunsal uyaran yüzeyinin arının başında (Şekil 1 A ve B) paralel olacak şekilde yavaşça CS, yerleştirin. Hayvan ve dokunsal nesne arasındaki mesafe test arı antennal çalışma yarıçapı aralığında olmalıdır, arı rahat bir pozisyonda w dokunsal uyaran taramak gerekir yaniITH antenler de. Şekil 1'de gösterilen örnekte, mesafe 3 mm idi. Arı 5 sn için dokunsal uyaran (CS) tarama edelim. Ilk olarak 3 saniye sonra,% 30 sakaroz (ABD) hortum altında bir şırınga ile çözelti bir damlacık sunulmaktadır. Nazikçe hortum artırmak için enjektör ucu kullanın. Hortum altında Sakaroz stimülasyon 15 PER koşulsuz seçmektedirler. Arı sakaroz ödül yalamak için izin ver. Klima sırasında tam olarak ne zaman aralıklarını korumak için bir alarm sinyali ile bir kronometre kullanın.
  5. Klimalı BAŞINA arı öğrenme başarısı için bir ölçü olarak kullanılır. İlk ödüllendirilir eşlendirme sonra, arıların önümüzdeki ödül beklediklerini belirten, kendi burnumun uzantısı CS sunum yanıt başlar. Dokunsal uyaran sunum 3 sn süre penceresi sırasında ve sakkaroz sunum öncesi zaman görülen bir tam genişletilmiş hortum olumlu bir yanıt olarak puanlanmıştır. Hayır yanıtı olumsuz sayılır. OCCPER ve urrence deneyci tarafından unutulmamalıdır. CS sunumu sırasında BAŞINA gösteren arıların yüzdesi her deneme için çizilir.

3. Kinematik Kayıtlar

  1. Tek bir harnessed arı antennal hareketleri uygun bir makro lens (örneğin TechSpec VZM 200 ile donatılmıştır Basler A602f-2, bir yangın tel bağlantısı yoluyla 50 fps'de işletilen) bir dijital video kamera ile kaydedilmiştir. Kamera yukarıdan aşağıya bir görünümde hayvan (Şekil 1 A) üstünde konumlandırılmıştır. Şekil 1'de, kayıtların uzaysal çözünürlüğü 0.02 mm / piksel.
  2. Kameranın objektif altında farklı yönlerde 1 mm'lik bir kenar uzunluğu ile 10 x 10 mm dama tek görüntü kaydederken tarafından kamera kalibre. Kalibrasyon kamera kalibrasyon alet kutusu Matlab 16 ile yapılabilir.
  3. Kamera merceğinin altında bir tek sabit arı yerleştirin. Bir mikromanipülatör sabitlenmiş dokunsal uyaran, sunun, Hayvan için. Dokunsal kurutma için tarif edildiği gibi aynı şekilde devam edin ve arı nesne tararken anten hareketini kaydederler. Bu tam anten çalışma aralığı ve dokunsal uyarı görünür olması önemlidir. Uyaran desen seçenekleri test ve deneme numaraları deneysel tasarım bağlıdır.

4. Veri Analizi

  1. Görüntünün arka plan hesaplama Matlab yapılır. İlk olarak, zaman içinde orta gri skala değeri her bir piksel için hesaplanan gerekmektedir. Statik nesneler, arı ve dokunsal uyaran sabit kafa gibi, görüntü arka planı teşkil edecektir. Hareketli nesneler, iki anten gibi, arka planın parçası olmayacaktır.
  2. Kaydedilen video her bir ardışık kare yüklü olması gerekir, ve akım çerçeve ve resim arka planı arasındaki fark hesaplanarak gerekir. Bu çıkarma sonucu kareden diğerine hareket ediyor görüntünün bölümleri vurgular. Kimlikeally, arı antenleri sıfır değerleri (Şekil 1C) tek alanlardır.
  3. Daha fazla işlem için, sıfır olmayan piksel değerleri ile en büyük iki alanda antenler olduğu varsayılır. Her iki anten için bir ikili maskesi piksel anten ve aksi değeri 0 aitse, her piksel için bir değer 1 içeren oluşturulan olmaktır. Bu maske daha sonra anten ipuçları yerelleştirilmesi için bir temel olarak hizmet vermektedir. Tüm görüntü için ön maske kazandırmak farkı görüntünün her pikselin gri değer önceden tanımlanmış eşik karşılaştırılır. Biz gürültü icabına beri sonradan bu eşiğin oldukça düşük olduğu için tercih edilir. Öncelikle, görüntü gürültü küçük bölgeler nedeniyle halen maskesi parçası vardır: ön maskesi sonra hala hatalar iki çeşit taşır. İkincisi, anten ait alanlar mutlaka tam bağlanmamış olabilir. Arka plan yaklaşık olarak anten ile aynı ışıldama varsa ikincisi çoğunlukla oluşur. Bu eserler ortadan kaldırmak için, standartgörüntü işleme morfolojik işlemi uygulanır, standart Matlab fonksiyonları imerode ve (daha fazla açıklama için 17 pp 158-205 bakınız) sırasıyla imdilate güvenerek, görüntü erozyon ve dilatasyon bir arada yani. Denoising işleminden sonra antenler hipotezler hala aynı maske içinde yer alır. Bu nedenle, bir sonraki adım olarak ikili maske standart Matlab fonksiyonuyla bwlabel (görüntü bölütleme algoritması hakkında daha fazla bilgi için 17 pp 40-48 bakınız) kullanarak ayrık alanlar için kümelenmiştir.
  4. Küme başına piksel sayısı sayılır ve en büyük iki kümesi seçilmektedir. Ağırlık merkezi sol ve sağ anten (Şekil 1B) arasındaki fark olarak hesaplanmıştır.
  5. Her anten için anten ucu proksimal-to-distal yönde (Şekil 1D bakınız) en yüksek değere sahip bir kümede piksel olarak tanımlanabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Aşağıdaki deneyde görmeyenlerin dokunsal öğrenme bal arıları antennal örnekleme davranışını nasıl etkilediği incelenmiştir. Bunun için, biz önce naif ve klimalı arılar anten ucu ve dokunsal uyaran sunum sırasında hareketi izlenir.

İlk olarak, polen yem bir grup kendiliğinden hareket anten (N = 42) 1 dakika boyunca kaydedildi. Arıların yarısı (N = 21) daha sonra beş kez% 30 sakaroz ödül ile dokunsal uyaran eşleştirme tarafından şartlandırılmış oldu. Bu klimalı grup oldu. Dokunsal uyaran bir o...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Arı hazırlanması: Toplama ve arı hayvan düşük gerilme düzeyini sağlamak için, hızlı bir şekilde yapılmalıdır sabitleme. Stres PER-yanıt üzerinde bir etkisi vardır ve bu nedenle, arılar 19, 20 öğrenme performansı üzerinde dolaylı bir etkisi olabilir. Stres düzeyini hızlı bir şekilde hareketsiz alındıktan hemen sonra doğrudan buz üzerinde arılar ile cam şişe yerleştirerek azaltılabilir. Arılara anestezi öncesi dönemde olduğu uzun kurtarmak için daha fazla zamana ihtiyacı dikkate alınmalıdır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

Biz bal arıları dokunsal öğrenme paradigması bize tanıtmak için Joachim Erber ederim. Bu eser Alman Mükemmeliyet Girişimi çerçevesinde finanse Mükemmellik 277 CITEC arasında Küme tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Reaktif / Malzeme Adı Şirket Katalog Numarası Yorumlar
Polen toplayıcılar, Apis mellifera L. Özel kurdeşen
Cam şişe (22 x 45 mm) Carl Roth GmbH & Co X655.1
Pirinç borular, 10 x 30 mm Kendinden üretilen
Pirinç küp, 3 x 5 mm Kendinden üretilen
Tipp-Ex (solventsiz) Tipp-Ex GmbH & Co KG
Sukroz çözeltisi (% 30) Ev suger su ile seyreltilir
Etanol (% 70) Carl Roth GmbH & Co 9065,3
Şırınga (1 ml) ve iğne (0.6 x 25) Carl Roth GmbH & Co 59.1
İzle Durdur Carl Roth GmbH & Co L423.1
Mikromanipülatör Märzhäuser MM33 00-42-101-0000
Dijital video kamera Basler A602f-2
Kamera makro objektif TechSpec VZM 200
Matlab R2009b MathWorks

Kaynaklar

  1. Page, R. E., Scheiner, R., Erber, J., Amdam, G. V. The development and evolution of division of labor and foraging specialization in a social insect (Apis mellifera L.). Curr. Top. Dev. Biol. 74, 253-286 (2006).
  2. Menzel, R., Müller, U. Learning and memory in honeybees: From behavior to neural substrates. Annu. Rev. Neurosci. 19, 379-404 (1996).
  3. Seeley, T. D. The wisdom of the hive. , Harvard University Press. Cambridge Mass, London. (1995).
  4. Staudacher, E., Gebhardt, M. J., Dürr, V. Antennal movements and mechanoreception: neurobiology of active tactile sensors. Adv. Insect Physiol. 32, 49-205 (2005).
  5. Martin, H., Lindauer, M. Sinnesphysiologische Leistungen beim Wabenbau der Honigbiene. Z. Vergl. Physiol. 53, 372-404 (1966).
  6. Kevan, P. G. Texture sensitivity in the life of honeybees. Neurobiology and behavior of honeybees. Menzel, R., Mercer, A. , Springer Verlag. Berlin, Heidelberg, New York. 96-101 (1987).
  7. von Frisch, K. Tanzsprache und Orientierung der Bienen. , Springer Verlag. Berlin, Heidelberg, New York. (1965).
  8. Waser, N. M. Flower constancy: definition, cause, and ceasurement. Am. Nat. 127, 593-603 (1986).
  9. Kevan, P. G., Lane, M. A. Flower petal microtexture is a tactile cue for bees. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82, 4750-4752 (1985).
  10. Erber, J., Kierzek, S., Sander, E., Grandy, K. Tactile learning in the honeybee. J. Comp. Physiol. A. 183, 737-744 (1998).
  11. Kisch, J., Erber, J. Operant conditioning of antennal movements in the honey bee. Behav. Brain. Res. 99, 93-102 (1999).
  12. Scheiner, R., Erber, J., Page, R. E. Tactile learning and the individual evaluation of the reward in honey bees (Apis mellifera L.). J. Comp. Physiol. A. 185, 1-10 (1999).
  13. Erber, J., Scheiner, R. Honeybee learning. Encyclopedia of Neuroscience. Adelman, G., Smith, B. , Elsevier. (2004).
  14. Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schäfer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). J. Comp. Psychol. 97, 107-119 (1983).
  15. Dacher, M., Gauthier, M. Involvement of NO-synthase and nicotinic receptors in learning in the honey bee. Physiol. Behav. 95, 200-207 (2008).
  16. Camera Calibration Toolbox for Matlab [Internet]. , Available from: http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc (2004).
  17. Haralick, R. M., Shapiro, L. G. Computer and Robot Vision. I, Addison-Wesley. Reading, Mass. (1992).
  18. Erber, J. Tactile antennal learning in the honey bee. Honeybee Neurobiology and Behavior. Galizia, C. G., et al. , Springer Verlag. 439-455 (2012).
  19. Pankiw, T., Page, R. E. Effect of pheromones, hormones, and handling on sucrose response thresholds of honey bees (Apis mellifera L.). J. Comp. Physiol. A. 189, 675-684 (2003).
  20. Harris, J. W., Woodring, J. Effects of stress, age, season and source colony on levels of octopamine, dopamine and serotonine in the honey bee (Apis mellifera L.) brain. J. Insect. Physiol. 38, 29-35 (1992).
  21. Scheiner, R., Kuritz-Kaiser, A., Menzel, R., Erber, J. Sensory responsiveness and the effects of equal subjective rewards on tactile learning and memory of honeybees. Learn. Mem. 12, 626-635 (2005).
  22. Mujagic, S., Sarkander, J., Erber, B., Erber, J. Sucrose acceptance and different forms of associative learning of the honey bee (Apis mellifera L.) in the field and laboratory. Front. Behav. Neurosci. 4, 46(2010).
  23. Scheiner, R., Barnert, M., Erber, J. Variation in water and sucrose responsiveness during the foraging season affects proboscis extension learning in honey bees. Apidologie. 34, 67-72 (2003).
  24. Mujagic, S., Erber, J. Sucrose acceptance, discrimination and proboscis responses of honey bees (Apis mellifera L.) in the field and the laboratory. J. Comp. Physiol. A. 195, 325-339 (2009).
  25. Friedrich, A., Thomas, U., Müller, U. Learning at different satiation levels reveals parallel functions for the cAMP-protein kinase A cascade in formation of long-term memory. J. Neurosci. 24, 4460-4468 (2004).
  26. Erber, J., Pribbenow, B., Grandy, K., Kierzek, S. Tactile motor learning in the antennal system of the honeybee (Apis mellifera L.). J. Comp. Physiol. A. 181, 355-365 (1997).
  27. Lambin, M., Déglise, P., Gauthier, M. Antennal movements as indicators of odor detection by worker honeybees. Apidologie. 36, 119-126 (2005).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Hareket Yakalama2B AnalizKlasik Ko ullanmaProbosis UzatmaAnten HareketiTaktil Stim lMATLAB Analizi

İlgili makaleler