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 JoVE Biology

Aprendizagem operante de Drosophila no medidor de Torque

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1Department of Neurobiology, Free University of Berlin

Article
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    Summary

    Medir o torque de guinada de Drosophila conectada com o medidor de torque permite o controle neurocientista requintados da situação de estímulo do animal experimental. Juntamente com as ferramentas genético único disponível na mosca da fruta, este paradigma é utilizado para uma ampla variedade de pesquisas neurobiológicas.

    Date Published: 6/16/2008, Issue 16; doi: 10.3791/731

    Cite this Article

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

    Abstract

    Para experiências no medidor de torque, moscas são mantidas em meio padrão voar a 25 ° C e umidade de 60% com um regime light/12hr 12h escuro. Um regime de melhoramento padronizado assegura densidade larvária adequada e pareados por idade coortes. Cold-anestesiados moscas são coladas com cabeça e tórax para um gancho em forma de triângulo um dia antes do experimento. Anexado ao medidor de torque através de uma pinça, as manobras da mosca voo são medidos como o momento angular em torno de seu eixo vertical do corpo. A mosca é colocado no centro de um panorama cilíndrico para realizar vôo estacionário. Analógico para um cartão de conversor digital alimenta o sinal de torque de guinada para um computador que armazena o rastreamento para posterior análise. O computador também controla uma variedade de estímulos que pode ser trazido sob o controle da mosca, fechando o ciclo de feedback entre esses estímulos eo traço torque guinada. Punição é conseguido pela aplicação de calor a partir de um laser infravermelho ajustável.

    Protocol

    Fly médio

    A composição dos alimentos é fundamental para voar de aprendizagem (Guo et al, 1996.)

    • 1000 ml de água
    • Farinha de milho 180 g
    • 10 g de soja
    • 18,5 g de fermento
    • Ágar 7,5 g
    • Melaço 40 g
    • Xarope (beterraba) 40 g
    • Nipagin 2,5 g

    Cada frasco é fornecido com um pouco de fermento fresco colar, vivendo e um pedaço de papel de filtro para proporcionar uma superfície adicional para moscas e pupas.

    Fly criação e encenação

    O procedimento a seguir é realizada todos os dias, levando a precisamente encenado animais cultivados na densidade apropriada. Todos os recém-moscas ecclosed desde o último procedimento do dia anterior são coletados para reprodução e experimentos. Os mais antigos frascos sem qualquer pupas que vivem restantes são descartados. Quatro moscas dia de idade são adicionados a um frasco de doce para a deposição de ovos durante a noite. A densidade de moscas fêmea deve ser de aproximadamente 20 para cada frasco, ajustado para o tamanho do frasco e da cepa utilizada. A densidade ideal é aquele que é alto o suficiente para o meio de voar para liquefazer durante as fases larval e baixa o suficiente de modo que todas as larvas têm pupated antes da ecclose voa primeiro. As moscas egg-laying do dia anterior são removidos e descartados.

    Fly preparação

    Moscas são mantidos em meio fubá / melaço padrão, como descrito acima a 25 ° C e umidade de 60% com um regime light/12hr 12h escuro. Após uma breve imobilizando 24-48h de idade por moscas frio anestesia, as moscas são colados (Superglue vidro UV adesivo, 505127A, Pacer Technology, Cucamonga, Ca., EUA), com cabeça e tórax de um gancho de cobre em forma de triângulo (0,05 milímetros de diâmetro ) dias antes do experimento. Os animais são então mantidas individualmente durante a noite em pequenas câmaras úmidas contendo alguns grãos de sacarose.

    Aparelho

    O dispositivo núcleo do set-up é o compensador de torque (torquímetro) (Götz, 1964). Ele mede o momento angular de uma mosca em torno do seu eixo vertical do corpo, causadas por manobras de vôo pretendido. A mosca, colada ao gancho, como descrito acima, está ligado ao medidor de torque através de um grampo para realizar vôo estacionário no centro de um panorama cilíndrico (arena, diâmetro 58mm), que é homogeneamente iluminado por trás. A fonte de luz é um 100W, lâmpada de tungstênio de iodo-12V. Para a iluminação verde e azul da arena, a luz é transmitida através de banda larga monocromática Kodak Wratten filtros de gelatina (# 47 e # 99, respectivamente). Os filtros podem ser trocados por um solenóide rápida dentro de 0.1s. Alternativamente, a arena é iluminado com "luz do dia" por passagem através de um filtro azul-verde (Rosco "surfblue" No. 5433), ou nenhum filtro em tudo. O espectro de transmissão do filtro Rosco azul-esverdeada usada neste estudo é equivalente ao de um filtro BG18 (Schott, Mainz) e constitui um intermediário entre o azul Kodak e filtros verde (Brembs Hempel e de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). A arena pode ser girado ao redor do fly usando um computador controlado motor elétrico. Em tal um "simulador de vôo" situação, a velocidade angular da arena é proporcional, mas dirigida contra torque da mosca yaw (acoplamento fator K =- 11 ° / s • 10-10Nm). Isso permite que o fly para estabilizar o panorama e controlar a sua orientação angular. Este "direção de vôo" virtual (ie, a posição arena) é registrado continuamente através de um potenciômetro circular (Novotechnik, A4102a306). Uma analógica para a digital do cartão conversor (PCL812; Advantech Co.) alimenta a posição arena e o sinal de torque de guinada para um computador que armazena os traços (amostragem de freqüência de 20Hz) para posterior análise. Punição é conseguido pela aplicação de calor a partir de um laser infravermelho ajustável (825 nm, 150 mW), dirigido por trás e acima sobre a cabeça da mosca e no tórax. O feixe de laser é pulsada (cerca de largura de pulso 200ms em ~ 4Hz) e sua intensidade reduzida para garantir a sobrevivência da mosca.

    Experimentos

    Aprendizagem padrão

    Para o experimento padrão-aprendizagem tradicional (Dill e Heisenberg, 1995; Dill et al, 1993, 1995;. Liu et al, 2006;. Liu et al, 1998;. Liu et al, 1999;. Wolf e Heisenberg, 1991) , quatro negros, em forma de T padrões de orientação alternada (ou seja, dois na vertical e duas invertido) são espaçadas na parede arena (largura padrão de ψ = 40 ° altura, θ = 40 °, largura de barras = 14 °, como visto a partir da posição da mosca). Um programa de computador divide o 360 ° da arena em 4 quadrantes virtuais 90 °, cujo centro são indicados pelos padrões. As moscas controlar a posição angular dos padrões com seu torque de guinada (situação simulador de vôo). Durante o treinamento, a punição de calor é feita contígua com o aparecimento de uma das orientações padrão na área frontal visual. Reforço de cada padrãoé sempre empatou dentro de grupos. Durante o teste, o calor está permanentemente desligado e de preferência da mosca padrão registrado.

    Aprender de cor

    Aprendizagem de cor é realizado como descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000; Brembs Hempel e de Ibarra, 2006; Brembs e Wiener, 2006; Wolf e Heisenberg, 1997). A arena é dividida em quatro quadrantes virtuais 90 °, os centros dos quais são denotados por quatro listras verticais idênticos (largura ψ = 14 ° altura, θ = 40 °). A mosca está a controlar a posição angular das quatro faixas idênticas com seu torque de guinada, como descrito para os padrões T-shaped acima. A cor da iluminação de toda a arena é alterado sempre que uma das fronteiras virtuais quadrante passa um ponto na frente do fly. Durante o treinamento, a punição de calor é subordinada em uma das duas cores. Durante os testes, o calor está permanentemente desligado e de preferência da mosca de cor gravada. É claro, as cores podem ser combinados com testes padrões para o condicionamento de compostos (Brembs e Heisenberg, 2001).

    Yaw aprendizagem torque

    Yaw aprendizagem torque é realizada conforme descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000; Heisenberg e Wolf, 1993). Faixa da mosca torque espontânea yaw é dividida em uma "esquerda" e de domínio "direito", correspondendo aproximadamente a qualquer vira à esquerda ou à direita. Não existem padrões na parede arena. Durante o treinamento, o calor é aplicada sempre que o torque da mosca guinada está em um domínio e desligado quando o torque passa para o outro. Nas fases de teste, o calor é permanentemente desligado e escolha da mosca de domínios yaw torque é gravado.

    Aprendizagem Composite

    Aprendizagem Composite é uma extensão da guinada aprendizagem torque, como descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000). Basicamente, yaw aprendizagem torque e aprendizagem de cores são combinadas em um experimento com operante equivalente (torque yaw) e clássicos (cores) preditores. Durante o treinamento, a mosca é aquecido sempre torque da mosca guinada passa para o domínio associado a punição. Sempre que a mosca muda domínios torque guinada, não apenas a temperatura, mas também coloração arena é alterado (de verde para azul ou vice-versa). Assim, yaw domínio torque e cor servem como preditores equivalente de calor. Nas fases de teste, o calor é permanentemente desligado e apenas a escolha da mosca de cores torque yaw domínios / é gravado.

    Discussão

    Esta configuração experimental combina excelente controle sobre as circunstâncias experimentais com um organismo modelo avançado genética. Utilizando os procedimentos descritos nesta apresentação, as bases moleculares e neurobiológicos de uma variedade de características comportamentais podem ser investigadas, incluindo, mas não limitado a, os mecanismos de geração de comportamento espontâneo, condicionamento operante e clássico, reconhecimento de padrões, visão de cores ou controle curso .

    Discussion

    Esta configuração experimental combina excelente controle sobre as circunstâncias experimentais com um organismo modelo avançado genética. Utilizando os procedimentos descritos nesta apresentação, as bases moleculares e neurobiológicos de uma variedade de características comportamentais podem ser investigadas, incluindo, mas não limitado a, os mecanismos de geração de comportamento espontâneo, condicionamento operante e clássico, reconhecimento de padrões, visão de cores ou controle curso .

    Disclosures

    Acknowledgements

    O projeto original do compensador de torque origina com Karl Goetz. A configuração especial nesta apresentação é em grande medida, empréstimo e foi originalmente desenvolvido por Martin Heisenberg e Wolf Reinhard. Estou especialmente grato a estas duas pessoas para o seu contínuo apoio, incentivo e expertise.

    References

    1. Forthcoming.

    Comments

    5 Comments

    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

    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

    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

    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: AnonymousOctober 15, 2009, 10:40 AM

    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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