토크 미터에서 Drosophila의 Operant 학습

Published 6/16/2008
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Biology
 

Summary

토크 미터와 닿는 Drosophila의 편주 토크를 측정하는 것은 실험 동물의 자극 상황의 신경학 절묘한 컨트롤을 수 있습니다. 함께 과일 파리에서 사용할 수있는 고유한 유전자 도구를 사용하여,이 패러다임은 신경 생물학 연구의 광범위한 사용됩니다.

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

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Abstract

토크 미터에서 실험을 위해, 파리가 25 표준 플라이 매체에 보관됩니다 ° C와 12hr light/12hr 어두운 정권 60 %의 습도. 표준 번식 정권은 적절한 애벌레 밀도와 연령 일치하는 동료를 보장합니다. 콜드 - anesthetized 파리는 삼각형 모양의 후크 실험 전날에 머리와 흉부와 함께 붙어 있습니다. 클램프를 통해 토크 미터에 부착된, 파리의 의도 비행 연습은 그 수직 바디 축 주위의 각운 동량으로 측정됩니다. 비행기가 정지 비행을 수행하는 원통형 파노라마의 중앙에 배치됩니다. 디지털 변환기 카드에 아날로그는 나중에 분석을위한 추적을 저장하는 컴퓨터에 편주 토크 신호를 피드. 컴퓨터가 이러한 자극 및 편주 토크 추적 사이의 피드백 루프를 폐쇄하여 파리의 통제 가지고 수있는 자극의 다양한 제어합니다. 처벌은 조정 적외선 레이저에서 열을 적용하여 얻을 수 있습니다.

Protocol

미디어 플라이

파리 식품의 구성은 (. 국영 외, 1996) 학습을위한 중요 :

  • 워터 1,000 ML
  • Cornmeal 180g
  • 콩 10g
  • 효모 18.5 g
  • 한천 7.5 g
  • 몰레 40g
  • 시럽 (사탕무) 40g
  • Nipagin 2.5 g

모든 병을는 신선하고 살아있는 효모 붙여넣기의 명인 파리와 pupae에 대한 추가적인 표면을 제공하기 위해 필터 종이와 함께 제공됩니다.

번식 및 준비 플리

다음 절차는 정확하게 적절한 밀도로 성장 동물을 무대로 이어지는, 매일 수행됩니다. 전날의 마지막 절차부터 모든 새로 ecclosed 파리는 사육 및 실험 수집하고 있습니다. 남아있는 생활 pupae없이 가장 오래된 튜브가 삭제됩니다. 네 일 옛 파리는 하루 계란 증착을위한 신선한 유리병에 추가됩니다. 여성 파리의 밀도는 약 20 각 유리병에 대해, 유리병의 크기에 따라 조정되어야하며 응력이 사용됩니다. 이상적인 밀도 즉시 매체는 모든 애벌레가 첫 번째 파리의 ecclose 전에 pupated 가지고 같은 애벌레 단계와 낮아 동안 녹일 정도로 높은 하나입니다. 전날부터 달걀 누워 파리 제거와 삭제됩니다.

준비 플라이

25 위에서 설명한대로 파리는 표준 cornmeal / 당밀 매체에 유지됩니다 ° C와 12hr light/12hr 어두운 정권 60 %의 습도. 간단히 추위 - 마취로 24 - 48h 오래된 파리 immobilizing 후, 파리는 (직경 0.05mm 삼각형 모양의 구리 갈고리로 머리와 흉부와 (과 SuperGlue 자외선 유리 접착제, 505127A, 페이서 기술, 쿠카몽가, CA. 미국) 붙어 아르 실험 전) 하루. 동물 다음 자당의 몇 가지 곡물을 포함하는 작은 습한 실에서 야간 개별적으로 유지됩니다.

기구

설정의 핵심 장치는 토크 보상 (토크 미터) (Götz, 1964)입니다. 그것은 의도 비행 기동에 의한 수직의 신체 축을 중심으로 파리의 각운 동량을 측정합니다. 위에서 설명한대로 연결에 붙어 비행은, homogeneously 뒤에서 조명하는 원통형 파노라마 (경기장, 직경 58mm)의 중심에 정지 비행을 수행하는 클램프를 통해 토크 미터에 첨부되어 있습니다. 광원은 100W, 12V 텅스텐 - 요오드 전구입니다. 경기장의 녹색과 파란색의 조명은 빛이 단색 광범위한 대역 코닥 레튼 젤라틴 필터 (각각 # 47 # 99)를 통해 전달됩니다. 필터는 0.1s 이내에 빠른 솔레노이드에 의해 교환하실 수 있습니다. 또한, 경기장은 푸른 녹색 필터 (로스코 "surfblue"번호 5433) 또는 전혀 필터를 통해 전달하여 "일광"로 켜집니다. 본 연구에 사용된 로스코 푸른 녹색 필터의 전송 스펙트럼은 BG18 필터 (쇼트, 마인츠)의에 해당되고 코닥 파란색과 녹색 필터 (Brembs 및 헴펄 드 이바라 2006 년 사이의 중간을 구성, 리우 외 ., 1999). 경기장은 컴퓨터 제어 전기 모터를 사용하여 비행 주위에 회전 수 있습니다. 이러한 "비행 시뮬레이터"상황에서 경기장의 각속도는 비례하지만, (계수 K를 결합 =- 11 ° / s의 • 10 - 10Nm)를 파리의 편주 토크에 대한 감독. 이것은 파노라마를 안정화하고 각도 방향을 제어하기 위해 파리를 수 있습니다. 이 가상 "비행 방향"(즉, 투기장 위치)은 원형 전위 차계 (Novotechnik, A4102a306)를 통해 지속적으로 기록됩니다. 디지털 변환기 카드에 아날로그 (PCL812, Advantech 주)는 나중에 분석을위한 흔적 (주파수 20Hz를 샘플링) 상점 컴퓨터에 경기장의 위치와 침로에서 빗나가다 토크 신호를 피드. 처벌은 파리의 머리와 흉부에 뒤에 이상의 감독 조정 적외선 레이저 (825 nm의 150 MW)에서 열을 적용하여 얻을 수 있습니다. 레이저는 펄스 (~ 4Hz에서 약 200ms 펄스 폭)와 강도는 파리의 생존을 보장하기 위해 줄어 듭니다.

실험

패턴 학습

전통적인 패턴 학습 실험 (딜와 Heisenberg, 1995; 딜 외, 1993, 1995;. 리우 외, 2006;. 리우 외, 1998;. 리우 외, 1999;. 늑대와 Heisenberg, 1991) , 교대 방향 네 가지 검정, T - 모양의 패턴 (즉, 두 직립 두 거꾸로)이 균일하게 경기장 벽 (가로는 ψ = 40 °, 높이 θ = 40 °, 바 너비가 = 14 °로 패턴을 본에 간격 아르 파리의 위치에서). 컴퓨터 프로그램 4 가상 90 °의 quadrants에 경기장의 360 °를 분할의 센터는 패턴으로 표시됩니다. 파리는 편주 토크 (비행 시뮬레이터 상황)와 패턴의 각도 위치를 제어합니다. 훈련 기간 동안, 열 처벌은 전두엽 영상 분야에서 패턴 방향 중 하나의 모양과 인접 이루어집니다. 각 패턴의 강화항상 그룹 내에 같도록합니다. 테스트가 진행되는 동안, 더위가 영구적으로 꺼져 있고 파리의 패턴 환경 설정 기록됩니다.

컬러 학습

컬러 학습 이전에 설명된대로 수행됩니다 (Brembs 및 Heisenberg, 2000; Brembs 및 헴펄 드 이바라, 2006; Brembs과 위너, 2006, 늑대와 Heisenberg, 1997). 아레나 네개가 가상 90 °의 quadrants로 나누어의 중심은 네 동일한 수직 줄무늬 (폭 ψ = 14 °, 높이 θ = 40 °)으로 표시됩니다. 파리가 위의 T - 모양의 패턴에 대한 설명은 편주 토크와 함께 네 개의 동일한 줄무늬의 각도 위치를 제어합니다. 가상 사분 테두리 중 하나가 날아 앞에 지점을 통과 때마다 전체 경기장의 조명의 색상이 변경됩니다. 훈련 기간 동안, 열 처벌은 두 색상 중 하나를 파견 이루어집니다. 테스트 동안, 더위가 영구적으로 꺼져 있고 파리의 색상 환경 설정 기록됩니다. 물론, 색상은 복합 시설 (Brembs 및 Heisenberg, 2001)에 대한 패턴과 결합 수 있습니다.

편주 토크 학습

편주 토크 학습 (; Heisenberg와 늑대, 1993 Brembs 및 Heisenberg, 2000) 이전에 설명된대로 수행됩니다. 파리의 자연 편주 토크 범위는 왼쪽이나 오른쪽으로 돌리고 중 하나에 해당하는 약 "왼쪽"과 "오른쪽"도메인으로 나뉘어져 있습니다. 경기장 벽에는 패턴이 없습니다. 훈련 기간 동안, 열은 파리의 편주 토크 하나의 도메인에 언제든지 적용과 토크가 다른에 전달하면 꺼져 있습니다. 테스트 단계에서 열은 영구적으로 꺼져 있으며, 편주 토크 도메인의 비행의 선택이 기록됩니다.

종합 학습

(Brembs 및 Heisenberg, 2000) 이전에 설명한대로 종합 학습, 편주 토크 학습의 확장 기능입니다. 기본적으로, 편주 토크 학습 및 색상 학습 동등한 operant (편주 토크)와 predictors (색상) 클래식과 함께 실험에 결합됩니다. 훈련 동안 비행은 비행의 편주 토크는 형벌과 관련된 도메인에 전달 때마다 가열합니다. 파리뿐만 아니라 온도뿐만 아니라 아레나 착색이 (녹색에서 청색 또는 반대로) 변경, 편주 토크 도메인을 스위치 때마다. 따라서, 편주 토크 도메인 및 색상은 열을 동등 predictors 역할을합니다. 테스트 단계에서 열은 영구적으로 꺼져 있으며, 편주 토크 도메인 / 색상은 파리의 선택이 기록됩니다.

토론

이 실험 설정은 고급 유전자 모델 생물로 실험 환경을 통해 최상의 컨트롤을 결합합니다. 이 프레 젠 테이션에 설명되어있는 절차를 사용하여 행동 특성의 다양한 분자와 신경 생물학 토대가 포함하게 조사하며 이에 제한되지 않음 수 자발적인 행동 생성 메커니즘, operant 및 고전 시설, 패턴 인식, 컬러 비전이나 코스 관리 .

Discussion

이 실험 설정은 고급 유전자 모델 생물로 실험 환경을 통해 최상의 컨트롤을 결합합니다. 이 프레 젠 테이션에 설명되어있는 절차를 사용하여 행동 특성의 다양한 분자와 신경 생물학 토대가 포함하게 조사하며 이에 제한되지 않음 수 자발적인 행동 생성 메커니즘, operant 및 고전 시설, 패턴 인식, 컬러 비전이나 코스 관리 .

Acknowledgements

토크 보상의 원래 디자인은 칼 괴쯔와 유래. 이 프레 젠 테이션의 특정 설치 대출에 대한 광범위하고 원래 마틴 Heisenberg와 하드 늑대에 의해 개발되었다. 난 그들의 지속적인 지원, 격려와 전문 지식에 대한이 두 사람 특히 빚을졌습니다.

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

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