JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
신경과학

Appetitieve Associatieve Olfactorische Learning in<em> Drosophila</em> Larven

Published: February 18, 2013
doi:
10.3791/4334
, , , ,
1Department of Biology,University of Konstanz, 2Department of Biology,University of Fribourg

Summary

Drosophila larven zijn in staat om geur stimuli associëren met smaak beloning. Hier beschrijven we een eenvoudige gedragsmatige paradigma dat de analyse van appetitieve associatief olfactorische leren mogelijk maakt.

Abstract

In het volgende beschrijven we de methodologische details van appetitieve associatief olfactorische leren in Drosophila larven. De opstelling in combinatie met genetische storingen is een handvat om de neuronale en moleculaire grondslagen van specifiek associatief leren analyseren in eenvoudige larvale hersenen.

Organismen kunnen gebruiken ervaringen uit het verleden aan de huidige gedrag aan te passen. Deze verwerving van potentiële gedrag kan worden gedefinieerd als leren en de fysieke bases van deze mogelijkheden als geheugen sporen 1-4. Neurowetenschappers te begrijpen hoe deze processen zijn georganiseerd in termen van moleculaire en neuronale veranderingen in de hersenen door verschillende methoden in modelorganismen variërend van insecten tot 5,6 vertebraten. Voor deze inspanningen is het handig om te gebruiken modelsystemen die eenvoudig en experimenteel toegankelijk. De Drosophila larve bleek deze eisen voldoen gebaseerd opde beschikbaarheid van krachtige gedrag assays, het bestaan ​​van verschillende transgene technieken en de elementaire organisatie van het zenuwstelsel die slechts ongeveer 10.000 neuronen (met enige voordelen: cognitieve beperkingen, weinig gedragsalternatieven en rijke ervaring bedenkelijk) 7-10 .

Drosophila larven kunnen vormen associaties tussen geuren en appetitieve smaak versterking zoals suiker 11-14. In een standaard assay, die in het lab van B. Gerber krijgen de dieren twee geur wederzijdse training: Een eerste groep van larven wordt blootgesteld aan een geur A samen met een smaak bekrachtiger (suiker beloning) en vervolgens blootgesteld aan een geur B zonder wapening 9. Inmiddels is er een tweede groep van larven krijgt wederzijdse opleiding, terwijl het ervaren van geur A zonder wapening en vervolgens worden blootgesteld aan geur B met versterking (suiker beloning). In de volgende twee groepen tested voor hun voorkeur tussen de twee geuren. Relatief hogere voorkeuren voor de beloonde geur weerspiegelen associatief leren – gepresenteerd als een prestatie-index (PI). De conclusie met betrekking tot de associatieve aard van de prestatie-index is dwingend, want afgezien van de contingentie tussen geuren en tastants, andere parameters, zoals geur en beloning blootstelling, verstrijken van de tijd en de behandeling verschilt niet tussen de twee groepen 9.

Protocol

1. Voorbereiding Drosophila wild-type larven worden opgewekt bij 25 ° C en 60% -80% vochtigheid in een 14/10 licht / donker-cyclus. Voor het regelen van de exacte leeftijd van de larven altijd 20 vrouwtjes worden gebracht met 10 mannen in een flacon (6 cm hoog en 2,5 cm diameter) dat ongeveer 6 ml van de standaard vlieg voedsel bevat. Vliegen mogen eieren gedurende 12 uur en overgebracht naar een nieuw buisje op de tweede dag. 5-6 dagen na eierleggende larven bij de voeding 3e instar stad…

Representative Results

Figuur 1A toont een overzicht van de experimentele procedures voor larvale olfactorische associatief leren. Door de combinatie van een van de twee voorgestelde geuren een suiker beloning larven verwerven gedrag potentieel een aantrekkelijk antwoord naar de beloning geur in vergelijking met de expressie beloond geur. Twee groepen larven worden altijd getraind door een van beide het koppelen van de bekrachtiger met de geur LGO of AM. De prestatie-index (PI) meet de associatieve functie als het verschil in…

Discussion

De beschreven opstelling in Drosophila larven maakt voor het onderzoek naar associatieve olfactorische leren in een relatief lagere hersenen. De aanpak is eenvoudig, goedkoop, eenvoudig vast te stellen in een lab en vereist geen high-tech apparatuur 9. Wij presenteren een versie van het experiment om begerend associatief leren versterkt door fructose beloning 11 bestuderen. De beschreven opstelling is gebaseerd op een reeks parametrische studies die uitvoerig onderzocht variaties in …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We willen vooral de leden van de Gerber lab bedanken voor technische instructies op hun experimentele opstelling en commentaar op het manuscript. We danken ook Lyubov Pankevych voor fly-verzorging en het onderhoud van het wild-type kantons voorraad. Dit werk wordt ondersteund door de DFG subsidie ​​TH1584/1-1, de SNF subsidie ​​31003A_132812 / 1 en de Zukunftskolleg van de Universiteit van Konstanz (alle tot AST).

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number CAS number
Fructose Sigma 47740 57-48-7
NaCl Fluka 71350 7647-14-5
Agarose Sigma A5093 9012-36-6
1-octanol Sigma 12012 111-87-5
Amylacetate Sigma 46022 628-63-7
Paraffin oil Sigma 18512 8012-95-1
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pawlow, I. P. New Researches on Conditioned Reflexes. Science. 58, 359-361 (1923).
  2. Heisenberg, M. Mushroom body memoir: from maps to models. Nat. Rev. Neurosci. 4, 266-275 (2003).
  3. Kandel, E. R. Cellular insights into behavior and learning. Harvey Lect. 73, 19-92 (1979).
  4. Gerber, B., Tanimoto, H., Heisenberg, M. An engram found? Evaluating the evidence from fruit flies. Curr. Opin. Neurobiol. 14, 737-744 (2004).
  5. Milner, B., Squire, L. R., Kandel, E. R. Cognitive neuroscience and the study of memory. Neuron. 20, 445-468 (1998).
  6. Keene, A. C., Waddell, S. Drosophila olfactory memory: single genes to complex neural circuits. Nat. Rev. Neurosci. 8, (2007).
  7. Duffy, J. B. GAL4 system in Drosophila: a fly geneticist’s Swiss army knife. Genesis. 34, 1-15 (2002).
  8. Gerber, B., Stocker, R. F., Tanimura, T., Thum, A. S. Smelling, tasting, learning: Drosophila as a study case. Results Probl. Cell. Differ. 47, 139-185 (2009).
  9. Gerber, B., Stocker, R. F. The Drosophila larva as a model for studying chemosensation and chemosensory learning: a review. Chem. Senses. 32, 65-89 (2007).
  10. Venken, K. J., Simpson, J. H., Bellen, H. J. Genetic manipulation of genes and cells in the nervous system of the fruit fly. Neuron. 72, 202-230 (2011).
  11. Gerber, B., Hendel, T. Outcome expectations drive learned behaviour in larval Drosophila. Proc. Biol. Sci. 273, 2965-2968 (2006).
  12. Schleyer, M., et al. A behavior-based circuit model of how outcome expectations organize learned behavior in larval Drosophila. Learn Mem. 18, 639-653 (2011).
  13. Pauls, D., Selcho, M., Gendre, N., Stocker, R. F., Thum, A. S. Drosophila larvae establish appetitive olfactory memories via mushroom body neurons of embryonic origin. J. Neurosci. 30, 10655-10666 (2010).
  14. Selcho, M., Pauls, D., Han, K. A., Stocker, R. F., Thum, A. S. The role of dopamine in Drosophila larval classical olfactory conditioning. PLoS One. 4, e5897 (2009).
  15. Neuser, K., Husse, J., Stock, P., Gerber, B. Appetitive olfactory learning in Drosophila larvae:effects of repetition, reward strength, age, gender, assay type and memory span. Animal Behaviour. 69, 891-898 (2005).
  16. Scherer, S., Stocker, R. F., Gerber, B. Olfactory learning in individually assayed Drosophila larvae. Learn Mem. 10, 217-225 (2003).
  17. Aceves-Pina, E. O., Quinn, W. G. Learning in normal and mutant Drosophila larvae. Science. 206, 93-96 (1979).
  18. Heisenberg, M., Borst, A., Wagner, S., Byers, D. Drosophila mushroom body mutants are deficient in olfactory learning. J. Neurogenet. 2, 1-30 (1985).
  19. Khurana, S., Abu Baker, M. B., Siddiqi, O. Odour avoidance learning in the larva of Drosophila melanogaster. J. Biosci. 34, 621-631 (2009).
  20. Pauls, D., et al. Electric shock-induced associative olfactory learning in Drosophila larvae. Chem. Senses. 35, 335-346 (2010).
  21. Eschbach, C., et al. Associative learning between odorants and mechanosensory punishment in larval Drosophila. J. Exp. Biol. 214, 3897-3905 (2011).
  22. von Essen, A. M., Pauls, D., Thum, A. S., Sprecher, S. G. Capacity of visual classical conditioning in Drosophila larvae. Behav. Neurosci. 125, 921-929 (2011).
  23. Gerber, B., et al. Visual learning in individually assayed Drosophila larvae. J. Exp. Biol. 207, 179-188 (2004).
  24. Rohwedder, A., et al. Nutritional Value-Dependent and Nutritional Value-Independent Effects on Drosophila melanogaster Larval Behavior. Chem. Senses. , (2012).
  25. Lee, T., Lee, A., Luo, L. Development of the Drosophila mushroom bodies: sequential generation of three distinct types of neurons from a neuroblast. Development. 126, 4065-4076 (1999).
  26. Ito, K., et al. The organization of extrinsic neurons and their implications in the functional roles of the mushroom bodies in Drosophila melanogaster Meigen. Learn Mem. 5, 52-77 (1998).
  27. Wang, J., et al. Transmembrane/juxtamembrane domain-dependent Dscam distribution and function during mushroom body neuronal morphogenesis. Neuron. 43, 663-672 (2004).
  28. Robertson, K., Mergliano, J., Minden, J. S. Dissecting Drosophila embryonic brain development using photoactivated gene expression. Dev. Biol. 260, 124-137 (2003).
  29. Zhou, L., et al. Cooperative functions of the reaper and head involution defective genes in the programmed cell death of Drosophila central nervous system midline cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 5131-5136 (1997).
  30. Kitamoto, T. Conditional modification of behavior in Drosophila by targeted expression of a temperature-sensitive shibire allele in defined neurons. J. Neurobiol. 47, 81-92 (2001).
  31. Schroll, C., et al. Light-induced activation of distinct modulatory neurons triggers appetitive or aversive learning in Drosophila larvae. Curr. Biol. 16, 1741-1747 (2006).
  32. Rosenzweig, M., et al. The Drosophila ortholog of vertebrate TRPA1 regulates thermotaxis. Genes Dev. 19, 419-424 (2005).
  33. Baines, R. A., Uhler, J. P., Thompson, A., Sweeney, S. T., Bate, M. Altered electrical properties in Drosophila neurons developing without synaptic transmission. J. Neurosci. 21, 1523-1531 (2001).
  34. Chen, Y. C., Mishra, D., Schmitt, L., Schmuker, M., Gerber, B. A behavioral odor similarity “space” in larval Drosophila. Chem. Senses. 36, 237-249 (2011).
  35. Saumweber, T., Husse, J., Gerber, B. Innate attractiveness and associative learnability of odors can be dissociated in larval Drosophila. Chem. Senses. 36, 223-235 (2011).
  36. von Essen, A. M., Pauls, D., Thum, A. S., Sprecher, S. G. Capacity of visual classical conditioning in Drosophila larvae. Behav. Neurosci. , (2011).
  37. Honjo, K., Furukubo-Tokunaga, K. Induction of cAMP response element-binding protein-dependent medium-term memory by appetitive gustatory reinforcement in Drosophila larvae. J. Neurosci. 25, 7905-7913 (2005).
  38. Honjo, K., Furukubo-Tokunaga, K. Distinctive neuronal networks and biochemical pathways for appetitive and aversive memory in Drosophila larvae. J. Neurosci. 29, 852-862 (2009).
  39. Khurana, S., et al. Olfactory Conditioning in the Third Instar Larvae of Drosophila melanogaster Using Heat Shock Reinforcement. Behav. Genet. 42, 151-161 (2012).
  40. Tully, T., Cambiazo, V., Kruse, L. Memory through metamorphosis in normal and mutant. 14, 68-74 (1994).
  41. Michels, B., et al. Cellular site and molecular mode of synapsin action in associative learning. Learn Mem. 18, 332-344 (2011).
  42. Saumweber, T., et al. Behavioral and synaptic plasticity are impaired upon lack of the synaptic protein SAP47. J. Neurosci. 31, 3508-3518 (2011).
  43. Pfeiffer, B. D., et al. Refinement of tools for targeted gene expression in Drosophila. 유전학. 186, 735-755 (2010).
  44. Rosenzweig, M., Kang, K., Garrity, P. A. Distinct TRP channels are required for warm and cool avoidance in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 14668-14673 (2008).

Tags

AppetitiveAssociativeOlfactory LearningDrosophila LarvaeGenetic InterferenceNeuronal ChangesMolecular ChangesMemory TracesModel OrganismsSimpleExperimentally AccessibleBehavioral AssaysTransgenic TechniquesNervous SystemOdorsGustatory ReinforcementSugar
check_url/kr/4334?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Apostolopoulou, A. A., Widmann, A., Rohwedder, A., Pfitzenmaier, J. E., Thum, A. S. Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae. J. Vis. Exp. (72), e4334, doi:10.3791/4334 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image