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

Appetitive Associativ Olfactory Lärande i<em> Drosophila</em> Larver

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

Summary

Drosophila larver kan associera lukt stimuli smak belöning. Här beskriver vi en enkel beteendevetenskaplig paradigm som gör att analysen av appetitive associativt lukt lärande.

Abstract

I det följande beskriver vi de metodologiska detaljer appetitive associativt lukt lärande i Drosophila larver. Upplägget i kombination med genetiska störningar, ger ett handtag för att analysera de neuronala och molekylära grunderna för specifikt associativ inlärning i en enkel larver hjärna.

Organismer kan använda tidigare erfarenheter att justera nuvarande beteende. Sådant förvärv av beteende potential kan definieras som lärande och de fysiska grunderna för dessa potentialer som minne spår 1-4. Neuroforskare försöka förstå hur dessa processer är organiserade i termer av molekylära och neuronala förändringar i hjärnan med hjälp av en mängd olika metoder modellorganismer från insekter till ryggradsdjur 5,6. För sådana ansträngningar är det bra att använda modellsystem som är enkla och experimentellt tillgängliga. Drosophila larv har visat sig uppfylla dessa krav bygger påtillgången på robusta beteendemässiga analyser, förekomsten av olika transgena tekniker och det elementära organisation av nervsystemet består endast ca 10.000 neuroner (om än med vissa eftergifter: kognitiva begränsningar, några beteendemässiga alternativ och rikedom av erfarenhet tveksamt) 7-10 .

Drosophila larver kan bilda föreningar mellan lukt och appetitive smak förstärkning som socker 11-14. I en vanlig analys etablerat i labbet av B. Gerber, djur får en två-lukt utbildning ömsesidig: En första grupp av larver utsätts för en lukt A tillsammans med en smak förstärkare (socker belöning) och därefter utsatt för en lukt B utan förstärkning 9. Samtidigt en andra grupp av larver får ömsesidig utbildning medan upplever lukt A utan förstärkning och därefter utsätts för lukt B med armering (socker belöning). I det följande båda grupperna är TESTed för deras önskemål mellan de två lukter. Relativt högre inställningar för belönas lukt återspeglar associativ inlärning – presenteras som en prestation (PI). Slutsatsen om associativa karaktär av prestanda index är övertygande, eftersom bortsett från oförutsedda mellan lukt och tastants, andra parametrar, såsom lukt och belöning exponering, tidens gång och hantering skiljer sig inte mellan de två grupperna 9.

Protocol

1. Förberedelser Drosophila vildtyp larver höjs vid 25 ° C och 60% -80% fuktighet i en 14/10 ljus / mörker cykel. För styrning av exakta ålder larverna alltid 20 honor placeras med 10 hanar i en injektionsflaska (6 cm höjd och 2,5 cm i diameter) som innehåller ca 6 ml vanlig fluga mat. Flugor får lägga ägg under 12 timmar och överförs till en ny flaska på den andra dagen. 5-6 dagar efter äggläggning larver nå utfodring 3: e instar skede om upp vid 25 ° C och kan nu använ…

Representative Results

Figur 1A visar en översikt av de experimentella förfaranden för larver lukt associativa inlärning. Genom att para ihop en av de presenterade två lukter med socker belöning larver förvärva beteende potential att uttrycka en attraktiv svar mot den belönade lukt i jämförelse med belönas lukt. Två grupper av larver alltid utbildade antingen kopplar ihop förstärkare med lukt oktober eller AM. Föreställningen (PI) mäter den associativa funktion som skillnaden i preferens mellan de ömsesidig…

Discussion

Den beskrivna inställning i Drosophila larver möjliggör undersökning av associativa lukt lärande inom en jämförelsevis elementära hjärna. Tillvägagångssättet är enkelt, billigt, lätt att etablera sig i ett labb och inte kräver högteknologisk utrustning 9. Vi presenterar en version av försöket, för att studera aptitskapande associativ inlärning förstärks av fruktos belöning 11. Den beskrivna inställning är baserad på en serie av parametriska studier som omfat…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vill särskilt tacka medlemmarna i Gerber labb för tekniska instruktioner på deras experimentuppställning och kommentarer om manuskriptet. Vi tackar också Lyubov Pankevych för flyga skötsel och underhåll av vildtyp kantoner lager. Detta arbete stöds av DFG bidraget TH1584/1-1, SNF bidraget 31003A_132812 / 1 och Zukunftskolleg vid universitetet i Konstanz (alla till 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. Genetics. 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/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