L'apprentissage opérant de la drosophile à la couplemètre

Published 6/16/2008
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Biology
 

Summary

Mesure du couple de lacet de la drosophile attachés avec le compteur de couple permet le contrôle neuroscientifique exquis de la situation de relance de l'animal expérimental. Ensemble, avec les outils de génétique unique disponible dans la mouche des fruits, ce paradigme est utilisé pour une grande variété de recherches en neurobiologie.

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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

Pour les expériences sur le compteur de couple, les mouches sont conservés sur support volée standard à 25 ° C et une humidité de 60% avec un régime light/12hr 12h sombre. Un régime d'élevage standardisées assure bonne densité des larves et appariés selon l'âge des cohortes. Cold-anesthésiés mouches sont collés avec la tête et le thorax à un crochet en forme de triangle de la journée avant l'expérience. Rattaché à l'indicateur de couple par l'intermédiaire d'une pince, des manœuvres de la mouche vol prévu sont mesurés comme le moment angulaire autour de son axe vertical du corps. La mouche est placé au centre d'un panorama cylindrique pour accomplir le vol stationnaire. Une carte de l'analogique au convertisseur numérique alimente le signal de couple de lacet dans un ordinateur qui stocke la trace pour une analyse ultérieure. L'ordinateur contrôle également une variété de stimuli qui peut être mise sous contrôle de la mouche en fermant la boucle de rétroaction entre ces stimuli et la trace du couple de lacet. La punition est obtenu par application de chaleur à partir d'un laser infrarouge ajustable.

Protocol

Fly moyennes

La composition de la nourriture volée est critique pour l'apprentissage (Guo et al, 1996.)

  • Eau 1000 ml
  • 180 g de semoule de maïs
  • 10 g de soja
  • 18,5 g de levure
  • Agar 7,5 g
  • La mélasse 40 g
  • Sirop (betterave à sucre) 40 g
  • Nipagin 2,5 g

Chaque flacon est fourni avec une noisette de frais, pâte de levure vivante et un morceau de papier filtre pour fournir une surface supplémentaire pour les mouches et les nymphes.

Fly reproduction et de repos

La procédure suivante est effectuée chaque jour, conduisant à justement mis en scène des animaux cultivés à la densité appropriée. Toutes les mouches nouvellement ecclosed depuis la dernière procédure le jour précédent sont collectées pour l'élevage et des expériences. Le plus vieux flacons sans aucune pupes vivantes restant sont éliminés. Quatre mouches jours anciens sont ajoutés à un flacon de frais pour la ponte durant la nuit. La densité des mouches femelles devrait être d'environ 20 pour chaque flacon, ajusté pour la taille du flacon et la souche utilisée. La densité idéale est celle qui est suffisamment élevée pour le milieu de volée pour liquéfier au cours des stades larvaires et suffisamment bas pour que toutes les larves ont pupated avant la ecclose premières mouches. Les mouches de ponte de la journée précédente sont enlevés et jetés.

Volez la préparation

Les mouches sont conservés sur le standard de semoule de maïs / mélasse moyennes comme décrit plus haut à 25 ° C et une humidité de 60% avec un régime light/12hr 12h sombre. Après avoir brièvement immobilisant 24-48h mouches anciennes par le froid-anesthésie, les mouches sont collés (superglue verre anti UV adhésif, 505127A, Pacer technologie, Cucamonga, en Californie., USA) avec la tête et le thorax à un crochet en cuivre en forme de triangle (diamètre de 0,05 mm ) le jour avant l'expérience. Les animaux sont ensuite maintenues individuellement pendant la nuit dans de petites chambres humides contenant quelques grains de saccharose.

Un appareil

Le dispositif de base de la mise en place est le compensateur de couple (mètre de couple) (Götz, 1964). Il mesure le moment angulaire d'une mouche autour de son axe vertical du corps, causées par des manoeuvres de vol prévu. La mouche, collé à l'hameçon comme décrit ci-dessus, est joint à l'appareil via un couple de serrage pour accomplir vol stationnaire au centre d'un panorama cylindrique (aréna, diamètre 58mm), ce qui est homogène éclairées par l'arrière. La source lumineuse est une 100W, 12V de tungstène-iode ampoule. Pour l'éclairage vert et bleu de l'arène, la lumière passe à travers des filtres monochromatiques large bande de gélatine Wratten Kodak (# 47 et # 99, respectivement). Les filtres peuvent être échangés par un solénoïde rapide au sein de 0.1s. Sinon, l'arène est éclairé par "jour" en passant à travers un filtre bleu-vert (Rosco "surfblue" n ° 5433), ou sans filtre à tous. Le spectre de transmission du Rosco bleu-vert filtre utilisé dans cette étude est équivalente à celle d'un filtre BG18 (Schott, Mayence) et constitue un intermédiaire entre le bleu de Kodak et de filtres verts (Brembs et Hempel de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). L'arène peut être tourné autour de la volée en utilisant un moteur électrique commandé par ordinateur. Dans un tel «simulateur de vol" la situation, la vitesse angulaire de l'arène est proportionnelle à, mais dirigée contre le couple de lacet de la mouche (coefficient de couplage K =- 11 ° / s • 10-10nm). Cela permet à la volée afin de stabiliser le panorama et de contrôler son orientation angulaire. Cette «direction de vol" virtuels (ie, la position de l'aréna) est enregistrée en continu via un potentiomètre circulaire (Novotechnik, A4102a306). Un convertisseur analogique-numérique de la carte (PCL812; Advantech Co.) alimente le poste arène et le signal de couple de lacet dans un ordinateur qui stocke les traces (fréquence d'échantillonnage de 20Hz) pour une analyse ultérieure. La punition est obtenu par application de chaleur à partir d'un laser infrarouge ajustable (825 nm, 150 mW), dirigé par derrière et au-dessus sur la tête de la mouche et le thorax. Le faisceau laser est pulsé (largeur d'impulsion environ 200ms à ~ 4 Hz) et son intensité réduite pour assurer la survie de la mouche.

Expériences

Motif d'apprentissage

Pour le traditionnel modèle d'apprentissage expérience (Dill et Heisenberg, 1995; Dill et al, 1993, 1995;. Liu et al, 2006;. Liu et al, 1998;. Liu et al, 1999;. Wolf et Heisenberg, 1991) , quatre noires, en forme de T schémas d'orientation en alternance (ie, deux debout et deux inversée) sont régulièrement espacés sur le mur arène (Width Pattern ψ = 40 °, hauteur θ = 40 °, la largeur des barres = 14 °, comme on le voit partir de la position de la mouche). Un programme informatique divise les 360 ° de l'arène en quadrants virtuel 4 ° 90, dont les centres sont désignés par les modèles. Les mouches de contrôler la position angulaire des modes avec son couple de lacet (situation simulateur de vol). Pendant la formation, la punition la chaleur se fait contigus avec l'apparition de l'une des orientations modèle dans le champ visuel frontal. Renforcement de chaque motifest toujours égalisé au sein des groupes. Lors du test, la chaleur est définitivement éteint et la préférence modèle de la mouche enregistrées.

L'apprentissage Couleur

L'apprentissage des couleurs est réalisée comme décrit précédemment (Brembs et Heisenberg, 2000; Brembs et Hempel de Ibarra, 2006; Brembs et Wiener, 2006; Wolf et Heisenberg, 1997). L'arène est divisée en quadrants virtuels quatre ° 90, dont les centres sont notées par quatre bandes verticales identiques (largeur ψ = 14 °, hauteur θ = 40 °). La mouche est de contrôler la position angulaire des quatre bandes identiques avec son couple de lacet comme décrit pour les modèles en forme de T ci-dessus. La couleur de l'éclairage de la scène entière est changé chaque fois que l'une des frontières virtuelles quadrant passe un point en face de la volée. Pendant la formation, la punition la chaleur est subordonné à l'une des deux couleurs. Pendant le test, la chaleur est définitivement éteint et préférences de couleur de la mouche enregistrées. Bien sûr, les couleurs peuvent être combinées avec des modèles pour le conditionnement composé (Brembs et Heisenberg, 2001).

L'apprentissage couple de lacet

L'apprentissage couple de lacet est réalisée comme décrit précédemment (Brembs et Heisenberg, 2000; Heisenberg et Wolf, 1993). Spontanée de la mouche plage de couple de lacet est divisé en une «gauche» et «droite» du domaine, correspondant approximativement à deux virages à gauche ou à droite. Il n'y a pas des motifs sur le mur arène. Pendant la formation, la chaleur est appliquée à chaque couple de lacet de la mouche est dans un domaine et éteint quand le couple passe dans l'autre. Dans les phases de test, la chaleur est définitivement éteint et le choix de la mouche des domaines couple de lacet est enregistrée.

Composite de l'apprentissage

Composite de l'apprentissage est une extension de l'apprentissage couple de lacet, comme décrit précédemment (Brembs et Heisenberg, 2000). Fondamentalement, l'apprentissage du couple de lacet et l'apprentissage des couleurs sont combinées dans une expérience avec opérant équivalente (couple de lacet) et classiques (couleurs) prédicteurs. Pendant la formation, la mouche est chauffé à chaque couple de lacet de la mouche passe dans le domaine associé à la punition. Quand la volée commutateurs domaines couple de lacet, non seulement la température mais aussi la coloration arène est changé (du vert au bleu ou vice versa). Ainsi, le domaine du couple de lacet et de couleurs servent de prédicteurs équivalent de la chaleur. Dans les phases de test, la chaleur est définitivement éteinte et que la mouche choix des couleurs couple de lacet domaines / est enregistrée.

Discussion

Ce dispositif expérimental combine superbe contrôle sur les circonstances expérimentales avec un organisme modèle génétique de pointe. En utilisant les procédures décrites dans cette présentation, les fondements moléculaires et neurobiologiques d'une variété de traits comportementaux peuvent être étudiés, y compris, mais sans s'y limiter, les mécanismes de génération de comportements spontanés, conditionnement opérant et classique, la reconnaissance des formes, la vision des couleurs ou le contrôle bien sûr .

Discussion

Ce dispositif expérimental combine superbe contrôle sur les circonstances expérimentales avec un organisme modèle génétique de pointe. En utilisant les procédures décrites dans cette présentation, les fondements moléculaires et neurobiologiques d'une variété de traits comportementaux peuvent être étudiés, y compris, mais sans s'y limiter, les mécanismes de génération de comportements spontanés, conditionnement opérant et classique, la reconnaissance des formes, la vision des couleurs ou le contrôle bien sûr .

Acknowledgements

La conception originale du compensateur de couple originaire avec Karl Goetz. La configuration particulière de cette présentation est dans une large mesure sur le prêt et a été initialement développé par Martin Heisenberg et Reinhard Wolf. Je suis particulièrement redevable à ces deux personnes pour leur soutien, encouragement et d'expertise.

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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