الاشراط الكلاسيكي البصرية في الخشب النمل

Behavior
 

ERRATUM NOTICE

Summary

نقدم بروتوكول الاشراط الكلاسيكي للنمل تسخر تسمح للباحثين بدراسة تشكيل التعلم والذاكرة البصرية على مستوى تحليل غير ممكن مع الانتقال بحرية الأفراد.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

D. Fernandes, A. S., Buckley, C. L., Niven, J. E. Visual Classical Conditioning in Wood Ants. J. Vis. Exp. (140), e58357, doi:10.3791/58357 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

وقد أصبحت أنواع عديدة من الحشرات نظم نموذجية لدراسة تشكيل التعلم والذاكرة. على الرغم من أن العديد من الدراسات تركز على الانتقال بحرية الحيوانات، دراسات تنفيذ نماذج الاشراط الكلاسيكي مع تسخير الحشرات كانت هامة للتحقيق العظة الدقيق أن التعرف على الأفراد والآليات العصبية الأساسية للتعلم و تكوين الذاكرة. نقدم هنا بروتوكولا تستحضر البصرية التعلم النقابي في النمل الخشب عن طريق الاشراط الكلاسيكي. في هذا النموذج، وتسخير النمل وقدمت مع إشارة مرئية (الورق المقوى أزرق)، الحافز الشرطي (CS)، يقترن مكافأة سكر مشهي، الحافز غير المشروط (الولايات المتحدة). النمل أداء "منعكس ملحق" لابيوم الفك (مالير)، الاستجابة غير مشروطة (جولة أوروغواي)، التي يمكن استخدامها كقراءات للتعلم. التدريب يتكون من 10 محاكمات، مفصولة بفاصل زمني 5 دقائق إينتيرتريال (ITI). كما يتم اختبار النمل للاحتفاظ الذاكرة 10 دقائق أو ساعة واحدة بعد التدريب. هذا البروتوكول له إمكانية للسماح للباحثين بتحليل، بطريقة دقيقة والتي تسيطر عليها، تفاصيل عن تكوين الذاكرة البصرية والعصبية أساس تشكيل التعلم والذاكرة في النمل الخشب.

Introduction

قد استخدمت الحشرات على نطاق واسع كنماذج لدراسة تشكيل التعلم والذاكرة1. ينطوي على استخدام الاشراط الكلاسيكي للحيوانات، وضبط النفس الذي يتيح مراقبة دقيقة على العظة المستفادة الوريد ناجحاً بصفة خاصة للبحوث وتصاريح الباحثين للتحقيق أن الآليات العصبية التي تعزز التعلم والذاكرة. وركزت معظم الدراسات على الاشراط الكلاسيكي مشهي العمال نحل العسل Apis mellifera. يتم تدريب العمال نحل العسل ليتم اقترانه CS أميركي أن يستحضر جولة أوروغواي. في هذا النموذج، وضعت أصلاً من قبل وتاكيدا2 وبيترمان وآخرون 3، جولة أوروغواي منعكس ملحق ململه (في)، والولايات المتحدة هي السكر، وخدمات العملاء رائحة. النحل تعلم الرابطة بين خدمات العملاء والولايات المتحدة، ويمكن أن تشكل ذاكرة الطويلة الأجل لهذه الرابطة.

وقد استخدم النموذج الأصلي استخدام في جولة أوروغواي لكشف المسارات العصبية التي تعزز التعلم حاسة الشم في النحل4. كان قد تم تعديلها في عدة طرق لاختبار التعلم للمنبهات الحسية المختلفة، بما في ذلك المحفزات البصرية5،،من67، لإدماج التعلم البرود باستخدام قمع "ملحق اللدغة" أو في8 منعكس (SER)9 كجولة أوروغواي، واختبار التعلم في الأنواع الأخرى، مثل النحل10 وذباب الفاكهة11. على الرغم من أن تكوين الذاكرة مع عدة طرائق درست عن طريق الاشراط الكلاسيكي، البصرية التعلم لا يزال من الصعب لمراقبة استخدام هذا النهج، حتى في الأنواع التي تظهر درجة عالية من القدرة على التعلم البصرية أثناء جمع العلف، مثل نحل العسل.

الدراسات الأخيرة طبقت نهجاً مماثلاً للحشرات التي لا تحتوي ململه، مثل الجراد، التي تؤدي استجابة افتتاح المالي (البرتغال)12، والنمل، التي تؤدي ال "العاكسة ملحق" لابيوم الفك (مالير)13. وهذا الفعل قد كشفت عن قدرات التعلم الخاصة بالمرحلة التي تطابق الاستراتيجيات الخاصة بمرحلة التغذية تعمل الجراد الصحراوي مختلفة اثنين وقطيعي وأشكال سوليتاريوس، إعادة فرض الفكرة القائلة بأن تكوين الذاكرة يحتاج إلى مطابقة 14من الاحتياجات الإيكولوجية. وعلاوة على ذلك، أظهرت دراسات بشأن التعلم حاسة الشم في النمل أوجه التشابه بين النمل ونحل العسل في تشكيل الذاكرة والاحتفاظ بها، مع الاحتفاظ بذاكرة المدى الطويل، 72 ساعة بعد التدريب، تعتمد على البروتين التوليف15.

وأتاحت هذه التعديلات في النموذج الأصلي تشكيل التعلم والذاكرة دراستها مع طرائق عديدة وفي العديد من الأنواع النموذجية. وهذا ضروري لتحديد الآليات المشتركة تكوين الذاكرة للحشرات ولكن أيضا لتحديد الاختلافات التي تعكس إيكولوجيا خاصة للتعلم والذاكرة في الأنواع المختلفة. والهدف الرئيسي للبروتوكول ونحن تصف هنا لتوفير طريقة لإجراء تجارب الاشراط الكلاسيكي باستخدام حافز شرطي بصرية مع أنواع النمل درس على نطاق واسع، فورميكا روفا. أنها تصدر من دراستنا للتعلم البصرية في16من النمل الخشب، الذي أيضا تكييف النماذج المرئية الاشراط الكلاسيكي.

Protocol

1-الحفاظ على المستعمرات فورميكا روفا

ملاحظة: جمعت مستعمرات النمل الخشب (فورميكا روفا، L.) المستخدمة لهذه الدراسة من الغابات آشداون، ساسكس، المملكة المتحدة (ن 51 ه 4.680، 0 1.800). داخل المملكة المتحدة، وينبغي أن تجمع المستعمرات روفا واو بين تموز/يوليه وآب/أغسطس. يجب إزالة نسبة جيدة من العش، بما في ذلك عدة مئات من العمال والحضنه، لضمان المستعمرة هو المطرد والنشط لفترات أطول من الوقت (يصل إلى سنة واحدة). وينبغي طلب إذن من السلطات المعنية قبل إزالة العش.

  1. بيت مستعمرات النمل الخشب في مربع واسعة (حوالي 135 سم × 70 سم × 35 سم) مع جدران مغطاة مع الراتنج تترافلوروايثيلين (PTFE) (مثلاً، فلون) لمنع النمل من الهرب، عند 21 درجة مئوية، تحت ضوء: 12 12-ح-ح دورة الظلام.
    1. توفير السكروز (333 غرام/لتر) والماء للنمل، استخدام موزعات المياه. للتأكد من حمية النمل غنية بالبروتين، تغذية المستعمرة بالصراصير المجمدة 2 س أسبوع. رش العش مع الماء كل يوم للحفاظ على الرطبة.
    2. لتحسين الظروف الصحية للمستعمرة، إضافة راتنج الصنوبر عند الضرورة؛ يقلل من راتنج الصنوبر الطفيليات في مستعمرات النمل الخشب17. ضع وعاء صغير (حوالي 15 سم وقطرها 5 سم عمق) داخل العش حتى النمل يمكن إيداع أي مستعمرة القتلى أعضاء في ذلك.
  2. إبقاء النمل تحت الظروف المذكورة أعلاه لمدة أسبوعين على الأقل بعد جمع قبل محاولة أي تجارب. إزالة السكروز من العش لتجويع النمل 2 (د) قبل هذه التجارب، وبالتالي تحسين دوافعها.

2-تحديد وتسخير النمل

ملاحظة: لتسخير النمل، مطلوب حامل مصنوعة خصيصا. وهذا يمكن بناؤها باستخدام الطين النمذجة والورق المقوى مع قطع فتح المرفق به أفقياً. يجب أن تكون مغلفة على السطح العلوي من الورق المقوى جزئيا مع الشمع، تسمح بدبابيس الحشرات ترفق أثناء تحديد. معالجة دقيقة أمر ضروري لكل خطوة من هذا البروتوكول (بما في ذلك الصيانة والنقل، والتجربة)، ولا سيما عندما تسخير النمل، لتجنب تعريضهم لمستويات عالية من الإجهاد قبل التدريب.

  1. لتحديد النمل التي الدافع لتناول الطعام، ضع شريحة مع قطره سكروز (200 غرام/لتر) داخل مربع صغير (حوالي 14 سم × 8 سم × 5 سم) مع جدران مغطاة مع الراتنج PTF لمنع الهروب. لا تقم بتحديد النمل تقوم النمل الخشب أو الميت من العش. بدلاً من ذلك، أن النمل الذي تقوم بتتبع ارتباطاته تصل جدران العش، لأن هذه أكثر احتمالاً أن تكون باحثات يحاولون مغادرة العش للبحث عن الغذاء.
  2. ضع كل نملة في المربع وننتظر لنرى إذا كان يتغذى على انخفاض السكروز. إذا كان كذلك، نقل فورا إلى مربع فارغ آخر الحيلولة دون شبع.
  3. نقل كل النمل إلى أنبوب منفصل. ضع كل أنبوبة في الثلاجة لمدة 1-2 دقيقة، أو في الثلج المجروش لمدة تصل إلى 5 دقائق، شل النمل.
  4. مكان النمل المعطل تداولها في حامل، من خلال الخفض على الورق المقوى، بالمشترك بين الرأس والصدر. ضمان الهوائيات تبقى على جانب الرأس، واستخدام دبابيس الحشرات جزءا لا يتجزأ من طبقة الشمع على رأس الورق المقوى.
  5. استخدم عنصر تسخين مصنوعة خصيصا للشمع تلميح دبوس الحشرات النمل الرأس، موازية للورق المقوى. وخلال هذا الإجراء، هل عدم لمس سلك الهوائيات مع عنصر التدفئة تجنبا لتكبد أي ضرر لهم.
  6. بعد أن يجف الشمع، إزالة الدبابيس الحشرات عقد الهوائيات وإزالة النمل بعناية من الحامل.
  7. إصلاح دبوس الحشرات عقد النمل في طين نمذجة الاسطوانة ويكس حامل بلاستيكية مصنوعة خصيصا تحتها، ضمان النمل يحافظ على موقف نموذجي دائمة، وأن الجسم كله حر في التحرك باستثناء الرأس.
  8. إبقاء النمل تسخيرها في الظلام لعلى الأقل 2 ح قبل التدريب.

3-التدريب والاختبار

  1. الإعداد والتحفيز مشروط والتحفيز أونكونديتيونيد
    1. إجراء التجارب في اكريليك مربع أبيض (50 × 50 × 50 سم)، فتح في الجبهة إلى السماح بالوصول المجرب. سجل سلوك النمل مع كاميرا.
      1. مكان الكاميرا مع عدسة ماكرو مباشرة فوق النمل، من خلال ثقب في السطح العلوي من المربع.
      2. للحد من أي إشارات مرئية دخيلة، تبقى الغرفة في الظلام باستثناء مصدر ضوء الإشارة مباشرة إلى الجزء العلوي من مربع اﻷكريليك (26-ث اثنين من الأضواء).
    2. تستخدم كإشارة مرئية (CS) مستطيل أزرق الساطع (الطيف في الشكل S1) الورق المقوى (60 × 45 ملم) تعلق في مركزة على إبرة، متصلاً بحقنه (2 مل) التي الولايات المتحدة (السكروز 200 غرام/لتر) يتم تسليمها يدوياً إلى النمل (1B1A الشكل و ).
      ملاحظة: يمكن إجراء الحل السكروز مع أي السكر الأبيض، شريطة أن ليس لها لون ورائحة عندما يذوب في الماء.
    3. إجراء نوعين من التدريب في موازاة ذلك، مزاوج في ترتيب معشاة ذات شواهد (انظر الشرح أدناه)، وإقران.
      ملاحظة: في هذه الدراسة، ونحن لم تدفع الانتباه إلى طبيعة المساعد المرئي. سوى اقتران بين الرمز والمكافأة أخذت في الاعتبار. لم يتم اختبار اللون والشكل، ومن المرجح أن تسفر CS مع ميزات أخرى نتائج مماثلة. ومع ذلك، كان اختار اللون الأزرق لأنه قد ثبت النمل من جنس واحد أن تكون حساسة لأطوال موجية التي تغطي باللون الأزرق18.
  2. إقران التدريب
    ملاحظة: في التدريب المزدوجة، CS والولايات المتحدة ترد في كل محاكمة، والمرتبطة ببعضها البعض (الشكل 1).
    1. بدء التسجيل للنمل 10 s قبل تقديم خدمات العملاء لضمان أن النمل لا يؤدون عفويا مالير قبل العرض التقديمي. إذا كان أداء النمل مالير خلال هذه الفترة، تأجيل المحاكمة لبضع ثوان. إذا كان أي النمل يظهر هذا السلوك بشكل مستمر، استبعادها من التحليل.
    2. نقل حقنه + CS أمام النملة ~ 10 ق، بطرف الإبرة أبقى بين الوجه النمل وبحد أقصى 5 مم أعلاه وعلى كل من الجانبين. خلال هذا الوقت، نقل غيض الإبرة أقرب ما يكون إلى رأس النمل ولكن دون لمس الهوائيات (الشكل 1B).
      ملاحظة: قد أدرج الحركة عند تقديم خدمات العملاء لأنه قد ثبت أن تلعب دوراً في التعلم النقابي البصرية في نحل العسل6.
    3. تطبيق الضغط تحلب قطره واحدة من السكروز من طرف المحقن ووضع قطره السكروز جوار هوائيات وفمها للسماح للنمل للكشف السكروز. السماح للنمل لإطعام حوالي 5 s.
      ملاحظة: كمية السكروز النمل المستهلكة في كل محاكمة لا يتحكم في هذه التجارب. قطره السكروز على النمل الذي تغذية يجب أن تكون كبيرة بما يكفي للسماح لهم بحرية لإطعام حوالي 5 s.
    4. كرر هذا الإجراء 10 x، مع ITI لمدة 5 دقائق.
      ملاحظة: في هذه التجارب، والنمل كانت دائماً تحول إلى اليمين، مع العين اليمنى على مقربة من جانب فتح مربع اﻷكريليك. ولذلك، اقترب CS دائماً النمل من على الجانب الأيمن. على الرغم من أن هذا لا يبطل التعلم، يمكن إجراء هذه التجارب عن طريق تحويل نصف النمل إلى اليسار ونصف إلى اليمين، لتجنب أي أثر لاتيراليزاتيون الممكنة.
  3. التدريب مزاوج
    ملاحظة: يتكون هذا التدريب في عرض للنمل CS أو الولايات المتحدة بشكل منفصل، هذه المحفزات اثنين، وهكذا، فصلها عن بعضها البعض على مر الزمن (الشكل 1).
    1. بدء التسجيل للنمل 10 s قبل كل محاكمة.
    2. تقديم خدمات العملاء بنفس الطريقة كما هو الحال في التدريب المقترن ولكن لا يسلم السكروز للنمل.
    3. بعد 2.5 دقيقة، تسليم الولايات المتحدة مباشرة لفمها (كما لمس الهوائيات) استخدام المحاقن دون CS المرفقة.
    4. تبدأ محاكمة CS وكرر هذا الإجراء 10 x لكل نوع من المحاكمة، إينتيركالاتينج لهم مع ITI 2.5 دقيقة.
  4. اختبار
    ملاحظة: يجب اختبار أجرى 1 فقط x، أما 10 دقيقة أو ح 1 بعد المحاكمة التدريب الأخير؛ اختبار الذي يرد النمل مع خدمات العملاء ولكن ليس مع الولايات المتحدة يمكن أن تسبب انقراض الذاكرة النقابي شكلت سابقا.
    1. بدء التسجيل للنمل 10 s قبل الاختبار.
    2. يقدم CS للنمل لحوالي 10 ثانية.
    3. التأكد من أن النمل لا يزال الدافع لتغذية من خلال تقديم السكروز بعد الاختبار.

4-جمع البيانات وتحليلها

  1. سجل سلوك النمل، من فوق، 10 ق قبل كل محاكمة، وأثناء تقديم العروض CS والولايات المتحدة. ضمان أن يتم تسجيل جميع التجارب والاختبارات للتحليل اللاحق.
  2. استخدام التسجيلات أثناء التدريب والاختبار، ونقاط الردود النمل خلال 10 s لعرض خدمات العملاء.
  3. فصل الردود النمل أثناء العرض التقديمي CS إلى ثلاثة أنواع من السلوك، اعتماداً على التمديد وحركة فمها: "ملحق كامل" مع حركة (FEM) كما في حالة التغذية، "ملحق كامل" دون حركة (FE) أو تمديد جزئي (PE) palps لابيوم الفك أو إس (الشكل 2A - 2D). للتحليل، وتجميع جميع أنواع مالير كرد واحد (الشكل 2E).
  4. استبعاد أي النملة التي لم آر في كل محاكمة والاختبار.
    ملاحظة: للتحليل، واختبار إحصائية التي تراعي النمل الفردية ينصح، مما يمثل التغير داخل الأفراد. عند تصنيف الردود النمل أثناء التدريب بطريقة ثنائية (1 للردود الإيجابية و 0 للا استجابة)، الانحدار اللوجستي مع التأثيرات المختلطة هو المستحسن16،19. لمقارنة نسبة النمل الاستجابة في كل محاكمة التدريب أو الاختبار، ز-يوصي اختبار أو اختبار فيشر الدقيق، اعتماداً على العدد من النمل تحليل16،20.

Representative Results

خلال تجارب الاشراط الكلاسيكي، حمل CS يجب أن لا استجابة عفوية في الحيوانات. في التجارب التي أجريناها، يؤديها فقط 3%-4% النمل مالير في الاستجابة للتأثيرات المرئية في المحاكمة الأولى، قبل التدريب. النمل التي كانت تمر بها تدريب المزدوجة يؤديها مالير عدد متزايد من ردا CS (الشكل 3 ألف؛ والانحدار اللوجستي، N = 51، درجات الحرية (مدافع) = 507، z = 5.949، ف < 0.01). النسبة المئوية للنمل المزدوجة التي تستجيب لخدمات العملاء استقرت حوالي 50%، من المحاكمة الثالثة فصاعدا. على العكس من ذلك، زيادة النمل مزاوج أظهرت كبيرة لا مالير أثناء التدريب (الشكل 3B؛ والانحدار اللوجستي، N = 29، مدافع = 287، z = 0.758، ف = 0.45). حدوث مالير ردا على المساعد المرئي كان أعلى بكثير خلال إقران من مزاوج التدريب (الانحدار اللوجستي، N = 80، مدافع = 796، z =-5.306، ف < 0.01)، وهو صحيح بالنسبة لكل محاكمة ما عدا الأولى (الجدول 1).

خضعت لفحص على المدى القصير و ذاكرة منتصف مدة15، النمل 10 دقيقة أو ح 1 بعد المحاكمة التدريب الأخير. لكل من الاختبارات، النمل أداء مالير ردا CS وكانت النسبة أعلى بكثير عندما كانوا تلقوا تدريبا المزدوجة بدلاً من مزاوج (الشكل 3 و 3D؛ الجدول 1).

خلال النمل التدريب الفردي، وأظهر التباين الكبير في عدد ونوع مالير أن عرضهم (الشكل 4A و 4B). ورد 14 في المائة فقط من النمل المزدوجة في محاكمة كل من المحاكمة الثانية أو الثالثة فصاعدا، بينما معظم النمل تناوبت بين المحاكمات التي وردت والتي لم تكن. في تلك المحاكمات التدريبية التي استجاب بها النمل، تفاوتت درجة التي مددت، وانتقلت فمها. ولذلك، يمكننا تقسيم مالير إلى ثلاثة أنواع مختلفة: فيم أو الحديد أو PE. عادة، يقوم النمل فيم أو PE أكثر من الحديد في كثير من الأحيان. ومع ذلك، سوى عدد قليل من النمل يؤديها استمرار نفس النوع من الاستجابة؛ وفي معظم الحالات، أظهرت النمل الاتساق قليلاً على نوع مالير أدوا (الشكل 4).

Figure 1
الشكل 1 : نظام التدريب والإعداد التجريبية. الإصلاح (A) النمل مع الشمع دبوس الحشرات يعلق النمذجة اسطوانة الطين (برتقالي) ومكان حامل مصنوعة خصيصا تحته للسماح موقف طبيعي. ووضعه داخل مربع اكريليك بيضاء مضيئة في اثنين من مصادر الضوء، مباشرة تحت كاميرا. تستخدم كحافز مشروط (CS) الورق المقوى (المربع الأزرق) المرفقة للمحاقن التي توفر الحافز أونكونديتيونيد (الولايات المتحدة)، مكافأة سكر. اقحم يظهر عرض عن قرب لنملة في الحامل. يتم نقل (ب) غيض حقنه إبرة أقرب ما يمكن إلى رأس النمل ولكن دون لمس الهوائيات كما هو موضح في هذا التخطيطي. إقران النمل القطار عن طريق أما فقرة (ج) أو (د) مزاوج التدريب. وقد تم تعديل هذا الرقم من فرنانديز et al. 16- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : لابيوم الفك "التمديد استجابة" النمل الخشب. إظهار الإطارات الفردية من تسجيلات الفيديو الفم جزء الحركات النمل أثناء التدريب. (أ) هذا الفريق يظهر أي رد. (ب) يبين هذا الفريق ملحق كامل (FE) للفك-لابيوم أن ينهي في غلوسا. (ج) هذا الفريق يظهر ملحق جزئي (PE) مع فقط فكي علوي بالبوس مرئية. (د) هذا الفريق يظهر ملحق جزئي (PE) هياكل لابيوم الفك. النمل () تدريبا المزدوجة (N = 51) تنفيذ ملحق كامل مع حركة (فيم؛ البنى الداكن)، الحديد (منتصف براون) أو في PE (بني فاتح). وقد تم تعديل هذا الرقم من فرنانديز et al. 16- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : خشب النمل النموذج النقابي ذكريات إشارة مرئية يقترن مكافأة سكر. (أ) النسبة المئوية للنمل المزدوجة (N = 51) أداء مالير ردا على العرض التقديمي CS إلى حد كبير وقد ازدادت خلال التدريب. (ب) النسبة المئوية للنمل أداء مالير لا تزيد إلى حد كبير في جميع أنحاء التدريب مزاوج (ن = 29). النمل كانت اختبارها (ج) 10 دقائق (إقران: N = 15؛ مزاوج: ن = 15) أو (د) 1 ساعة (إقران: N = 15؛ مزاوج: ن = 14) بعد المحاكمة التدريب الأخير. النسبة المئوية للنمل الاستجابة لخدمات العملاء أثناء وبعد التدريب المزدوجة أو مزاوج ممثلة في البنى أو الرمادي، على التوالي. يتم تمثيل ثلاثة أنواع من مالير في الظلام (FEM) والمتوسطة (FE)، وألوان الضوء (PE). وقد تم تعديل هذا الرقم من فرنانديز et al. 16- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : الأداء الفردي للنمل أثناء التدريب- وتظهر هذه اللوحات بالأداء الفردي (A) النمل المزدوجة) و (ب) مزاوج النمل. يتم تمثيل ثلاثة أنواع من مالير في الظلام (FEM)، والمتوسطة (الحديد)، وبراون الضوء (PE) أو الرمادي. وقد تم تعديل هذا الرقم من فرنانديز et al. 16- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

المحاكمة N مدافع ز (المعدل) ف
1 80 نا نا > 0.1
2 80 1 3.86 < 0.05
3 80 1 8.41 < 0.01
4 80 1 6.63 < 0.01
5 80 1 8.41 < 0.01
6 80 1 7.5 < 0.01
7 80 1 10.69 < 0.01
8 80 1 11.76 < 0.01
9 80 1 17.13 < 0.01
10 80 1 17.13 < 0.01
10 دقيقة 59 1 5.5 < 0.05
ح 1 59 1 4.42 < 0.05

الجدول 1: مقارنة بين استجابات مالير CS بين النمل الذي خضع لإقران ومزاوج التدريب، لكل محاكمة و test. عدد النمل (N)، درجات الحرية (مدافع)، ز-اختبار للاستقلال (ز) و p-تظهر قيمة. وقد تم تحليل المحاكمة الأولى مع اختبار فيشر الضبط. وقد تم تعديل هذا الجدول من فرنانديز et al. 16.

Discussion

الاشراط الكلاسيكي واحد من النماذج الأكثر الراسخة لدراسة التعلم والذاكرة. بروتوكول قدمنا هنا هو تكييف نموذج مصمم لعسل النحل العمال2،3 والمستخدمة في وقت لاحق مع العديد من الأنواع الأخرى، مثل النحل، ذبابة الفاكهة، التي تستخدم أيضا في وصفها قراءات للتعلم10 ،11، والجراد والنمل، الذي استخدم بور ومالير، على التوالي12،13. استخدام هذا البروتوكول، فمن الممكن لتدريب النمل الخشب تسخيرها لتعلم الرابطة بين إشارة مرئية ومكافأة سكر وتحليل الاحتفاظ بهذا الأجل القصير (10 دقيقة) والمتوسطة الأجل (1 ساعة) ذاكرة16.

في أي تجربة سلوكية، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار الخطوات الحاسمة التي يمكن تقليل التباين في استجابات الحيوانات. في البروتوكول المعروضة هنا، يتم اتخاذ عدة تدابير للحد من تقلب قبل وأثناء التدريب. قبل بدء التجارب، المستعمرة يحتاج إلى أن يكون المتعطشة لمدة يومين على الأقل، وينبغي اختيار النمل بناء على رغبتهم في تناول الطعام من انخفاض سكر في المربع إجراء. تحديد النمل بهذه الطريقة يهدف إلى تعظيم فرص التدريب النمل التي الدافع لتغذية. دقة المناولة هو أيضا أحد الاعتبارات هامة لأنه يمكن أن يساعد على خفض مستويات الإجهاد، الذي يعطل التعلم إذا كانت مكثفة جداً21. وتحقيقا لهذه الغاية، ينبغي أن تخديره النمل مع الباردة البقاء بلا حراك في حين يجري تسخيرها، نظراً لأن أي حركة (للهروب) أثناء هذا الإجراء يمكن أن يكون مصدرا للتوتر. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن يكون الاتصال بين النملة والشمع الحد الأدنى، تجنب الاتصال بين الهوائيات والشمع الساخن أو الأسلاك، التي يمكن أن تتسبب في أضرار. على الرغم من أن هذه الملاحظات لا قد تم تحليلها رسميا، يبدو أن الهوائيات التحرك مع نمط معين من خلال التعلم.

خلال التجارب، التسليم الدقيق للسكر مهم أيضا لإبقاء النمل دوافع. مرة أخرى، في حين أن هذا قد لا تم تحليلها رسميا، يبدو إيصال الغذاء المفاجئ يسبب إجهاد إضافي للنمل، مما أدى بدوره إلى عدم وجود الدافع والتعلم. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن تكون السكروز تسليمها خلال التدريب تركيز مخفض (200 غرام/لتر) لتجنب شبع قبل نهاية التدريب والاختبار. وهذا ما يسمح مالير أن تكون استجابة غير مشروطة مرشح جيد لأنه، جنبا إلى جنب مع انخفاض أداء العفوي لهذه الاستجابة إلى المساعد المرئي، فإنه أيضا لا تشبع خلال المحاكمات. وأخيراً، خلافا لمعظم الاشراط الكلاسيكي الدراسات2،3،5،،من67،،من89،10، 11 , 12 , 13، قمنا بتدريب النمل واحد في الوقت حتى نهاية التجربة، تركها في مكان بين المحاكمات بدلاً من إزالته لاختبار آخر النمل. ويبدو أن التدريب النمل عدة معا إلى نتائج أكثر من متغير، الذي قد يكون بسبب زيادة في التوتر أو الصراع بين المعلومات البصرية الناتجة عن تغيير كامل للمشهد. لتقليل مدة كل تجربة، استخدمنا ITI بعد 5 دقائق بدلاً من ITI بعد 10 دقائق المستخدمة في معظم الدراسات الاشراط الكلاسيكي16. على الرغم من أن جميع هذه الاعتبارات ينبغي أن يساعد ضمان أن النمل الدافع لتغذية وتعلم أثناء التدريب، لا يمكن تفادي بعض التقلبات. نوصي باستخدام النمل ويبدو أن السلوك الاجتماعي، مشهي، والحركة طبيعية واستبعاد النمل من التحليل هذه اللحظة فشلوا في تغذية على محاكمة تدريب أو اختبار.

تم اختبار طبيعة خدمات العملاء لا في هذه الدراسة. على الرغم من أننا استخدمنا حافزا بصرية أزرق نظراً لحساسية هذه الأطوال الموجية18النمل جنس واحد، قد علم الألوان الأخرى أيضا بالاشتراك مع مكافأة. سيلزم تجارب أخرى تميز الألوان يجري رأيت وتعلمت في هذا التشكيل الكامل. وهذا أيضا صحيح بالنسبة لمختلف الأشكال والأحجام للمساعد المرئي. ونحن لم اختبر إذا كان القرار المكانية النمل ستكون كافية للتمييز بين التحفيز البصرية المقدمة هنا على المسافة من عيون النمل وأنه قدم في. على الرغم من أن مجمع العيون خشب النمل قد وصفت من حيث الحجم وعدد من جوانب22، على حد علمنا، على القرار المكانية قد لا تماما وصفت بعد. ومع ذلك، هذا وقد حسبت لماجوتي ميلوفوروس23. وصف مشابهة للنمل الخشب، أو عيون الحشرات الأخرى المختبرة أن يسهم تحقيق واضح للملامح من التأثيرات المرئية التي لاحظ والمستخلصة من الحيوانات. وعلاوة على ذلك، قمنا بتضمين الحركة عند تقديم حافز البصرية للنمل لأنه قد ثبت أن تلعب دوراً في التعلم النقابي نحل العسل خلال الاشراط الكلاسيكي6. ومع ذلك، وهذا كان أيضا لم تختبر في هذه الدراسة، ونظرا لطبيعة حركة مختلفة مقارنة بالمشي الحشرات الحشرات الطائرة، الاختلافات بين نحل العسل والنمل الاشراط الكلاسيكي البصرية يمكن ملاحظة.

ملاحظة أخيرة، لم نتمكن من دراسة طويلة الأجل الاحتفاظ الذاكرة لأنه لم ينج النمل يجري تسخيرها لفترات طويلة بعد التدريب. ومع ذلك، في مجموعات التجارب اللاحقة، ابقينا النمل على قيد الحياة والدافع لتناول الطعام وتعلم عندما سخرت وتركت لهم المبيت في بيئة مظلمة ورطبة (وضع مربع أكثر منهم). ولذلك، يمكن استخدام هذا النموذج لكشف الاحتفاظ الذاكرة على المدى الطويل من النمل الخشب، بالإضافة إلى الذاكرة القصيرة والمتوسطة الأجل.

مع هذا الإجراء البسيط مقتبس من نماذج عامة الاشراط الكلاسيكي، من الممكن لدراسة اقتناء والاحتفاظ بالذكريات البصرية في تسخير النمل الخشب، التي درست على نطاق واسع في نماذج استخدام الحرة--نقل الحيوانات. وقد هذا النموذج يمكن أن تستخدم لتحليل العصبية أساس التعلم البصرية في نموذج راسخة جداً للملاحة الحشرات.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون كوليت توم وبولمان كورنيليا لتقاسم معلومات قيمة فيما يتعلق بجمع وصيانة من مستعمرات النمل الخشب. كما يشكر المؤلفون جوستين كريفيل لتعليقه على الإصدارات السابقة من هذه المادة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fluon Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK ACS 109; ACS 112; ACS 114 For preventing insects from scaping
Crickets Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK LZJ 217 Given to the ant colonies as protein source
Natural Pine Rosin/Resin  Minerals-water Ltd, Rainham, UK 500g Given to the ant colonies for sanitation
Austerlitz Insect Pin Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany 26000-40 For harnessing ants
High speed camera Edmund Optics Inc., Barrington, USA eo-13122M MaLER recordings during training and testing
Macrolens Cannon, Surrey, UK EF 100 mm f/2.8 L Macro IS USM MaLER recordings during training and testing
Software IDS Imaging Development Systems GmbH uEye64 MaLER recordings during training and testing
Blue Cardboard john smith's at Union Store, University of Sussex JACK-PJM41358 Constitutes de conditional stimulus
Syringe Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK BD Plastipak 300185case; Product Code.12369289 US and CS (attached) presentation
Needle (0.5 x 16 mm) Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK BD Microlance 300600; Product Code:10442204 US and CS (attached) presentation

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chittka, L., Niven, J. Are bigger brains better? Current Biology. 19, (21), R995-R1008 (2009).
  2. Takeda, K. Classical conditioned response in the honey bee. Journal of Insect Physiology. 6, 168-179 (1961).
  3. Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schäfer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). Journal of Comparative Psychology. 97, (2), 107-119 (1983).
  4. Menzel, R., Muller, U. Learning and memory in honeybees: from behavior to neural substrates. Annual Review of Neuroscience. 19, (1), 379-404 (1996).
  5. Hori, S., Takeuchi, H., Kubo, T. Associative learning and discrimination of motion cues in the harnessed honeybee Apis mellifera L. Journal of Comparative Physiology A. 193, (8), 825-833 (2007).
  6. Balamurali, G. S., Somanathan, H., De Ibarra, N. H. Motion cues improve the performance of harnessed bees in a colour learning task. Journal of Comparative Physiology A. 201, (5), 505-511 (2015).
  7. Mujagić, S., Würth, S. M., Hellbach, S., Dürr, V. Tactile conditioning and movement analysis of antennal sampling strategies in honey bees (Apis mellifera L). Journal of Visualized Experiments. (70), e50179 (2012).
  8. Wright, G., et al. Parallel reinforcement pathways for conditioned food aversions in the honeybee. Current Biology. 20, (24), 2234-2240 (2010).
  9. Vergoz, V., Roussel, E., Sandoz, J. C., Giurfa, M. Aversive learning in honeybees revealed by the olfactory conditioning of the sting extension reflex. PloS One. 2, (3), e288 (2007).
  10. Laloi, D., et al. Olfactory conditioning of the proboscis extension in bumble bees. Entomologia Experimentalis et Applicata. 90, (2), 123-129 (1999).
  11. Chabaud, M. A., Devaud, J. M., Pham-Delègue, M. H., Preat, T., Kaiser, L. Olfactory conditioning of proboscis activity in Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology A. 192, (12), 1335-1348 (2006).
  12. Simões, P., Ott, S. R., Niven, J. E. Associative olfactory learning in the desert locust, Schistocerca gregaria. Journal of Experimental Biology. 214, (15), 2495-2503 (2011).
  13. Guerrieri, F. J., d'Ettorre, P. Associative learning in ants: conditioning of the maxilla-labium extension response in Camponotus aethiops. Journal of Insect Physiology. 56, (1), 88-92 (2010).
  14. Simões, P. M., Niven, J. E., Ott, S. R. Phenotypic transformation affects associative learning in the desert locust. Current Biology. 23, (23), 2407-2412 (2013).
  15. Guerrieri, F. J., d'Ettorre, P., Devaud, J. M., Giurfa, M. Long-term olfactory memories are stabilised via protein synthesis in Camponotus fellah ants. Journal of Experimental Biology. 214, (19), 3300-3304 (2011).
  16. Fernandes, A. S. D., Buckley, C. L., Niven, J. E. Visual associative learning in wood ants. Journal of Experimental Biology. 221, (3), 173260 (2018).
  17. Christe, P., Oppliger, A., Bancala, F., Castella, G., Chapuisat, M. Evidence for collective medication in ants. Ecology Letters. 6, (1), 19-22 (2003).
  18. Aksoy, V., Camlitepe, Y. Behavioural analysis of chromatic and achromatic vision in the ant Formica cunicularia (Hymenoptera: Formicidae). Vision research. 67, 28-36 (2012).
  19. Bates, D. M. lme4: Mixed-Effects Modeling with R. Springer. New York, NY. (2010).
  20. Sokal, R. R., Rohlf, F. J. Biometry (3rd edn). W.H. Freman and Company. New York, NY. (1995).
  21. Bateson, M., Desire, S., Gartside, S. E., Wright, G. A. Agitated honeybees exhibit pessimistic cognitive biases. Current Biology. 21, (12), 1070-1073 (2011).
  22. Perl, C. D., Niven, J. E. Differential scaling within an insect compound eye. Biology letters. 12, (3), 20160042 (2016).
  23. Schwarz, S., Narendra, A., Zeil, J. The properties of the visual system in the Australian desert ant Melophorus bagoti. Arthropod Structure & Development. 40, (2), 128-134 (2011).

Erratum

Formal Correction: Erratum: Visual Classical Conditioning in Wood Ants
Posted by JoVE Editors on 12/31/1969. Citeable Link.

An erratum was issued for: Visual Classical Conditioning in Wood Ants. The Acknowledgments section was updated, and a supplemental figure was added.

The Acknowledgments sections was updated from:

The authors thank Tom Collett and Cornelia Buehlmann for sharing valuable information regarding collection and maintenance of wood ant colonies. The authors also thank Justine Crevel for commenting on previous versions of this article.

to:

The authors thank Tom Collett and Cornelia Buehlmann for sharing information regarding collection and maintenance of wood ant colonies. The authors also thank Justine Crevel for commenting on previous versions of this article, and Nora Nevala for measuring the spectrum intensity of the visual stimulus. This work was supported by a BBSRC grant to JEN (grant number BB/R005036/1). All the data pertaining to this manuscript are published in the University of Sussex Research Data Repository online database (10.25377/sussex.5794386).

The following supplemental figure was added to the end of the Representative Results section:

Supplemental Figure 1
Figure S1: Normalized intensity of the conditional stimuli (CS). The CS has a peak intensity at 545 nm (in the green range) and another at 435 nm (in the blue range).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics