Visuelle klassisk konditionering i træ myrer

Behavior
 

ERRATUM NOTICE

Summary

Vi præsenterer en protokol for klassisk konditionering af spændte myrer, der tillader forskere til at studere visuel indlæring og hukommelse dannelse på et niveau af analyse ikke muligt med frit bevægelige enkeltpersoner.

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

Flere arter af insekter er blevet modelsystemer for at studere indlæring og hukommelse dannelse. Selv om mange undersøgelser fokuserer på frit bevægelige dyr, undersøgelser gennemføre klassisk konditionering paradigmer med spændte insekter har været vigtige for at undersøge de nøjagtige stikord, at individer lærer og de neurale mekanismer, der ligger til grund for læring og hukommelse dannelse. Her præsenterer vi en protokol for fremmane visuelt associative læring i træ myrer gennem klassisk konditionering. I dette paradigme er myrer spændte og præsenteret med en visuel cue (en blå pap), den betingede stimulus (CS), parret med en appetitive sukker belønning, den ubetingede stimulus (US). Myrer udføre en Maxilla-Labium udvidelse refleks (MaLER), den ubetingede svar (UR), som kan bruges som en udlæsning til læring. Uddannelsen består af 10 forsøg, adskilt af en 5-minutters intertrial interval (ITI). Myrer er også testet for hukommelse opbevaring 10 minutter eller 1 time efter træning. Denne protokol har potentiale til at gøre det muligt forskerne til at analysere, på en præcis og kontrolleret måde, detaljerne i visuel hukommelse dannelse og det neurale grundlag for indlæring og hukommelse dannelse i træ myrer.

Introduction

Insekter har været flittigt brugt som modeller for at studere indlæring og hukommelse dannelse1. En særlig vellykket vene af forskning indebærer anvendelse af klassisk konditionering af behersket dyr, som giver præcis kontrol over de stikord, der bliver lært og tillader forskere til at undersøge de neurale mekanismer, der ligger til grund for indlæring og hukommelse. Fleste undersøgelser har fokuseret på appetitive klassisk konditionering af honningbi arbejdstagere, Apis mellifera. Honningbien arbejdstagere er uddannet skal tilknyttes en amerikansk, der fremkalder UR CS. I dette paradigme, oprindeligt udviklet af Takeda2 og Bitterman et al. 3, UR er Snabel udvidelse refleks (PER), USA er sukker, og CS er en lugt. Bier lære sammenhængen mellem CS og USA og kan danne en langsigtet hukommelse i denne tilknytning.

Den oprindelige paradigme bruger PER som UR er blevet brugt til at optrævle de nervebaner, der ligger til grund for olfaktoriske læring i bier4. Det er blevet ændret på flere måder at teste læring af forskellige sensoriske stimuli, herunder visuelle stimuli5,6,7, at indarbejde afskrækningsmiddel læring ved hjælp af undertrykkelse af PER8 eller filtypenavnet Sting Refleks (SER)9 som UR og afprøve læring i andre arter, såsom humlebier10 og bananfluer11. Selv om hukommelsen dannelse med flere modaliteter har været undersøgt gennem klassisk konditionering, visuelle læring er stadig vanskeligt at observere ved hjælp af denne fremgangsmåde, selv i arter der viser en høj grad af visuel indlæringsevne under fouragering, som honningbier.

Nylige undersøgelser har anvendt en lignende indfaldsvinkel til insekter, der ikke har en Snabel, som græshopper, som udfører Palp åbning svar (POR)12, og myrer, som udfører Maxilla-Labium udvidelse refleks (MaLER)13. Dette har allerede afsløret fase-specifikke indlæring evner, der matcher de fase-specifikke fodringsstrategier for de to forskellige ørken locust fænotyper, den selskabelige og de solitarious former, re håndhæve tanken om, at hukommelsen dannelse skal matche økologiske behov14. Desuden, undersøgelser af olfaktoriske læring i myrer har vist ligheder mellem myrer og honningbier i hukommelse dannelse og fastholdelse, med langsigtet hukommelse opbevaring, 72 timer efter træning, er afhængig af protein syntese15.

Disse tilpasninger af den oprindelige paradigme har tilladt indlæring og hukommelse dannelse studeres med mange modaliteter og i flere model arter. Dette er nødvendigt for at identificere mekanismer i hukommelse dannelse fælles for insekter, men også for at identificere forskelle, der afspejler den særlige økologi for indlæring og hukommelse i forskellige arter. Det vigtigste mål for den protokol, vi beskriver her er at give en måde at udføre klassisk konditionering eksperimenter ved hjælp af en visuel betinget stimulus med et almindeligt studerede myre arter, Formica rufa. Det er udstedt fra vores undersøgelse af visuel læring i træ myrer16, som også er en tilpasning af visuelle klassisk konditionering paradigmer.

Protocol

1. opretholdelse af Formica rufa kolonier

Bemærk: Træ ant (Formica rufa, L.) kolonier anvendes til denne undersøgelse blev indsamlet fra Ashdown skov, Sussex, UK (N 51 4.680, E 0 1.800). Inden for Det Forenede Kongerige, bør F. rufa kolonier indsamles mellem juli og August. En god del af reden skal fjernes, herunder flere hundrede arbejdere og yngel, for at sikre kolonien er vedvarende og aktiv i længere tid (op til et år). Tilladelse skal søges fra de berørte myndigheder før reden fjernelse.

  1. Hus træ myre kolonier i en bred boks (ca 135 cm x 70 cm x 35 cm) med væggene dækket med polytetrafluorethylen (PTFE) harpiks (f.eks.Fluon) at forhindre myrer i at flygte, ved 21 ° C, en 12-h lys: 12-h mørke cyklus.
    1. Give saccharose (333 g/L) og vand til myrer, ved hjælp af vand dispensere. For at sikre myrer kost rig på protein, feed koloni med frosne fårekyllinger 2 x om ugen. Spray reden med vand hver dag for at holde det fugtigt.
    2. For at forbedre de sanitære forhold i kolonien, tilføje harpiks når det er nødvendigt; harpiks reducerer parasitisme i træ myre kolonier17. Placer en lille container (ca 15 cm i diameter og 5 cm dyb) inde i reden, så myrer kan deponere nogen døde koloni medlemmer i det.
  2. Holde myrer på de ovennævnte betingelser for mindst 2 uger efter at indsamle før du forsøger nogen eksperimenter. Fjerne saccharose fra reden at sulte myrer 2 d før de eksperimenter, dermed forbedre deres motivation.

2. udvælgelse og udnyttelse af myrer

Bemærk: Til udnyttelse af myrer, en skræddersyet indehaveren er nødvendig. Dette kan konstrueres ved hjælp af modellering ler og en pap med snit åbning knyttet til det vandret. Den øvre overflade af pap skal delvist belagt med voks, tillader insekt pins fastgøres under fastsættelse. Omhyggelig håndtering er nødvendige for hvert skridt af denne protokol (herunder vedligeholdelse, transport og eksperiment), men især når udnytte myrer, for at undgå at udsætte dem for høje niveauer af stress før træning.

  1. For at vælge myrer, der er motiveret til at spise, placere et dias med en dråbe af saccharose (200 g/L) i en lille boks (ca 14 cm x 8 cm x 5 cm) med vægge beklædt med PTF harpiks til at forhindre flugt. Ikke Vælg myrer, der bærer træ eller døde myrer fra reden. I stedet tag myrer, der kravler op på væggene af reden, fordi disse er mere tilbøjelige til at være foragers forsøger at forlade reden til at søge efter mad.
  2. Placer hver myre i boksen og vente med at se, hvis det lever af saccharose drop. Hvis det gør, overføre det straks til en anden tom kasse at forhindre mæthed.
  3. Overføre hver ant til en separat tube. Sted hver tube i fryseren i 1-2 min, eller knust is i op til 5 min for at immobilisere Myren.
  4. Sted immobiliseret Myren i indehaveren, gennem snit på pap, af fælles mellem sit hoved og thorax. Sikre følehornene forbliver på siden af hovedet, ved hjælp af insekt pins indlejret i vokslag på pappet.
  5. Bruge en specialfremstillet varmelegeme til voks spidsen af et insekt pin til myrens hoved, parallelt med pap. Under denne procedure, ikke touch antenner med varmelegemet wire til at undgå at pådrage sig skader dem.
  6. Efter voks tørrer, fjerne insekt stifter holding antenner og fjern forsigtigt Myren fra indehaveren.
  7. Fix insekt pin holding Myren i en modellering ler cylinder og lave en skræddersyet plastik holderen under det, at sikre Myren fastholder en typisk stående kropsholdning, og at hele kroppen er gratis at flytte bortset fra hovedet.
  8. Holde de spændte myrer i mørket i mindst 2 timer før træning.

3. uddannelse og eksaminering

  1. Set-up, konditioneret stimulus og unconditioned stimulus
    1. Udføre eksperimenter i en hvid akryl boks (50 x 50 x 50 cm), åben på forsiden for at tillade adgang til eksperimentatoren. Optage myrens adfærd med et kamera.
      1. Placere kameraet med et makroobjektiv direkte over Myren, gennem et hul i den øvre overflade af boksen.
      2. For at mindske enhver fremmed visuelle stikord, holde rummet i mørke bortset fra en lyskilde, der peger direkte på toppen af boksen akryl (to 26-W lys).
    2. Brug som et visuelt vink (CS) en lyse blå (spektrum i Figur S1) pap rektangel (60 x 45 mm) på dets center tilknyttet en nål, forbundet med en sprøjte (2 mL), USA (saccharose 200 g/L) manuelt leveres til ant (figur 1A og 1B ).
      Bemærk: Rørsukkeropløsning kan gøres med noget hvidt sukker, forudsat at det ikke har farve og lugt når opløst i vand.
    3. Udføre to typer af uddannelse i parallel, parret og uparrede (Se forklaring nedenfor), i en randomiseret rækkefølge.
      Bemærk: I denne undersøgelse, vi ikke opmærksomme på arten af den visuelle stikord. Kun association mellem cue og belønning blev taget i betragtning. Farve og form blev ikke testet, og det er sandsynligt, at en CS med andre funktioner vil producere lignende resultater. Ikke desto mindre, den blå farve var plukket fordi myrer fra samme slægt har vist sig at være følsomme over for bølgelængder, der dækker den blå farve18.
  2. Parret uddannelse
    Bemærk: I parret uddannelse, CS og USA er præsenteret i hvert forsøg, forbundet med hinanden (figur 1 c).
    1. Starte optagelsen myrer 10 s forelægge CS for at sikre, at de myrer ikke spontant udfører MaLER før præsentationen. Hvis myrer udfører MaLER i denne periode, udsætte retssagen til et par sekunder. Hvis nogen ant viser denne adfærd løbende, udelukker analysen.
    2. Flytte sprøjte + CS foran ant for ~ 10 s, med spidsen af nålen holdt mellem myrens ansigt og et maksimum på 5 mm ovenfor og til hver side. Flytte spidsen af nålen så tæt som muligt i løbet af denne tid, at myrens hoved, men uden at røre antenner (figur 1B).
      Bemærk: Bevægelse var inkluderet, når præsenterer CS, fordi det har vist sig at spille en rolle i visuelt associative læring i honningbier6.
    3. Gælde pres for at udstråle en enkelt dråbe af saccharose fra sprøjten tip og placere dråbe af saccharose ved siden af antenner og mouthparts at tillade ant til at opdage saccharose. Tillad ant til foder til omkring 5 s.
      Bemærk: Mængden af saccharose myrer forbruges i hvert forsøg var ikke kontrolleret i disse eksperimenter. Dråbe af saccharose på hvilke myrer foder bør være stor nok til at tillade dem at frit foder til omkring 5 s.
    4. Gentag denne procedure 10 x, med en ITI af 5 min.
      Bemærk: I disse eksperimenter, myrer var altid vendt mod højre, med deres højre øje tæt på den åbne side af boksen akryl. Derfor kontaktet CS altid myrer fra deres højre side. Men dette ikke medføre læring, kan disse eksperimenter foretages ved at dreje halvdelen af myrer til venstre og halvdelen til højre, for at undgå enhver mulig lateralization virkning.
  3. Uparret uddannelse
    Bemærk: Denne uddannelse består præsentere for myrerne enten CS eller USA separat, disse to stimuli er, således er adskilt fra hinanden over tid (fig. 1 d).
    1. Starte optagelsen myrer 10 s før hvert forsøg.
    2. Præsentere CS på samme måde som parret uddannelse men ikke levere saccharose til Myren.
    3. Efter 2,5 min, levere USA direkte til mouthparts (også rørende antenner) ved hjælp af en sprøjte uden CS knyttet.
    4. Start med en CS retssagen og Gentag denne procedure 10 x for hver type af forsøg, intercalating dem med en ITI af 2,5 min.
  4. Test
    Bemærk: En test skal være gennemført kun 1 x, enten 10 min eller 1 time efter sidste træning retssagen; en test, hvor Myren er præsenteret med CS, men ikke med USA kunne forårsage udryddelse af associative erindringen dannet tidligere.
    1. Starte optagelsen myrer 10 s inden prøvningen.
    2. Præsentere CS ant for omkring 10 s.
    3. Sikre, at Myren er stadig motiveret til foder ved at levere saccharose efter testen.

4. dataindsamling og analyse

  1. Optage myrens adfærd, fra oven, 10 s før hvert forsøg og under de CS og amerikanske præsentationer. Sikre, at alle prøver og analyser er registreret for posterior analyse.
  2. Ved hjælp af optagelser foretaget under træning og testning, score myrer svar under 10 s CS præsentation.
  3. Adskille myrer svar under CS præsentation i tre typer af adfærd, udvidelse og bevægelse af mouthparts: fuld udvidelse med bevægelse (FEM) som om fodring, fuld forlængelse uden bevægelse (FE) eller delvis forlængelse (PE) af den maxilla-labium eller maxillary blækspruttearme (figur 2A - 2D). Analyse, gruppere alle MaLER typer som et enkelt svar (figur 2E).
  4. Udelukke nogen ant, der gjorde ikke foder hver prøveversion og test.
    Bemærk: For analyse, en statistisk test, der tager hensyn til individuelle myrer anbefales, dermed tegner sig for variabiliteten inden for enkeltpersoner. Ved klassificering myrer svar under træning i en binær måde (1 for positivt svar og 0 for ingen svar), er logistisk regression med blandede effekter tilrådeligt16,19. For at sammenligne andelen af myrerne reagerer i hver uddannelse retssag eller test, en G-test eller Fisher eksakt test anbefales, afhængigt af antallet af myrer analyseret16,20.

Representative Results

Under klassisk konditionering eksperimenter, må CS ikke fremkalde en spontan reaktion i dyrene. I de eksperimenter, vi gennemførte, udføres kun 3% - 4% af myrerne MaLER som svar på den visuelle stikord på den første retssag, før træning. Myrer, der under en parret uddannelse udføres mere og mere MaLER i svar til CS (figur 3A, logistisk regression, N = 51, frihedsgrader (df) = 507, z = 5.949, p < 0,01). Procentdelen af parret myrer, der reagerer på CS plateaued omkring 50% af det tredje forsøg og fremefter. Tværtimod uparret myrer viste ingen signifikant stigning i MaLER under uddannelse (figur 3B, logistisk regression, N = 29, df = 287, z = 0.758, p = 0,45). Forekomsten af MaLER som svar på den visuelle stikord var betydeligt højere i parret end uparrede uddannelse (logistisk regression, N = 80, df = 796, z =-5.306, p < 0,01), hvilket var tilfældet for hver prøveversion undtagen først (tabel 1).

For at undersøge deres kort- og en midtvejsevaluering hukommelse15, myrerne blev testet enten 10 min eller 1 time efter sidste træning retssagen. For begge tests var andelen af myrer udfører MaLER i svar til CS betydeligt højere, når de havde gennemgået en parret i stedet uparret uddannelse (figur 3 c og 3D; Tabel 1).

Under uddannelse, individuelle myrer viste betydelig variation i antallet og typen af MaLER, de vises (figur 4A og 4B). Kun 14% af parret myrer reagerede hver prøveversion af det andet eller tredje forsøg videre, mens de fleste myrer vekslede mellem forsøg hvor de reagerede, og hvor de gjorde ikke. På disse uddannelse forsøg som myrer reagerede, varieret grad som de udvidede og flyttede deres mouthparts. Derfor, vi opdelt MaLER i tre forskellige typer: Five, FE eller PE. Typisk, myrer udføres Five eller PE oftere end FE. Dog udført kun et par myrer konsekvent den samme type af svar; i de fleste tilfælde viste myrer lidt konsistens på typen af MaLER de optrådte (figur 4).

Figure 1
Figur 1 : Eksperimentel opsætning og uddannelsesordning. (A) Fix ant med voks til et insekt pin knyttet til en modellering ler cylinder (orange) og sted en custom-made indehaveren nedenunder til at tillade en naturalistisk holdning. Placere den inde i en hvid akryl boks oplyst af to lyskilder, direkte nedenunder et kamera. Bruge som konditioneret stimulus (CS) en pap (blå firkantede) knyttet til sprøjten, der leverer unconditioned stimulus (os), en sukker belønning. Inset viser et nærbillede af en myre i holderen. (B) spidsen af sprøjten nål er flyttet så tæt som muligt til myrens hoved, men uden at røre antennerne, som vist i denne skematiske. Toget myrer gennem enten en (C) parret eller (D) uparrede uddannelse. Dette tal er blevet ændret fra Fernandes et al. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : The Maxilla-Labium udvidelse svar af træ myrer. Enkelte billeder fra video-optagelser viser myrer mund del bevægelser under træning. (A) dette panel viser ingen svar. (B) dette panel viser en fuld extension (FE) af maxilla-labium, der terminerer i glossa. (C) dette panel viser en delvis udvidelse (PE) med kun den maxillary palpus synlige. (D) dette panel viser en delvis udvidelse (PE) af maxilla-labium strukturer. (E) myrer under parret uddannelse (N = 51) udføre en fuld extension med bevægelse (Five, mørk brun), en FE (midten brown) eller en PE (lysebrun). Dette tal er blevet ændret fra Fernandes et al. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Træ myrer form associative erindringer om et visuelt vink parret med en sukker belønning. (A) procentdelen af parret myrer (N = 51) udfører MaLER i svar til CS præsentation betydeligt øget gennem hele uddannelsen. (B) procentdelen af myrer udfører MaLER ikke steg betydeligt i hele uparret uddannelse (N = 29). Myrer var testet (C) 10 minutter (parrede: N = 15; uparrede: N = 15) eller (D) 1 time (parrede: N = 15; uparrede: N = 14) efter sidste træning retssagen. Procentdelen af myrerne reagerer på CS under og efter parrede og uparrede uddannelse er repræsenteret i brune eller grå, henholdsvis. De tre typer af MaLER er repræsenteret i mørke (FEM), medium (FE) og light (PE) toner. Dette tal er blevet ændret fra Fernandes et al. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Individuel præstation af myrer under træning. Disse paneler viser de enkelte forestillinger af (A) parret myrer og (B) uparrede myrer. De tre typer af MaLER er repræsenteret i mørke (FEM), medium (FE), og (PE) lysebrun eller grå. Dette tal er blevet ændret fra Fernandes et al. 16. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Retssag N DF G (justeret) P
1 80 Na Na > 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 min 59 1 5.5 < 0,05
1 h 59 1 4.42 < 0,05

Tabel 1: sammenligning af MaLER svar til CS mellem myrer, der havde gennemgået parret og uparrede uddannelse, for hver prøveversion og test. Antallet af myrer (N), frihedsgrader (df), G-test for uafhængighed (G) og p-værdi er vist. Den første retssag blev analyseret med en Fisher eksakt test. Denne tabel er ændret fra Fernandes et al. 16.

Discussion

Klassisk konditionering er en af de mest veletablerede paradigmer at studere indlæring og hukommelse. Den protokol, vi præsenteres her er en tilpasning af paradigme designet til honey bee arbejdstagere2,3 og efterfølgende bruges sammen med flere andre arter, såsom humlebier, bananfluer, som også bruger PER som en udlæsning til at lære10 ,11, og græshopper og myrer, som bruger POR og MaLER, henholdsvis12,13. Med denne protokol, er det muligt at træne spændte træ myrer at lære tilknytningen mellem en visuelle stikord og sukker belønning og analysere bibeholdelsen af denne korte - (10 min) og midt-sigt (1 time) hukommelse16.

I eventuelle adfærdsmæssige eksperimentet er det nødvendigt at tage hensyn til kritiske faser, der kan minimere variansen i dyrenes reaktioner. I protokollen præsenteres her, træffes flere foranstaltninger til at minimere variabilitet, før og under uddannelse. Før starten af eksperimenter, kolonien skal være sultet i mindst to dage og myrer bør vælges baseret på deres vilje til at spise fra en sukker drop i boksen bedrift. Hvis du vælger myrer på denne måde er beregnet til at maksimere chancer for uddannelse myrer, der er motiveret til at fodre. Omhyggelig håndtering er også en vigtig overvejelse, fordi det kan bidrage til at reducere stressniveauet, hvilket forstyrrer læring, hvis det er for intens21. Med henblik herpå, bør være bedøvede myrer med kold at bo ubevægelig, samtidig med at blive udnyttet, fordi enhver bevægelse (for flygter) under denne procedure kunne være en kilde til stress. Kontakt mellem Myren og voks bør endvidere være minimal, at undgå kontakt mellem antennerne og varm voks eller ledning, der kan forårsage skade. Selv om disse observationer ikke er blevet analyseret formelt, syntes følehornene at flytte med et bestemt mønster under læring.

Under eksperimenter er omhyggelig levering af sukker også vigtigt at holde myrerne motiveret. Igen, mens dette ikke er blevet analyseret formelt, brat mad levering syntes at medføre yderligere stress til ant, hvilket igen førte til manglende motivation og læring. Derudover saccharose leveret under uddannelsen bør være af en reduceret koncentration (200 g/L) at undgå satiation inden udgangen af træningen og testning. Dette tillader MaLER at være en god kandidat ubetinget svar, sammen med en lav spontan udførelsen af dette svar til den visuelle stikord, det også ikke mætte over forsøg. Endelig, i modsætning til de fleste klassisk konditionering undersøgelser2,3,5,6,7,8,9,10, 11 , 12 , 13, vi trænet en ant på tidspunktet i slutningen af forsøget, forlader det sted mellem forsøg i stedet for at fjerne den for at teste et andet ant. Uddannelse flere myrer sammen syntes at give mere variable resultater, hvilket kan skyldes en stigning i stress og/eller konflikten mellem visuel information forårsaget af en fuldstændig ændring af natur. For at reducere varigheden af hvert eksperiment, brugte vi en 5-minutters ITI i stedet for de 10 minutters ITI bruges i de fleste klassisk konditionering undersøgelser16. Selv om alle disse overvejelser bør hjælpe sikre, at myrerne er motiveret til at fodre og lære under træning, kan ikke nogle variation undgås. Vi anbefaler at bruge myrer, der synes at have normal socialt, appetitive og locomotion opførsel og udelukke myrer fra analysen det øjeblik, de undlader at fodre på en uddannelse-prøveversion eller en test.

Karakter af CS var ikke testet i denne undersøgelse. Selv om vi har brugt en blå visuelle stimuli, fordi myrer af samme slægt er følsomme over for disse bølgelængder18, måske andre farver også læres i forening med en belønning. Yderligere eksperimenter ville være forpligtet til at fuldt ud at beskrive farver bliver set og lært i dette set-up. Dette gælder også for forskellige former og størrelser af den visuelle stikord. Vi har ikke testet hvis myrer rumlige opløsning ville være tilstrækkelig for at skelne den visuelle stimulus præsenteres her på afstand fra myrer øjne det blev præsenteret på. Selvom træ myrer sammensatte øjne er blevet beskrevet i størrelse og antallet af facetter22, at vores viden, er deres rumlige opløsning ikke blevet fuldt beskrevet endnu. Dette er imidlertid blevet beregnet for Melophorus magoti23. En lignende karakterisering af træ myrer, eller andre testet insekternes øjne ville bidrage til en klar undersøgelse af funktionerne af de visuelle stikord er observeret og lært af dyrene. Desuden inkluderet vi motion når præsenterer den visuelle stimuli til Myren, fordi det har vist sig at spille en rolle i honningbien associative læring under klassisk konditionering6. Men dette ikke var også afprøvet i denne undersøgelse, og på grund af forskellige bevægelse karakteren af flyvende insekter i forhold til walking insekter, forskelle mellem honningbien og ant visuelle klassisk konditionering kunne konstateres.

Til sidst kunne vi ikke undersøge langsigtet hukommelse opbevaring fordi myrer ikke overlevede bliver udnyttet i så lange perioder efter træning. Men i efterfølgende sæt af forsøg, vi har holdt myrer i live og motiveret til at spise og lære når spændte og forlod dem natten over i et mørkt og fugtigt miljø (placere en boks over dem). Derfor, dette paradigme kunne anvendes til at optrævle langsigtet hukommelse opbevaring af træ myrer, ud over kort og midten sigt hukommelse.

Med denne enkle procedure tilpasset fra generelle klassisk konditionering paradigmer, er det muligt at studere erhvervelse og fastholdelse af visuelle erindringer i spændte træ myrer, som er blevet undersøgt bredt i paradigmer ved hjælp af gratis-flytte dyr. Dette paradigme har potentiale til at blive brugt til at analysere det neurale grundlag for visuel læring i en meget veletableret model for insekt navigation.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgements

Forfatterne takke Tom Collett og Cornelia Buehlmann til deling værdifulde oplysninger om samling og vedligeholdelse af træ myre kolonier. Forfatterne også takke Justine Crevel for at kommentere på tidligere versioner af denne artikel.

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