Summary

למידה אופרנטית של תסיסנית במד מומנט

Published: June 16, 2008
doi:

Summary

מדידת מומנט לסבסב של תסיסנית קשור עם מד מומנט מאפשר שליטה הנוירולוג מעולה של המצב גירוי של החיה ניסיוני. יחד עם כלים גנטיים ייחודיים זמין זבוב הפירות, פרדיגמה זו משמשת עבור מגוון רחב של מחקר הנוירוביולוגי.

Abstract

עבור ניסויים מד מומנט, זבובים נשמרים בינוני לטוס תקן של 25 ° C ו 60% לחות עם משטר light/12hr 12hr כהה. משטר גידול סטנדרטיים מבטיחה צפיפות הזחל נכונה בגיל בהתאמה הקבוצות. הקרה הרדים זבובים מודבקים עם הראש ואת בית החזה להתחבר בצורת משולש יום לפני הניסוי. הנספחות מד מומנט באמצעות מלחציים, שנועד של הזבוב תמרונים הטיסה הם כפי שנמדד על המומנטום הזוויתי סביב ציר אנכי הגוף שלה. לטוס ממוקם במרכז פנורמה גלילי להשיג טיסה נייח. כרטיס ממיר אנלוגי דיגיטלי מזין את מומנט לסבסב האות לתוך המחשב שמאחסן את זכר לניתוח מאוחר יותר. המחשב שולט גם מגוון רחב של גירויים אשר ניתן להשתלט של הזבוב על ידי סגירת לולאת המשוב בין גירויים עקבות מומנט לסבסב. ענישה מושגת על ידי הפעלת חום לייזר אינפרא אדום מתכווננת.

Protocol

טוס בינוני הרכב המזון לטוס הוא קריטי עבור למידה (גואו et al, 1996.) מים 1000 מ"ל 180 גרם קמח תירס 10 גרם סויה 18.5 גרם שמרים 7.5 גרם אגר 40 גרם מולסה סירופ (סלק סוכר) 40 גרם Nipagin 2.5 גרם כל בקבוקון מסופק עם טיפה של משחה, שמרים טריים חיים פיסת נייר לסנן כדי לספק משטח נוסף זבובים גלמים. טוס רבייה ובימוי ההליך הבא מתבצע כל יום, מה שמוביל בדיוק מבוים חיות גדל בצפיפות המתאימה. זבובים כל ecclosed החדש מאז הניתוח שעבר ביום הקודם נאספים לגידול וניסויים. צלוחיות הבכורה ללא גלמים כל החיים הנותרים מבוטלים. ארבעה זבובים יום ישנים מתווספים בקבוקון טרי בתצהיר ביצה לילה. צפיפות של זבובים הנשי צריך להיות כ 20 עבור כל בקבוקון, מותאם לגודל הבקבוקון ומתח בשימוש. צפיפות האידיאלי הוא אחד כי הוא גבוה מספיק עבור המדיום לטוס לנזל בשלבי הזחל נמוך מספיק כך הזחלים לכולם יש pupated לפני ecclose הזבובים הראשון. ההטלה זבובים מן היום הקודם יוסרו מבוטלים. טוס הכנה זבובים נשמרים בינוני קמח תירס / מולסה סטנדרטי כמתואר לעיל במהירות של 25 ° C ו 60% לחות עם משטר light/12hr 12hr כהה. לאחר זמן קצר לשתק 24-48h זבובים ישנים על ידי קר הרדמה, הזבובים מודבקים (דבק מגע דבק UV זכוכית, 505127A, הפייסר טכנולוגיה, Cucamonga, Ca., ארה"ב) עם הראש על החזה וו בצורת משולש נחושת (בקוטר 0.05mm ) יום לפני הניסוי. בעלי חיים נשמרים בנפרד אז לילה בתאי לח קטן המכיל כמה גרגרי סוכרוז. מנגנון המכשיר הליבה של עד שנקבע הוא מפצה מומנט (מד מומנט) (גץ, 1964). הוא מודד את התנע הזוויתי של לטוס סביב ציר אנכי הגוף שלה, הנגרמת על ידי תמרונים הטיסה המיועד. הזבוב, דבוק הקרס כפי שתואר לעיל, מצורף מד מומנט באמצעות מלחציים להשיג טיסה נייח במרכז פנורמה גלילי (בזירה, בקוטר 58mm), אשר מואר הומוגנית מאחור. מקור האור הוא 100W, נורת 12V טונגסטן, יוד. עבור תאורה ירוק וכחול של הזירה, האור עובר דרך מונוכרומטי רחב הלהקה קודאק מסננים Wratten ג'לטין (# 47 ו # 99, בהתאמה). מסננים ניתן להחליף ע"י סולנואיד מהיר בתוך 0.1s. לחלופין, בזירה מואר עם "אור" על ידי העברתו דרך פילטר כחול ירוק (רוסקו "surfblue" לא 5433), או ללא מסנן כלל. קשת תמסורת של המסנן רוסקו כחול ירוק נעשה שימוש במחקר זה הוא שווה ערך לזה של BG18 המסנן (שוט, מיינץ) ומהווה ביניים בין הכחול קודאק ומסננים ירוק (Brembs ואת המפל דה איברה, 2006; ליו ואח' ., 1999). בזירה ניתן לסובב סביב לטוס באמצעות מנוע חשמלי מבוקרת מחשב. בכל מצב כזה "סימולטור טיסה", את המהירות הזוויתית של הזירה הוא יחסי, אבל כנגד מומנט לסבסב של הזבוב (צימוד גורם K =- 11 ° / s • 10-10nm). זה מאפשר לטוס לייצב את פנורמה ולשלוט אוריינטציה הזוויתי שלו. "כיוון טיסה" זה וירטואלי (כלומר, העמדה בזירה) נרשם באופן רציף באמצעות potentiometer מעגלית (Novotechnik, A4102a306). אנלוגי לכרטיס ממיר דיגיטלי (PCL812; אדוונטק ושות') מאכיל את עמדת הזירה האות מומנט לסבסב למחשב אשר מאחסן את עקבות (דגימה בתדר 20Hz) לצורך ניתוח מאוחר יותר. ענישה מושגת על ידי הפעלת חום לייזר אינפרא אדום מתכווננת (825 ננומטר, 150 mW), בבימויו מאחור לעיל על ראשו של זבוב בית החזה. קרן הלייזר היא פעמו (כ 200ms רוחב הדופק ~ 4Hz) ואת עוצמתו מופחת כדי להבטיח את ההישרדות של הזבוב. ניסויים תבנית הלמידה לצורך ניסוי דפוס למידה מסורתיים (דיל של הייזנברג, 1995; שמיר ואח', 1993, 1995;. ליו et al, 2006;. ליו et al, 1998;. ליו et al, 1999;. וולף הייזנברג, 1991) ארבעה שחור, בצורת האות T דפוסי התמצאות לסירוגין (כלומר, שני זקוף ושתי הפוך) הם מחולקת באופן שווה על הקיר בזירה (דפוס רוחב ψ = 40 °, גובה θ = 40 °, רוחב של ברים = 14 °, כפי שניתן לראות מתוך עמדה של זבוב). תוכנית מחשב מחלק את 360 מעלות של הזירה תוך 4 וירטואלי הרביעים 90 °, מרכזי של אשר כונה על ידי דפוסי. הזבובים לשלוט על המיקום הזוויתי של דפוסי עם מומנט לסבסב שלה (סימולטור מצב טיסה). במהלך האימונים, עונש חום עשוי רציף עם הופעתו של אחד אוריינטציות דפוס בשדה הראייה חזיתית. חיזוק של כל דפוסהוא השווה תמיד בתוך קבוצות. במהלך הבדיקה, החום מופעלת כבויים והעדפה דפוס של הזבוב מוקלט. צבע למידה למידה צבע מבוצעת כמתואר לפני (Brembs ו הייזנברג, 2000; Brembs ואת המפל דה איברה, 2006; Brembs ו וינר, 2006; וולף הייזנברג, 1997). הזירה מחולק לארבעה וירטואלי הרביעים 90 °, המרכזים אשר מסומנים על ידי ארבעה פסים אנכיים זהים (רוחב ψ = 14 °, גובה θ = 40 °). הזבוב הוא שולט בעמדה זוויתית של ארבעה פסים עם מומנט זהה לסבסב שלה כפי שתואר על בצורת האות T דפוסי לעיל. הצבע של התאורה של הזירה כולה משתנה בכל אחד הגבולות ברבע וירטואלי עובר נקודה מול לטוס. במהלך האימונים, עונש חום עשוי מותנית באחד משני צבעים. במהלך הבדיקה, החום מופעלת כבויים והעדפות הצבע של הזבוב מוקלט. כמובן, הצבעים ניתן לשלב עם דפוסי למיזוג המתחם (Brembs ו הייזנברג, 2001). יא למידה מומנט למידה יא מומנט מבוצעת כפי שתואר לעיל (Brembs ו הייזנברג, 2000; הייזנברג וולף, 1993). מומנט בטווח ספונטנית של זבוב לסבסב מחולק "שמאל" תחום "נכון", המקביל בקירוב או פונה שמאלה או ימינה. אין דפוסים על הקיר בזירה. במהלך האימונים, חום מוחל בכל פעם מומנט לסבסב של הזבוב הוא תחום אחד כיבה כאשר מומנט עובר לתוך השני. בכל שלבי הבדיקה, חום מופעלת כבויים ובחירה של הזבוב של תחומים לסבסב מומנט מוקלט. Composite למידה למידה Composite הוא הרחבה של למידה מומנט לסבסב, כפי שתואר קודם לכן (Brembs ו הייזנברג, 2000). בעיקרון, למידה לסבסב מומנט ולמידה צבע משולבים ניסוי עם אופרנטית המקבילה (מומנט לסבסב) קלאסית (צבעים) מנבאים. במהלך האימונים, לטוס מחוממת בכל פעם מומנט לסבסב של הזבוב עובר לתחום הקשורים לעונש. בכל פעם לטוס בוררי תחומים לסבסב מומנט, לא רק לטמפרטורה אלא גם בזירה צבע משתנה (מירוק כחול או להיפך). לפיכך, תחום לסבסב מומנט וצבע לשמש מנבאים המקבילה של חום. בכל שלבי הבדיקה, חום מופעלת כבויים ורק בחירה של הזבוב של צבעים לסבסב מומנט תחומים / מוקלט. דיון זו ההגדרה ניסיוני המשלב שליטה מעולה על נסיבות ניסיוני עם אורגניזם מודל מתקדם גנטית. שימוש בהליכים המתוארים במצגת זו, הבסיס המולקולרי ו הנוירוביולוגי של מגוון רחב של תכונות התנהגותיות יכול להיחקר, לרבות אך לא רק, את המנגנונים של הדור התנהגות ספונטנית, התניה אופרנטית קלאסית, זיהוי תבניות, ראיית צבעים או שליטה כמובן .

Discussion

זו ההגדרה ניסיוני המשלב שליטה מעולה על נסיבות ניסיוני עם אורגניזם מודל מתקדם גנטית. שימוש בהליכים המתוארים במצגת זו, הבסיס המולקולרי ו הנוירוביולוגי של מגוון רחב של תכונות התנהגותיות יכול להיחקר, לרבות אך לא רק, את המנגנונים של הדור התנהגות ספונטנית, התניה אופרנטית קלאסית, זיהוי תבניות, ראיית צבעים או שליטה כמובן .

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

העיצוב המקורי של מפצה מומנט מקורו עם קארל גץ. ההתקנה מסוים במצגת זו היא במידה רבה על ההלוואה פותחה במקור על ידי מרטין הייזנברג ריינהרד וולף. אני אסיר תודה במיוחד אלה שני אנשים על המשך עידוד התמיכה שלהן, ומומחיות.

References

  1. Guo, A., et al. Conditioned visual flight orientation in Drosophila; Dependence on age, practice and diet. Learn. Mem.. 3, 49-59 (1996).
  2. Goetz, K. G. Optomotorische Untersuchung des visuellen Systems einiger Augenmutanten der Fruchtfliege Drosophila. Kybernetik. 2, 77-92 (1964).
  3. Liu, L., Wolf, R., Ernst, R., Heisenberg, M. Context generalization in Drosophila visual learning requires the mushroom bodies. Nature. 400, 753-756 (1999).
  4. Brembs, B., Hempel de Ibarra, N. Different parameters support generalization and discrimination learning in Drosophila at the flight simulator. Learn. Mem. 13, 629-637 (2006).
  5. Liu, G., et al. Distinct memory traces for two visual features in the Drosophila brain. Nature. 439, 551-556 (2006).
  6. Wolf, R., Heisenberg, M. Basic organization of operant behavior as revealed in Drosophila flight orientation. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 169, 699-705 (1991).
  7. Liu, L., et al. Conditioned visual flight orientation in Drosophila melanogaster abolished by benzaldehyde. Pharmacol Biochem Behav. 61, 349-355 (1998).
  8. Dill, M., Heisenberg, M. Visual pattern memory without shape recognition. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 349, 143-152 (1995).
  9. Dill, M., Wolf, R., Heisenberg, M. Visual pattern recognition in Drosophila involves retinotopic matching. Nature. 365, 751-753 (1993).
  10. Dill, M., Wolf, R., Heisenberg, M. Behavioral analysis of Drosophila landmark learning in the flight simulator. Learn. Mem. 2, 152-160 (1995).
  11. Wolf, R., Heisenberg, M. Visual Space from Visual Motion: Turn Integration in Tethered Flying Drosophila. Learn. Mem. 4, 318-327 (1997).
  12. Brembs, B., Heisenberg, M. The operant and the classical in conditioned orientation in Drosophila melanogaster at the flight simulator. Learn. Mem. 7, 104-115 (2000).
  13. Brembs, B., Wiener, J. Context generalization and occasion setting in Drosophila visual learning. Learn. Mem. 13, 618-628 (2006).
  14. Brembs, B., Heisenberg, M. Conditioning with compound stimuli in Drosophila melanogaster in the flight simulator. J Exp Biol. 204, 2849-2859 (2001).
  15. Heisenberg, M., Wolf, R. The sensory-motor link in motion-dependent flight control of flies. Rev. Oculomot. Res. 5, 265-283 (1993).

Play Video

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

View Video