果蝇在操作性学习扭力计

Published 6/16/2008
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Biology
 

Summary

拴果蝇与扭力计测量偏航力矩,使得神经学家精致控制的实验动物的刺激情况。在果蝇中具有独特的遗传工具,用于各种各样的神经生物学研究范式。

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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

在扭力计的实验,苍蝇在飞中等标准保持在25 ° C和60%,一个12小时light/12hr的黑暗制度的湿度。一个标准化养殖制度,确保正确的幼虫密度和年龄相匹配的同伙。冷麻醉苍蝇粘一个三角形形钩实验前一天的头部和胸部。苍蝇的飞行演习,通过钳扭力计,测量绕其垂直体轴的角动量。苍蝇是摆在中心的圆柱形全景完成固定航班。模拟数字转换卡饲料偏航扭矩信号进入计算机存储以供日后分析跟踪。计算机控制的各种苍蝇的控制下,可通过关闭这些刺激和偏航力矩跟踪反馈回路带来的刺激。申请可调红外激光的热量是通过处罚。

Protocol

飞介质

飞食品的成分,是学习的关键(郭等,1996)。

  • 水1000毫升
  • 玉米面180克
  • 大豆10克
  • 酵母18.5克
  • 琼脂7.5克
  • 糖蜜40克
  • 糖浆(甜菜)40克
  • 尼泊金2.5克

每一小瓶是提供一个新鲜的,活的酵母膏民建联和滤纸提供了一个额外的苍蝇和蛹表面。

苍蝇繁殖和分期

下面的过程是每天执行,导致精确地上演在适当的密度种植的动物。所有新ecclosed的苍蝇,因为就在前一天的最后一个步骤是收集繁殖和实验。最古老的小瓶无任何遗留的生活蛹被丢弃。四天老苍蝇被添加到一个新鲜瓶过夜产卵。雌蝇密度应约20每个小瓶,小瓶的大小调整和使用的应变。理想的密度是一个足够高的飞中型液化在幼虫期和足够低,这样,所有的幼虫前第一苍蝇ecclose pupated。前一天的产蛋苍蝇拆除和丢弃。

飞行准备

苍蝇标准玉米面/糖蜜介质保持在25以上所述° C和60%,一个12小时light/12hr的黑暗制度的湿度。在简要固定冷麻醉24 - 48H老苍蝇,苍蝇被粘一个三角形状的铜钩的头部和胸部(美国强力胶紫外线玻璃胶,505127A,步行者技术,Cucamonga,CA。)(直径0.05毫米实验)的前一天。然后单独保存的动物都含有蔗糖几粒小湿润商会过夜。

仪器

设置的核心器件是转矩补偿(扭力​​计)(格茨,1964年)。它措施一只苍蝇绕其垂直体轴角动量,造成预定飞行演习。飞,粘在上面所述的钩,是连接通过一个夹具,扭力计,完成在一个圆柱形全景(舞台,直径58毫米),这是从背后均匀照明中心固定航班。光源是100W,12V的灯泡钨碘。对于绿色和蓝色的舞台上的照明,光线通过单色宽带柯达Wratten明胶滤镜(#47和#99,分别)。过滤器可以由0.1秒内快速电磁交换。另外,舞台上亮起了“日光”,通过一个蓝绿色过滤器(罗斯科“surfblue”号5433),或没有过滤器在所有。罗斯科的蓝绿色在这项研究中所使用的过滤器的透射谱相当于一个BG18过滤器(肖特,美因茨),构成柯达蓝色和绿色过滤器(Brembs和亨普尔 - 伊瓦拉,2006年之间的一个中间,刘等人,1999)。竞技场可旋转周围使用了计算机控制的电动机动态。在这样的“飞行模拟器”的局面,舞台上的角速度成正比,但对果蝇的偏航力矩(耦合系数K =- 11 ° / S•10 - 10NM)。这使飞行稳定的全景,并控制其角度方向。这虚拟的“飞行的方向”(即,舞台上的地位)是通过一个圆形的电位器(Novotechnik,A4102a306)连续记录。模拟到数字转换卡(PCL812;研华)送入计算机存储以供日后分析的痕迹(采样频率20Hz)到舞台上的地位和偏航力矩信号。申请可调红外激光(825纳米,150兆瓦),从后面和上面的指示,到果蝇的头部和胸部,的热量是通过处罚。激光束脉冲(约200ms的脉冲宽度〜4Hz的),其强度降低,以确保飞的生存。

实验

模式学习

对于传统的学习模式实验(Dill和海森堡,1995年,莳萝等,1993年,1995年;刘等,2006;刘等,1998;刘等,1999年,狼和海森堡,1991年) ,均匀分布在舞台上墙(模式宽度ψ= 40 °,高度θ= 40 °,酒吧宽度= 14 °,看到四个黑色,T形交替方向模式(即,两个一身正气,两个倒)从飞行的位置)。一种计算机程序,分为4个虚拟90 °象限的舞台上的360 °,其中中心表示的模式。控制苍蝇的角位置与它的偏航力矩(飞行模拟器情况)的模式。在培训过程中,热的惩罚是连续出现在正面的视野格局方向之一。强化每个模式总是扳平组内。在测试过程中,热量是永久关闭和记录飞行的模式偏好。

颜色学习

如前所述,颜色学习(Brembs和海森堡,2000; Brembs和亨普尔 - 伊瓦拉,2006年; Brembs和维也纳,2006年,狼和海森堡,1997年)。舞台上是划分成四个虚拟90 °象限,其中心是由四个相同的竖条纹(宽ψ= 14 °,高度θ= 40 °)表示。苍蝇控制的四个相同的条纹其偏航力矩的T形图案,上面所述的角度位置。一个虚拟象限边界时通过一个点在前面飞,整个舞台照明的颜色改变。在培训过程中,热处罚是由两种颜色之一的队伍。在测试过程中,热量被永久关闭,并记录果蝇的色彩偏好。当然,颜色可以结合复合空调“(Brembs和海森堡,2001)的模式。

偏航扭矩学习

如前所述(Brembs和海森堡,2000年海森堡和Wolf,1993),执行偏航扭矩学习。分为“左”和“右”的域,大约对应的左边或右边轮流的果蝇的自发偏航扭矩范围。有在舞台上墙没有模式。在训练期间,热应用每当飞的偏航力矩是在一个域和关闭时的扭矩传递到其他。在测试阶段,热是永久关闭和果蝇的偏航力矩域选择记录。

综合学习

综合学习的偏航力矩学习的延伸,前面描述的“(Brembs和海森堡,2000)。基本上,偏航力矩学习和色彩的学习相结合,相当于操作性(偏航扭矩)和经典(颜色)的预测实验。在培训过程中,飞被加热时,飞的偏航力矩传递到处罚相关的域名。每当飞开关偏航扭矩域,不仅耐高温,而且舞台上的色彩改变(从绿色变为蓝色或反之亦然)。因此,偏航力矩域和色彩作为热量相当于预测。在测试阶段,热是永久关闭,只苍蝇的偏航力矩域/颜色的选择是记录。

讨论

这个实验装置,结合先进的遗传模式生物实验的情况下,高超的控制。使用在此演示文稿中所描述的程序,各种行为特征的分子和神经生物学的基础,可以进行调查,包括但不限于,自发行为的产生机制,操作性和古典空调,模式识别,色觉或过程控制。

Discussion

这个实验装置,结合先进的遗传模式生物实验的情况下,高超的控制。使用在此演示文稿中所描述的程序,各种行为特征的分子和神经生物学的基础,可以进行调查,包括但不限于,自发行为的产生机制,操作性和古典空调,模式识别,色觉或过程控制。

Acknowledgements

原设计的扭矩补偿的起源与卡尔戈茨。在此演示文稿中的特定的设置是对贷款在很大程度上,最初是由马丁海森堡和莱因哈德狼开发。我特别感谢他们的继续支持,鼓励和专业知识,这两种人。

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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