L'apprendimento della Drosophila operante presso il misuratore di coppia

Published 6/16/2008
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Biology
 

Summary

Misurazione della coppia di imbardata Drosophila legato con il misuratore di coppia consente il controllo squisito neuroscienziato della situazione stimolo degli animali sperimentali. Insieme con gli strumenti genetico unico disponibile nel moscerino della frutta, questo paradigma è utilizzato per una vasta gamma di ricerca neurobiologica.

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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

Per gli esperimenti al contatore di coppia, le mosche sono conservati su supporto standard di volare a 25 ° C e 60% di umidità con un regime di 12 ore light/12hr buio. Un regime di allevamento standard assicura adeguata densità larvale e di pari età coorti. Freddo anestetizzati mosche sono incollati con la testa e il torace di un triangolo a forma di gancio il giorno prima l'esperimento. In allegato al metro coppia tramite un morsetto, manovre di volo destinato al volo sono misurati come il momento angolare attorno al suo asse verticale del corpo. La mosca è posto al centro di un panorama cilindrico per realizzare volo stazionario. Un convertitore analogico digitale a carta alimenta il segnale di coppia di imbardata in un computer che memorizza la traccia per un'analisi successiva. Il computer controlla anche una varietà di stimoli che può essere tenuta sotto controllo della mosca chiudendo il circuito di feedback tra questi stimoli e la traccia della coppia di imbardata. La punizione è ottenuta applicando calore da un laser a infrarossi regolabile.

Protocol

Vola media

La composizione del cibo mosca è fondamentale per l'apprendimento (Guo et al, 1996.)

  • 1000 ml di acqua
  • Farina di mais 180 g
  • 10 g di semi di soia
  • 18,5 g di lievito
  • Agar 7,5 g
  • 40 g di melassa
  • Sciroppo (barbabietola da zucchero) 40 g
  • Nipagin 2,5 g

Ogni flacone è fornito con una piccola quantità di fresco, pasta di lievito vivo e un pezzo di carta da filtro per fornire una superficie aggiuntiva per le mosche e le pupe.

Vola l'allevamento e la stadiazione

La seguente procedura viene eseguita ogni giorno, portando a proprio messo in scena gli animali cresciuti alla densità appropriata. Tutte le mosche nuova ecclosed dopo l'ultima procedura del giorno prima sono raccolti per l'allevamento ed esperimenti. La più antica fiale senza pupe vivono rimanenti vengono scartati. Quattro mosche giorno di vita vengono aggiunti a una fiala fresca per la deposizione di uova durante la notte. La densità di mosche femmina dovrebbe essere di circa 20 per ogni fiala, corretto per la dimensione del flaconcino e il ceppo utilizzato. La densità ideale è quella che è abbastanza alto per il mezzo volano per liquefare durante gli stadi larvali e abbastanza basso in modo che tutte le larve hanno pupated prima della ecclose prime mosche. La deposizione delle uova d'aria dal giorno precedente vengono rimossi ed eliminati.

Vola preparazione

Le mosche sono tenuti a standard di farina di mais / melassa media come descritto sopra a 25 ° C e 60% di umidità con un regime di 12 ore light/12hr buio. Dopo aver brevemente immobilizzare le mosche vecchio 24-48h dal freddo anestesia, le mosche sono incollato (colla UV vetro adesivo, 505127A, Pacer Tecnologia, Cucamonga, Ca., USA) con la testa e il torace di un triangolo a forma di gancio di rame (diametro 0,05 millimetri ) il giorno prima dell'esperimento. Gli animali vengono poi tenuti individualmente durante la notte in piccole camere umido contenente alcuni chicchi di saccarosio.

Apparato

Il dispositivo centrale del set-up è il compensatore di coppia (torsiometro) (Götz, 1964). Esso misura il momento angolare di una mosca intorno al suo asse verticale del corpo, causata da manovre di volo previsto. La mosca, incollati al gancio come sopra descritto, è collegato al contatore di coppia tramite un morsetto per realizzare volo stazionario al centro di un panorama cilindrico (arena, diametro 58mm), che è omogeneamente illuminato da dietro. La sorgente luminosa è un 100W, 12V tungsteno-iodio bulbo. Per l'illuminazione verde e blu dell'arena, la luce viene fatta passare attraverso monocromatica a banda larga Kodak Wratten filtri gelatina (# 47 e # 99, rispettivamente). I filtri possono essere scambiati da un solenoide veloce all'interno di 0.1s. In alternativa, l'arena è illuminato con "luce del giorno", passando attraverso un filtro blu-verde (Rosco "surfblue" No. 5433), nessun filtro o del tutto. Lo spettro di trasmissione del blu-verde filtro Rosco utilizzato in questo studio è equivalente a quella di un filtro BG18 (Schott, Mainz) e costituisce un intermedio tra il blu Kodak e filtri verdi (Brembs e Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). L'arena può essere ruotato attorno al volo usando un computer a controllo motore elettrico. In una tale situazione "simulatore di volo", la velocità angolare del campo è proporzionale, ma contro una coppia di imbardata della mosca (accoppiamento fattore K =- 11 ° / s • 10-10Nm). Questo permette al volo per stabilizzare il panorama e per controllare il suo orientamento angolare. Questo virtuale "direzione di volo" (cioè, la posizione arena) è registrata in modo continuo tramite un potenziometro circolare (Novotechnik, A4102a306). Una scheda analogica a quella digitale (PCL812; Advantech Co.) alimenta la posizione arena e il segnale di coppia di imbardata in un computer che memorizza le tracce (frequenza di campionamento 20 Hz) per una successiva analisi. La punizione è ottenuta applicando calore da un laser a infrarossi regolabile (825 nm, 150 mW), diretto da dietro e soprattutto sulla testa della mosca e del torace. Il raggio laser è pulsato (circa 200ms a larghezza d'impulso ~ 4 Hz) e la sua intensità ridotta per assicurare la sopravvivenza della mosca.

Esperimenti

Modello di apprendimento

Per il tradizionale modello di apprendimento-esperimento (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) , quattro nero, a forma di T modelli di orientamento alternato (cioè due in piedi e due capovolto) sono distribuiti uniformemente sulla parete arena (modello larghezza ψ = 40 °, altezza θ = 40 °, larghezza delle barre = 14 °, come si è visto dalla posizione della mosca). Un programma per elaboratore divide il 360 ° dell'arena virtuale in 4 quadranti 90 °, i cui centri sono indicati con i modelli. Le mosche controllare la posizione angolare dei modelli con la sua coppia di imbardata (simulatore di volo situazione). Durante l'addestramento, la punizione di calore è fatto contiguo con la comparsa di uno degli orientamenti modello nel campo visivo frontale. Rinforzo di ciascun modelloè sempre pareggiato all'interno dei gruppi. Durante il test, il calore è sempre spento e la preferenza modello della mosca registrato.

Colore di apprendimento

Apprendimento del colore viene eseguita come descritto in precedenza (Brembs e Heisenberg, 2000; Brembs e Hempel de Ibarra, 2006; Brembs e Wiener, 2006; Wolf e Heisenberg, 1997). L'arena è divisa in quattro quadranti virtuali 90 °, i cui centri sono indicati con quattro strisce verticali uguali (larghezza ψ = 14 °, altezza θ = 40 °). La mosca è il controllo della posizione angolare dei quattro strisce uguali con la sua coppia di imbardata, come descritto per il T-forma di modelli di cui sopra. Il colore di illuminazione del campo tutto è cambiato ogni volta che una delle frontiere quadrante virtuale passa un punto di fronte al volo. Durante l'addestramento, la punizione di calore è subordinata su uno dei due colori. Durante il test, il calore è sempre spento e la preferenza del colore della mosca registrato. Naturalmente, i colori possono essere combinati con i modelli per il condizionamento composto (Brembs e Heisenberg, 2001).

Yaw coppia di apprendimento

Apprendimento della coppia di imbardata viene eseguita come descritto in precedenza (Brembs e Heisenberg, 2000; Heisenberg e Wolf, 1993). La mosca spontanea gamma di coppia di imbardata è diviso in una "sinistra" e del dominio "destra", che corrisponde circa a uno gira a sinistra oa destra. Non ci sono modelli a parete arena. Durante l'addestramento, il calore viene applicata ogni volta che una coppia di imbardata della mosca è in un dominio e spento quando la coppia passa nell'altro. Nelle fasi di test, il calore è sempre spento e la scelta della mosca di imbardata domini coppia viene registrato.

Apprendimento composito

Apprendimento composito è un'estensione di apprendimento della coppia di imbardata, come descritto in precedenza (Brembs e Heisenberg, 2000). Fondamentalmente, l'apprendimento della coppia di imbardata e l'apprendimento dei colori sono combinati in un esperimento con operante equivalente (coppia di imbardata) e classica (colori) predittori. Durante l'addestramento, la mosca è riscaldato ogni volta che una coppia di imbardata della mosca passa nel dominio associato con la punizione. Ogni volta che il volo passa domini coppia di imbardata, non solo la temperatura ma anche colorazione arena è cambiato (da verde a blu o viceversa). Così, il dominio della coppia di imbardata e di colore servire come predittori equivalente di calore. Nelle fasi di test, il calore viene definitivamente spenta e solo la scelta della mosca di colori coppia di imbardata domini / viene registrato.

Discussione

Questa configurazione sperimentale abbina il controllo superbo su circostanze sperimentale con un organismo avanzato modello genetico. Utilizzando le procedure descritte in questa presentazione, le basi molecolari e neurobiologiche di una serie di tratti comportamentali possono essere indagati, tra cui, ma non limitati a, i meccanismi di generazione comportamento spontaneo, condizionamento operante e classica, pattern recognition, visione a colori o in corso di controllo .

Discussion

Questa configurazione sperimentale abbina il controllo superbo su circostanze sperimentale con un organismo avanzato modello genetico. Utilizzando le procedure descritte in questa presentazione, le basi molecolari e neurobiologiche di una serie di tratti comportamentali possono essere indagati, tra cui, ma non limitati a, i meccanismi di generazione comportamento spontaneo, condizionamento operante e classica, pattern recognition, visione a colori o in corso di controllo .

Acknowledgements

Il design originale del compensatore di coppia nasce con Karl Goetz. La configurazione particolare in questa presentazione è in gran parte in prestito ed è stato originariamente sviluppato da Martin Heisenberg e Reinhard Wolf. Sono particolarmente in debito con queste due persone per il loro continuo sostegno, incoraggiamento e competenza.

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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