استثابي التعلم من ذبابة الفاكهة في عداد عزم الدوران

Published 6/16/2008
5 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Biology
 

Summary

قياس عزم الدوران من ذبابة الفاكهة ياو المربوطة مع عزم دوران متر تتيح التحكم الاعصاب رائعة من الوضع حافزا لحيوانات التجارب. جنبا إلى جنب مع الأدوات الوراثية الفريدة المتاحة في ذبابة الفاكهة ، ويستخدم هذا النموذج لمجموعة واسعة من الأبحاث العصبية الحيوية.

Cite this Article

Copy Citation

Brembs, B. Operant Learning of Drosophila at the Torque Meter. J. Vis. Exp. (16), e731, doi:10.3791/731 (2008).

Please note that all translations are automatically generated.

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

Abstract

لإجراء التجارب على متر عزم الدوران ، يتم الاحتفاظ الذباب يطير على المتوسط ​​القياسي عند 25 درجة مئوية والرطوبة 60 ٪ مع نظام light/12hr 12hr الظلام. وجود نظام موحد يضمن كثافة تربية اليرقات السليمة والمتطابقة الأفواج العمرية. يتم لصقها على البارد تخدير الذباب مع الرأس والصدر إلى ربط مثلث الشكل قبل يوم من التجربة. تعلق على متر عزم الدوران عبر المشبك ، ويتم قياس المناورات الذبابة الطائرة على النحو المقصود الزخم الزاوي حول محوره الرأسي الجسم. يتم وضع الطيران في مركز بانوراما اسطواني لإنجاز الرحلة ثابتة. التناظرية الرقمية لبطاقة محول يغذي إشارة إلى عزم ياو جهاز الكمبيوتر الذي يخزن تتبع لتحليلها لاحقا. الكمبيوتر يتحكم أيضا مجموعة متنوعة من المحفزات التي يمكن أن تكون تحت السيطرة الذبابة قبل إغلاق حلقة مفرغة بين هذه المحفزات والتتبع عزم ياو. ويتحقق من خلال تطبيق عقوبة الحرارة من ليزر الأشعة تحت الحمراء للتعديل.

Protocol

ذبابة المتوسط

تكوين الغذاء يطير هو أمر حاسم لتعلم (قوه وآخرون ، 1996) :

  • 1000 مل ماء
  • 180 جم دقيق الذرة
  • فول الصويا 10 ز
  • الخميرة 18.5 ز
  • آغار 7.5 ز
  • 40 غ دبس
  • شراب (بنجر السكر) 40 غ
  • Nipagin 2.5 غرام

ويتم تزويد كل قارورة مع لمسة من جديد ، لصق الخميرة الحية وقطعة من ورق الترشيح لتوفير سطح إضافية للذباب والشرانق.

يطير التربية والتدريج

يتم تنفيذ الإجراء التالي كل يوم ، مما يؤدي إلى نظم بدقة الحيوانات نمت على الكثافة المناسبة. يتم جمع كل الذباب ecclosed حديثا منذ الإجراء الأخير في اليوم السابق للتربية والتجارب. يتم التخلص من أقدم قارورة من دون أي الشرانق يعيشون المتبقية. وأضاف الذباب أربعة أيام القديم إلى قارورة جديدة لترسب البيض بين عشية وضحاها. وينبغي أن كثافة الذباب الإناث نحو 20 لكل قارورة والمعدلة لحجم القارورة واستخدمت السلالة. كثافة مثالية هي واحدة التي هي مرتفعة بما فيه الكفاية لتطير المتوسط ​​لتسييل خلال مراحل اليرقات ومنخفضة بما فيه الكفاية بحيث يكون جميع اليرقات pupated قبل ecclose الذباب أولا. تتم إزالة الذباب من وضع البيض في اليوم السابق والتخلص منها.

يطير إعداد

يتم الاحتفاظ الذباب على وسط الذرة / دبس القياسية على النحو المبين أعلاه عند 25 درجة مئوية والرطوبة 60 ٪ مع نظام light/12hr 12hr الظلام. بعد شل حركة لفترة وجيزة 24 48h الذباب القديمة عن طريق التخدير الباردة ، يتم لصقها على الذباب (الأشعة فوق البنفسجية لاصقة SuperGlue الزجاج ، 505127A ، محدد السرعة التكنولوجيا ، كوكامونجا ، كاليفورنيا. ، الولايات المتحدة الأمريكية) مع الرأس والصدر إلى ربط النحاس على شكل مثلث (قطره 0.05mm ) قبل يوم من التجربة. ثم تبقى هذه الحيوانات بشكل فردي بين عشية وضحاها في غرف رطبة صغيرة تحتوي على بضع حبات من السكروز.

جهاز

الجهاز الأساسية للمجموعة المتابعة هو المعوض عزم الدوران (متر عزم الدوران) (غوتس ، 1964). فهو يقيس الزخم الزاوي ذبابة حول محوره الرأسي الجسم ، والناجمة عن المناورات تهدف الرحلة. ويرد في الطيران ، لصقها على ربط كما هو موضح أعلاه ، إلى متر عزم الدوران عبر المشبك لإنجاز الرحلة ثابتة في مركز بانوراما الاسطوانية (الساحة ، وقطره 58mm) ، وهو متجانس مضاءة من الخلف. مصدر الضوء هو ، 100W 12V لمبة التنغستن اليود. لإضاءة خضراء وزرقاء على الساحة ، يتم تمرير الضوء من خلال أحادي اللون واسعة النطاق فلاتر كوداك الجيلاتين Wratten (# # 47 و 99 ، على التوالي). يمكن تبادلها من خلال مرشحات اللولبي سريع داخل 0.1s. بدلا من ذلك ، هو مضيئة على الساحة مع "النهار" بتمريرها من خلال تصفية الأخضر والأزرق (روسكو "surfblue" رقم 5433) ، أو أي مرشح على الإطلاق. الطيف انتقال تصفية الأخضر والأزرق روسكو المستخدمة في هذه الدراسة ما يعادل ذلك من تصفية BG18 (شوت ، ماينز) ويشكل وسيط بين الزرقاء وفلاتر كوداك الخضراء (Brembs وهمبل دي ايبارا ، 2006 ؛ ليو وآخرون ، 1999). يمكن أن تدور حول الساحة ذبابة باستخدام محرك كهربائي الكمبيوتر التي تسيطر عليها. في مثل هذا الوضع "محاكاة الطيران" ، والسرعة الزاوية ليتناسب مع الساحة ، ولكن موجها ضد عزم ياو الذبابة (K عامل اقتران =- 11 درجة / ثانية • 10 10Nm). وهذا يتيح للطيران لتحقيق الاستقرار في بانوراما والسيطرة على توجهاتها الزاوي. وتسجل هذه افتراضية "اتجاه الرحلة" (أي موقف الساحة) بشكل مستمر عن طريق الجهد دائرية (Novotechnik ، A4102a306). تناظرية إلى المحول الرقمي بطاقة (PCL812 ؛ Advantech شركاه) يغذي موقف الساحة والإشارة إلى عزم ياو جهاز الكمبيوتر الذي يخزن آثار (أخذ العينات 20Hz التردد) لتحليلها لاحقا. ويتحقق من خلال تطبيق عقوبة الحرارة من ليزر الأشعة تحت الحمراء للتعديل (825 نانومتر و 150 ميغاواط) ، وجهت من الخلف وعلى رأسه فوق الذبابة والقفص الصدري. هو نابض شعاع الليزر (حوالي 200ms عرض نبضة في 4Hz ~) وانخفاض حدتها لضمان البقاء للطيران.

التجارب

نمط التعلم

للتجربة نمط التعليم التقليدي (الشبت وهايزنبرغ ، 1995 ؛ الشبت وآخرون ، 1993 ، 1995 ؛. ليو وآخرون ، 2006 ؛. ليو وآخرون ، 1998 ؛. ليو وآخرون ، 1999 ؛ وولف وهايزنبرغ ، 1991) ، متباعدة بالتساوي four السوداء ، على شكل حرف T أنماط التوجه بالتناوب (أي ، وهما وتستقيم مقلوب اثنين) على جدار الساحة (نمط العرض ψ = 40 درجة ، وارتفاع θ = 40 درجة ، وعرض أشرطة = 14 درجة ، وينظر إليها على أنها من موقع الذبابة). برنامج كمبيوتر يقسم 360 درجة من الساحة الى 4 الأرباع الظاهري 90 درجة ، وتدل هذه المراكز التي من الأنماط. الذباب السيطرة على الموقف الزاوي من أنماط مع عزم دوران ياو والخمسين (محاكاة الطيران الوضع). خلال التدريب ، ويتم معاقبة الحرارة متجاورة مع ظهور واحدة من التوجهات نمط في الحقل البصري الجبهي. كل نمط من التعزيزالتعادل هو دائما ضمن مجموعات. أثناء الاختبار ، يتم تبديل دائم قبالة الحرارة وسجلت تفضيل نمط ذبابة.

لون التعلم

يتم تنفيذ التعلم اللون كما هو موضح من قبل (Brembs وهايزنبرغ ، 2000 ؛ Brembs وهمبل دي ايبارا ، 2006 ؛ Brembs وفينر ، 2006 ؛ وولف وهايزنبرغ ، 1997). وينقسم إلى أربعة أجزاء الساحة الظاهري 90 درجة ، يتم الرمز المراكز التي كتبها المشارب four العمودي متطابقة (العرض ψ = 14 درجة ، وارتفاع θ = 40 درجة). الذبابة هو السيطرة على موقف الزاوي من المشارب four متطابقة مع عزم دوران ياو على النحو المبين في أنماط على شكل حرف T أعلاه. يتم تغيير لون الإضاءة على الساحة كلها كلما واحد من الحدود الظاهرية رباعي يمر نقطة أمام الطيران. خلال التدريب ، ويتم معاقبة الوحدات الحرارية في واحدة من لونين. أثناء الاختبار ، ويتم تبديل دائم قبالة الحرارة وسجلت الذبابة تفضيل اللون. بالطبع ، يمكن الجمع بين أنماط الألوان مع لتكييف مجمع (Brembs وهايزنبرغ ، 2001).

ياو عزم التعلم

تتم ياو التعلم عزم الدوران كما هو موضح سابقا (Brembs وهايزنبرغ ، 2000 ؛ هايزنبرغ وولف ، 1993). وينقسم الذبابة عزم مجموعة ياو عفوية الى "اليسار" والمجال "الحق" ، المقابلة تقريبا يتحول إما إلى اليسار أو اليمين. لا توجد أنماط على جدار الساحة. أثناء التدريب ، وتطبيق الحرارة كلما عزم الذبابة ياو في مجال واحد ، ومغلقا عند عزم دوران يمر في جهة أخرى. في مراحل الاختبار ، ويتم تبديل دائم قبالة الحرارة وسجلت اختيار الذبابة المجالات عزم ياو.

مركب التعلم

تعلم المركب هو امتداد لياو التعلم عزم الدوران ، كما هو موضح من قبل (Brembs وهايزنبرغ ، 2000). في الأساس ، يتم الجمع بين ياو التعلم والتعلم عزم اللون في تجربة مع استثابي يعادل (ياو عزم الدوران) والكلاسيكي (ألوان) تنبؤ. خلال التدريب ، ويتم تسخين يطير كلما عزم الذبابة ياو يمر في المجال المرتبطة العقاب. كلما تحرك التبديل المجالات ياو عزم الدوران ، وليس فقط في درجة الحرارة ولكن أيضا تلوين الساحة يتم تغيير (من الأخضر إلى اللون الأزرق أو العكس بالعكس). وهكذا ، ياو نطاق عزم الدوران ولون بمثابة تنبؤ يعادل الحرارة. في مراحل الاختبار ، ويتم تبديل الحرارة بشكل دائم الخروج ويتم تسجيل سوى ذبابة اختيار الألوان عزم ياو المجالات /.

مناقشة

هذا الإعداد تجريبي يجمع بين السيطرة على الظروف التجريبية رائعة مع كائن نموذج الوراثية المتقدمة. باستخدام الإجراءات المذكورة في هذا العرض ، يمكن التحقيق في الأسس الجزيئية والعصبية الحيوية من مجموعة متنوعة من الصفات السلوكية ، بما في ذلك ، ولكن ليس على سبيل الحصر ، وآليات لتوليد السلوك العفوي ، تكييف هواء فعال والكلاسيكية ، والتعرف على نمط ، ورؤية اللون أو السيطرة طبعا .

Discussion

هذا الإعداد تجريبي يجمع بين السيطرة على الظروف التجريبية رائعة مع كائن نموذج الوراثية المتقدمة. باستخدام الإجراءات المذكورة في هذا العرض ، يمكن التحقيق في الأسس الجزيئية والعصبية الحيوية من مجموعة متنوعة من الصفات السلوكية ، بما في ذلك ، ولكن ليس على سبيل الحصر ، وآليات لتوليد السلوك العفوي ، تكييف هواء فعال والكلاسيكية ، والتعرف على نمط ، ورؤية اللون أو السيطرة طبعا .

Acknowledgements

التصميم الأصلي للالمعوض العزم تأتي مع كارل جويتز. الإعداد خاصة في هذا العرض هو إلى حد كبير على القروض والتي وضعت أصلا هايزنبرغ مارتن وولف راينهارد. إنني مدين بشكل خاص لهذين الشخصين لاستمرارهم التشجيع والدعم والخبرة.

References

  1. Forthcoming.

Comments

5 Comments

  1. I just realized a made a mistake: Karl Götz was of course in Tübingen and not in Göttingen!

    Reply
    Posted by: Bjoern B.
    June 17, 2008 - 12:15 PM
  2. Dear BjŒrn Brembs I would also be interested in sticking my flies with superGlue to perform behavioral tests. I was wondering what was the distributor for the glue you used; and what kind of UV Curing Equipment did you own? Thanks in advance, Laurent Arnoult

    Reply
    Posted by: Laurent A.
    January 28, 2009 - 2:45 AM
  3. We bought our glue at Home Depot in the US, but you can use basically any type of UV-sensitive glue that dentists use. Just make sure the glue is not too thin. For instance, Vivadent Heliobond works fine for me. We use a Megadenta Megalux CS for curing. However, these are very expensive and you still need to place a little piece of glass infrared filter between lamp and lightguide, or it will kill the flies. There are now blue LED "superlights" out for sale which work well with the glue ESPE Sinfony Opaque Dentin. They still need the infrared filter, but are less than 10% the price of the Megalux lamps.

    Reply
    Posted by: Bjoern B.
    January 28, 2009 - 3:15 AM
  4. Nice,
    why do you leave the flies one night unused? Have you noticed that it affects behavior or is it just recovering? How long do your flies fly usually?
    Best,
    Jan Bartussek

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 15, 2009 - 10:40 AM
  5. Yes, the reason is recovery, mainly. If the flies are not allowed to recover for a sufficient amount of time, they don't fly long enough. Usually, my experiemnts last anywhere between 9 and 30 minutes with the large majority of experiments lasting 18 minutes.

    Reply
    Posted by: Bjoern B.
    October 15, 2009 - 11:37 AM

Post a Question / Comment / Request

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

Video Stats