El aprendizaje operante de Drosophila en el medidor de torque

Published 6/16/2008
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Biology
 

Summary

Medir el par de atados de guiñada Drosophila con el medidor de par motor permite que el control neurocientífico exquisito de la naturaleza del estímulo de los animales de experimentación. Junto con las herramientas de genética única disponible en la mosca de la fruta, este paradigma se utiliza para una amplia variedad de la investigación neurobiológica.

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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

Para los experimentos en el medidor de torque, las moscas se mantienen en un medio de vuelo estándar a 25 ° C y 60% de humedad con un régimen de 12h light/12hr oscuro. Un régimen de cría estandarizada asegura la densidad adecuada de larvas y las cohortes de edades similares. Frío anestesiados moscas se pegan con la cabeza y el tórax con un gancho en forma de triángulo el día antes del experimento. Se adjunta a la par de metros a través de una pinza, la mosca intención maniobras de vuelo se mide como el momento angular alrededor de su eje vertical del cuerpo. La mosca se coloca en el centro de un panorama cilíndrico para realizar vuelo estacionario. Un análogo de la tarjeta convertidora de señal digital se alimenta la señal del par de guiñada en un ordenador que almacena la traza para su posterior análisis. El equipo también controla una variedad de estímulos que pueden estar bajo control de la mosca de cerrar el bucle de retroalimentación entre estos estímulos y el seguimiento del par de derrape. El castigo se logra mediante la aplicación de calor de un láser infrarrojo ajustable.

Protocol

Volar medio

La composición de los alimentos mosca es crítico para el aprendizaje (Guo et al, 1996.)

  • 1000 ml de agua
  • 180 g de harina de maíz
  • De soja 10 g
  • 18,5 g de levadura
  • 7,5 g de agar
  • Melaza 40 g
  • Jarabe (remolacha azucarera) 40 g
  • Nipagin 2,5 g

Cada vial se suministra con un poco de pasta fresca, levadura de vida y un pedazo de papel de filtro para proporcionar una superficie adicional para las moscas y las pupas.

Reproducción de moscas y puesta en escena

El siguiente procedimiento se realiza todos los días, lo que precisamente realizaron animales criados en la densidad adecuada. Todas las moscas recién ecclosed ya que el procedimiento por última vez el día anterior se recogen para la cría y experimentos. Los más antiguos viales sin ningún tipo de pupas viven restantes se descartan. Cuatro moscas días de edad se suman a un vial de nuevo para la deposición de huevos durante la noche. La densidad de moscas hembra debe ser de aproximadamente 20 por cada vial, ajustado por el tamaño del frasco y se utiliza la cepa. La densidad ideal es aquel que es lo suficientemente alta como para el medio de volar a licuarse durante las etapas de larva y lo suficientemente bajo de tal manera que todas las larvas han empupado antes de la ecclose primeras moscas. Las moscas ponen huevos desde el día anterior se extrae y se desecha.

Volar preparación

Las moscas se mantienen en el nivel de harina de maíz / melaza medio como se describió anteriormente a 25 ° C y 60% de humedad con un régimen de 12h light/12hr oscuro. Después de una breve inmovilizar 24-48h moscas de edad por el frío de la anestesia, las moscas se pegan (SuperGlue UV de vidrio adhesivo, 505127A, Pacer Technology, Cucamonga, CA., EE.UU.) con la cabeza y el tórax con un gancho de cobre en forma de triángulo (diámetro 0,05 mm ) el día antes del experimento. Los animales son entonces mantenerse aisladas durante la noche en pequeñas cámaras húmedas que contienen unos pocos granos de sacarosa.

Aparato

El dispositivo central de la puesta en marcha es el compensador de torque (par metro) (Götz, 1964). Que mide el momento angular de una mosca alrededor de su eje vertical del cuerpo, causada por las maniobras de vuelo previsto. La mosca, pegado al anzuelo como se describe anteriormente, se une a la par de metros a través de una pinza para llevar a cabo vuelo estacionario en el centro de un panorama cilíndrico (arena, diámetro 58 mm), que es homogéneamente iluminados por detrás. La fuente de luz es un 100W, 12V de tungsteno-yodo bombilla. Para la iluminación verde y azul de la arena, la luz pasa a través de filtros de banda ancha monocromática Kodak Wratten de gelatina (# 47 y # 99, respectivamente). Los filtros pueden ser intercambiados por un solenoide rápida en 0,1 segundos. Por otra parte, el escenario se ilumina con "luz" al pasar por un filtro azul-verde (Rosco "surfblue" N º 5433), o sin filtro en absoluto. El espectro de transmisión de la Rosco azul-verde filtro utilizado en este estudio es equivalente a la de un filtro BG18 (Schott, Mainz) y constituye un intermedio entre el azul de Kodak y los filtros verdes (Brembs y Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). La arena se puede girar alrededor de la mosca con un motor eléctrico controlado por ordenador. En un "simulador de vuelo" la situación, la velocidad angular de la arena es proporcional, pero en contra del par de guiñada de la mosca (acoplamiento factor K =- 11 ° / s • 10-10 Nm). Esto permite a la marcha para estabilizar el panorama y para controlar su orientación angular. Esta virtual "la dirección de vuelo" (es decir, la posición de arena) se graba continuamente a través de un potenciómetro circular (Novotechnik, A4102a306). Un sistema analógico al digital tarjeta convertidora (PCL812; Advantech Co.) se alimenta de la posición de la arena y la señal del par de guiñada en un ordenador que almacena las huellas (frecuencia de muestreo 20 Hz) para su posterior análisis. El castigo se logra mediante la aplicación de calor de un láser ajustable de infrarrojos (825 nm, 150 mW), dirigida por detrás y por encima en la cabeza de la mosca y el tórax. El rayo láser es pulsado (aproximadamente de ancho de pulso de 200ms en ~ 4 Hz) y su intensidad reducida para asegurar la supervivencia de la mosca.

Experimentos

Patrón de aprendizaje

Para los patrones tradicionales de aprendizaje experimento (Dill y Heisenberg, 1995; eneldo et al, 1993, 1995;. Liu et al, 2006;. Liu et al, 1998;. Liu et al, 1999;. Wolf y Heisenberg, 1991) , cuatro negro, en forma de T patrones de orientación alterna (es decir, dos verticales y dos invertida) se espacian uniformemente en la pared de arena (patrón de ancho de ψ = 40 °, la altura de θ = 40 °, ancho de las barras = 14 °, como se ha visto desde la posición de la mosca). Un programa de computadora divide el 360 ° de la arena en 4 cuadrantes · virtual 90, los centros de los cuales se denotan por los patrones. El control de las moscas de la posición angular de los patrones con su par de guiñada (situación simulador de vuelo). Durante el entrenamiento, el castigo calor es contigua a la aparición de una de las orientaciones patrón en el campo visual frontal. Refuerzo de cada patrónsiempre se igualan dentro de los grupos. Durante la prueba, el calor está permanentemente apagado y registró la preferencia de la mosca del patrón.

Color de aprendizaje

El aprendizaje del color se realiza como se describió anteriormente (Brembs y Heisenberg, 2000; Brembs y Hempel de Ibarra, 2006; Brembs y Wiener, 2006; Wolf y Heisenberg, 1997). El escenario se divide en cuatro cuadrantes · virtual 90, los centros de los cuales se denotan por cuatro franjas verticales idénticos (ancho ψ = 14 °, la altura de θ = 40 °). La mosca es el control de la posición angular de las cuatro barras idénticas a su par de guiñada como se describe para los patrones en forma de T por encima. El color de la iluminación de toda la arena se cambia cada vez que una de las fronteras virtuales cuadrante pasa por un punto frente a la marcha. Durante el entrenamiento, el castigo de calor está supeditada a uno de los dos colores. Durante la prueba, el calor está permanentemente apagado y registró la preferencia de la mosca de color. Por supuesto, los colores se pueden combinar con los patrones para el acondicionamiento del compuesto (Brembs y Heisenberg, 2001).

Guiñada aprendizaje par

Aprendizaje de desvío de par se realiza como se describió previamente (Brembs y Heisenberg, 2000, Heisenberg y Wolf, 1993). La mosca de la gama espontánea par de guiñada se divide en una "izquierda" y "derecho" de dominio, que corresponde aproximadamente a cualquiera de giros a la izquierda oa la derecha. No hay patrones en la pared de arena. Durante el entrenamiento, el calor se aplica cuando el par de la mosca de guiñada se encuentra en un dominio y se apaga cuando el par pasa a la otra. En las fases de prueba, el calor está permanentemente apagado y la elección de la mosca de la guiñada dominios registrados es par.

Aprendizaje compuesto

Aprendizaje compuesto es una extensión del aprendizaje par de orientación, como se describió anteriormente (Brembs y Heisenberg, 2000). Básicamente, el aprendizaje y el aprendizaje de orientación par de colores se combinan en un experimento con operante equivalente (par de guiñada) y clásica (colores) predictores. Durante el entrenamiento, la mosca se calienta cada vez que el par de la mosca de guiñada pasa al dominio asociado con el castigo. Cada vez que cambia la marcha dominios desvío de par, no sólo la temperatura sino también la coloración escenario ha cambiado (de verde a azul o viceversa). Por lo tanto, de dominio y el color de orientación par servir como predictores equivalente de calor. En las fases de prueba, el calor está permanentemente apagado y la única opción de la mosca de colores par de guiñada dominios / es registrada.

Discusión

Esta instalación experimental combina un excelente control sobre las circunstancias experimentales con un organismo modelo genético avanzado. Utilizando los procedimientos descritos en esta presentación, los fundamentos moleculares y neurobiológicos de una variedad de rasgos de comportamiento pueden ser investigados, incluyendo pero no limitado a, los mecanismos de generación de un comportamiento espontáneo, el condicionamiento operante y clásico, el reconocimiento de patrones, la visión del color o el control de curso .

Discussion

Esta instalación experimental combina un excelente control sobre las circunstancias experimentales con un organismo modelo genético avanzado. Utilizando los procedimientos descritos en esta presentación, los fundamentos moleculares y neurobiológicos de una variedad de rasgos de comportamiento pueden ser investigados, incluyendo pero no limitado a, los mecanismos de generación de un comportamiento espontáneo, el condicionamiento operante y clásico, el reconocimiento de patrones, la visión del color o el control de curso .

Acknowledgements

El diseño original del compensador de torque se origina con Karl Goetz. La configuración particular en esta presentación es en gran medida, en calidad de préstamo y fue desarrollado originalmente por Martin Heisenberg y el lobo Reinhard. Estoy especialmente en deuda con estas dos personas por su apoyo continuo estímulo y experiencia.

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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