JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Neuroscience

Appetitive Assosiative Olfactory læring 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 er i stand til å knytte lukt stimuli med gustatory belønning. Her beskriver vi en enkel atferdsmessige paradigme som tillater analyse av appetitive assosiativ olfactory læring.

Abstract

I det følgende beskriver vi de metodiske detaljer om appetitive assosiativ olfactory læring i Drosophila larver. Oppsettet, i kombinasjon med genetisk forstyrrelse, gir et håndtak å analysere neuronal og molekylære grunnleggende av spesifikt assosiativ læring i en enkel larve hjerne.

Organismer kan bruke tidligere erfaringer til å justere dagens atferd. Slikt erverv av atferdsmessige potensial kan defineres som læring, og de ​​fysiske grunnlaget for disse potensialene som minne spor 1-4. Nevrologer prøve å forstå hvordan disse prosessene er organisert i form av molekylære og neuronal endringer i hjernen ved hjelp av en rekke metoder i modellorganismer som spenner fra insekter til virveldyr 5,6. For slike bestrebelser er det nyttig å bruke modellen systemer som er enkle og eksperimentelt tilgjengelig. Drosophila larve har vist seg å tilfredsstille disse kravene basert påtilgjengeligheten av robuste atferdsmessige analyser, eksistensen av en rekke transgene teknikker og elementær organisering av nervesystemet som består av bare ca 10000 nevroner (riktignok med noen innrømmelser: kognitive begrensninger, få atferdsmessige alternativer og rikdom av erfaring tvilsom) 7-10 .

Drosophila larver kan danne assosiasjoner mellom lukt og appetitive gustatory forsterkning som sukker 11-14. I et standard assay, etablert i laboratoriet av B. Gerber, dyr får en to-lukt gjensidig opplæring: en første gruppe av larver er eksponert til en lukt En sammen med en gustatory reinforcer (sukker belønning) og er deretter utsatt for en lukt B uten forsterkning 9. Samtidig vil en annen gruppe av larver mottar resiprok trening mens opplever lukt A uten armering og deretter blir utsatt for lukt B med armering (sukker belønning). I det følgende begge gruppene er tested for deres preferanse mellom de to lukt. Relativt høyere innstillinger for belønnet lukt gjenspeiler assosiativ læring – presentert som en forestilling indeks (PI). Konklusjonen om assosiative natur ytelsen indeksen er overbevisende, fordi bortsett fra beredskap mellom lukt og tastants, andre parametere, slik som lukt og belønning eksponering, passering av tid og håndtering skiller seg ikke mellom de to gruppene 9.

Protocol

1. Forberedelse Drosophila villtype larver er hevet ved 25 ° C og 60% -80% fuktighet i en 14/10 lys / mørke syklus. For kontroll den eksakte alderen larvene alltid 20 hunner settes med 10 hanner inn en ampulle (6 cm høyde og 2,5 cm diameter) som omfatter ca 6 ml standard flue mat. Fluer er lov til å legge egg i 12 timer og overføres til et nytt hetteglass på den andre dagen. 5-6 dager etter egglegging larver nå fôring 3. instar stadium dersom hevet ved 25 ° C og kan nå brukes for…

Representative Results

Figur 1a viser en oversikt over de eksperimentelle prosedyrer for larve olfactory assosiativ læring. Ved sammenkobling av en av to presentert lukt med en sukker belønning larver erverve atferden potensial å uttrykke en attraktiv respons mot belønnet lukt i forhold til unrewarded lukt. To grupper av larver er alltid trent av enten sammenkobling forsterkeren med lukt oktober eller AM. Ytelsen indeks (PI) måler assosiative funksjonen som forskjellen i preferanse mellom gjensidig trente gruppene. <…

Discussion

Den beskrevne oppsettet i Drosophila larver tillater undersøkelse av assosiative olfactory læring innenfor et relativt elementær hjerne. Tilnærmingen er enkel, billig, lett å etablere i et laboratorium og krever ikke high-tech utstyr 9. Vi presenterer en versjon av forsøket, for å studere appetitive assosiativ læring forsterket av fruktose belønning 11. Den beskrevne oppsettet er basert på en serie av parametrical studier som omfattende undersøkt variasjoner i antall treni…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi ønsker spesielt å takke medlemmene av Gerber lab for tekniske instruksjoner om sin eksperimentelle oppsett og kommentarer til manuskriptet. Vi vil også takke Lyubov Pankevych for fly omsorg og vedlikehold av villtype kantoner lager. Dette arbeidet støttes av DFG tilskuddet TH1584/1-1, SNF stipend 31003A_132812 / 1 og Zukunftskolleg ved University of Konstanz (alle til 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