Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

ذبابة الفاكهة سلوك التجنب السلبي كنموذج جديد لدراسة التعلم الترابطي المتردد

Published: October 15, 2021 doi: 10.3791/63163
Automatic Translation
1, 1
1Department of Physiology, East Carolina University

ERRATUM NOTICE

Summary

يصف هذا العمل نموذجا سلوكيا بسيطا يسمح بتحليل التعلم الترابطي المتردد في ذباب الفاكهة البالغ. تعتمد هذه الطريقة على قمع سلوك التاكسي الجغرافي السلبي الفطري بسبب الارتباط المتشكل بين سياق بيئي معين وصدمة كهربائية.

Abstract

يصف هذا البروتوكول نموذجا جديدا لتحليل التعلم الترابطي المتردد في الذباب البالغ (ذبابة الفاكهة الميلانوغاستر). يشبه هذا النموذج سلوك التجنب السلبي في القوارض المختبرية التي تتعلم فيها الحيوانات تجنب المقصورة التي تلقت فيها سابقا صدمة كهربائية. يستفيد الفحص من التاكسي الجغرافي السلبي في الذباب ، والذي يتجلى كرغبة في الصعود عند وضعها على سطح عمودي. يتكون الإعداد من مقصورات علوية وسفلية موجهة رأسيا. في التجربة الأولى ، يتم وضع ذبابة في حجرة سفلية حيث تخرج عادة في غضون 3-15 ثانية ، وتخطو إلى المقصورة العلوية حيث تتلقى صدمة كهربائية. خلال التجربة الثانية ، بعد 24 ساعة ، زاد الكمون بشكل كبير. في الوقت نفسه ، انخفض عدد الصدمات مقارنة بالتجربة الأولى ، مما يشير إلى أن الذباب شكل ذاكرة طويلة المدى حول المقصورة العلوية. يمكن إجراء تسجيلات زمن الوصول وعدد الصدمات باستخدام عداد حصيلة وساعة توقيت أو باستخدام جهاز بسيط يعتمد على Arduino. لتوضيح كيفية استخدام الفحص ، تم وصف سلوك التجنب السلبي ل D. melanogaster و D. simulans الذكور والإناث هنا. كشفت المقارنة بين زمن الوصول وعدد الصدمات أن كلا من ذباب D. melanogaster و D. simulans تعلم بكفاءة سلوك التجنب السلبي. ولم يلاحظ وجود فروق إحصائية بين ذكور وإناث الذباب. ومع ذلك ، كان الذكور أسرع قليلا أثناء دخول المقصورة العلوية في التجربة الأولى ، في حين تلقت الإناث عددا أكبر قليلا من الصدمات في كل تجربة استبقاء. النظام الغذائي الغربي (WD) أضعف بشكل كبير التعلم والذاكرة في الذباب الذكور في حين أن ممارسة الطيران موازنة هذا التأثير. إذا أخذنا سلوك التجنب السلبي في الذباب معا ، فإنه يوفر فحصا بسيطا وقابلا للتكرار يمكن استخدامه لدراسة الآليات الأساسية للتعلم والذاكرة.

Introduction

التعلم والذاكرة هما آلية تكيف قديمة تطوريا مع البيئة، محفوظة من ذبابة الفاكهة (D.) إلى الإنسان1. ذبابة الفاكهة هي كائن حي نموذجي قوي لدراسة المبادئ الأساسية للتعلم والذاكرة لأنها توفر مجموعة واسعة من الأدوات الوراثية القوية لتشريح الآليات الجزيئية الجوهرية2. استفادت دراسات الفحص الجيني الرائدة، التي حددت جينات روتاباغا3 وفقدان الذاكرة4 ودانس5 الحاسمة للتعلم والذاكرة2، من التكييف الشمي حيث يعتمد ذباب الفاكهة على حاسة الشم الشديدة للعثور على الطعام والزملاء المحتملين وتجنب الحيوانات المفترسة6.

أصبح التكييف الشمي نموذجا شائعا لدراسة آلية التعلم والذاكرة ، وذلك بفضل إدخال متاهة T الشمية بواسطة Tully و Quinn7,8. وفي وقت لاحق، تم اقتراح طرق أخرى لقياس أنواع مختلفة من التعلم والذاكرة، بما في ذلك التكييف البصري9، وتكييف الخطوبة10، وفحص قمع التاكسي الضوئي الكاره11، وتكييف التعرض للزنبور12. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الفحوصات لها إعداد معقد يجب أن يكون مصمما خصيصا في ورشة عمل جامعية أو يتم شراؤه من خلال بائع. يعتمد النموذج الموصوف هنا على فحص سلوكي بسيط لدراسة التعلم الترابطي الكاره في الذباب الذي يمكن تجميعه بسهولة مع عدد قليل من اللوازم المتاحة.

النموذج الموصوف يعادل سلوك التجنب السلبي (أو المثبط) في الفئران والجرذان المختبرية حيث تتعلم الحيوانات تجنب المقصورة التي سبق أن تلقت فيها صدمة كهربائية في القدم13. في murids ، يعتمد الإجراء على تجنبهم الفطري للضوء الساطع وتفضيلهم للمناطق المظلمة14. في التجربة الأولى ، يتم وضع الحيوان في المقصورة الساطعة ، حيث يخرج الحيوان بسرعة ، ويخطو إلى حجرة مظلمة ، حيث يتم تسليم صدمة قدم كهربائية. عادة ما تكون تجربة واحدة كافية لتشكيل ذاكرة صلبة طويلة المدى ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في زمن الوصول بعد 24 ساعة. ثم يستخدم الكمون كمؤشر لقدرة الحيوان على تذكر الارتباط بين الحافز الكاره والبيئة المحددة15.

يصف هذا العمل إجراء مماثلا باستخدام D. كنظام نموذجي يوفر العديد من المزايا على نماذج القوارض بما في ذلك الفعالية من حيث التكلفة ، وحجم العينة الأكبر ، وغياب الرقابة التنظيمية ، والوصول إلى الأدوات الوراثية القوية16,17. ويستند هذا الإجراء إلى سلوك التاكسي الجغرافي السلبي، والذي يتجلى في رغبة الذباب في الصعود عند وضعه على سطح عمودي18. يتكون الإعداد من غرفتين عموديتين. في التجربة الأولى ، يتم وضع ذبابة الفاكهة في حجرة سفلية. من هناك ، عادة ما يخرج في غضون 3-15 ثانية ، ويخطو إلى المقصورة العلوية حيث يتلقى صدمة كهربائية. خلال تجربة 1 دقيقة ، قد يعود بعض الذباب أحيانا إلى المقصورة العلوية ، مما يؤدي إلى صدمة كهربائية إضافية. خلال مرحلة الاختبار ، بعد 24 ساعة ، يتم زيادة الكمون بشكل كبير. في الوقت نفسه ، يتم تقليل عدد الصدمات مقارنة باليوم الأول مما يشير إلى أن الذباب شكل ذاكرة ترابطية مترددة حول المقصورة العلوية. ثم يتم استخدام الكمون وعدد الصدمات ومدة وتواتر نوبات الاستمالة لتحليل سلوك الحيوان والقدرة على تشكيل وتذكر الارتباط بين الحافز المزعج والبيئة المحددة. تكشف النتائج التمثيلية أن التعرض للنظام الغذائي الغربي (WD) يضعف بشكل كبير سلوك التجنب السلبي لدى ذكور الذباب ، مما يشير إلى أن WD يؤثر بشكل عميق على سلوك الذبابة وإدراكها. على العكس من ذلك ، خفف تمرين الطيران من التأثير السلبي ل WD ، مما أدى إلى تحسين سلوك التجنب السلبي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد جهاز التجنب السلبي

  1. قم بحفر ثقب 4 مم عموديا على سطح جدار أنبوب زراعة البولي بروبيلين سعة 14 مل وعلى بعد 8 مم من قاع الأنبوب.
    ملاحظة: استخدم مثقابا كهربائيا ومثقاب 5/32 للحصول على أفضل النتائج.
  2. باستخدام سكين أداة فولاذية ، اقطع الجزء العلوي من أنبوب ثقافة البولي بروبيلين سعة 14 مل لإنشاء جزء سفلي من الأنبوب بطول 45 مم. الجزء السفلي بمثابة المقصورة السفلية.
  3. اقطع طرف طرف الماصة الزرقاء سعة 1000 ميكرولتر باستخدام شفرة حلاقة ذات حافة واحدة لجعل الفتحة واسعة بما يكفي لمرور ذبابة واحدة. اقطع الجزء الضيق من الطرف الأزرق لإنشاء جزء 12 مم. أدخل هذه القطعة بإحكام في فتحة 4 مم من المقصورة السفلية. يستخدم هذا كرصيف تحميل لنقل الذباب.
  4. اقطع قطعة 15 مم من أنابيب الفينيل الشفافة 5/8 "ID (انظر جدول المواد) لإنشاء اقتران. أدخل المقصورة العلوية والسفلية في الاقتران من طرفي نقيض لتوصيل المقصورة السفلية بالمقصورة العلوية بإحكام.
  5. باستخدام مشبك قابل للتعديل من 2 شق ، قم بتوصيل التجميع بحامل عمودي. قم بتوجيه التجميع عموديا باستخدام أنبوب الصدمة كمقصورة علوية.
  6. قم بتوصيل أسلاك أنبوب الصدمة بمحفز كهربائي (انظر جدول المواد) لتوصيل الصدمات الكهربائية. مدة فترة التدريب هي 1 دقيقة.
    ملاحظة: لتسهيل المراقبة، ضع قطعة من الورق الأبيض خلف أنبوب الصدمة لتكون بمثابة خلفية بيضاء للجهاز. ضع مصباحا مزودا بمصباح كهربائي ناعم مكافئ بقوة 75 واط فوق حجرة الصدمات. ضع مصباح مكبر ذراع قابل للتعديل أمام الإعداد. يظهر تمثيل لجهاز التجنب السلبي في الشكل 1.

2. إعداد الذباب لإجراء التجنب السلبي

  1. شل حركة ذباب D. melanogaster أو D. simulans البالغ من العمر 3-4 أيام باستخدام كتلة الجليد البارد ونقلها إلى قوارير فردية مع الطعام قبل 24 ساعة من التجربة (1 ذبابة لكل قارورة) باتباع الإجراء الموضح سابقا19.
    ملاحظة: قارنت التجارب الموضحة هنا بين الذكور الذين تتراوح أعمارهم بين 3-4 أيام مقابل الذكور. الذباب الإناث في D. melanogaster و D. simulans.
  2. قبل التجارب السلوكية ، قم بترميز جميع القوارير. لهذا ، قم بتعيين حرف لكل مجموعة ، على سبيل المثال ، "A" ، "B" ، "C" ، وما إلى ذلك ، وكل منها يطير رقما. لا تكشف عن هذا الرمز إلا بعد تسجيل جميع البيانات وتحليلها. استخدم ما لا يقل عن 20 ذبابة لكل نمط وراثي أو علاج لمواجهة الاختلافات الفردية.
    ملاحظة: يسمح إجراء التجارب والتحليلات "العمياء" باستبعاد التحيز في تقييم أداء الذبابة وتحليل البيانات.

3. إجراء التجربة الأولى

  1. باستخدام شفاط فم الذبابة (انظر جدول المواد) الموصوف سابقا20 ، انقل ذبابة بلطف من القارورة الفردية إلى المقصورة السفلية عبر رصيف التحميل. تمتص بلطف ذبابة واحدة في شفاط الفم عن طريق امتصاص الهواء. قم بإيداع الذبابة عن طريق النفخ الخفيف في رصيف التحميل.
    ملاحظة: تجنب الضغط على الحيوان أثناء الصيد والتحميل.
  2. مباشرة بعد تحميل الذبابة في المقصورة السفلية ، ابدأ تشغيل مؤقت وساعة توقيت لمدة 1 دقيقة.
    ملاحظة: تستخدم ساعة الإيقاف لقياس زمن الاستجابة وعداد الحصيلة لحساب عدد الصدمات.
  3. اضغط على ساعة الإيقاف لتسجيل زمن الوصول الأول عندما تدخل الذبابة أنبوب الصدمة عن طريق وضع جميع الكفوف على الشبكة. قم بتشغيل المحفز لتوصيل صدمة كهربائية إلى الذبابة. معلمات التحفيز هي 120 فولت ، مدة 1000 مللي ثانية ، 1 نبضة / ثانية (PPS) ، مدة القطار 2000 مللي ثانية.
  4. قم بتوصيل صدمات إضافية إذا عادت الذبابة إلى أنبوب الصدمة. سجل عدد الصدمات المستلمة خلال تجربة مدتها 1 دقيقة باستخدام عداد حصيلة أو عداد قائم على الأردوينو (انظر جدول المواد). إذا كنت تستخدم العداد المستند إلى Arduino ، فيرجى اتباع الخطوات أدناه.
    ملاحظة: يمكن استخدام جهاز اختياري يستند إلى Arduino AKM-007 (انظر جدول المواد) لقياس الوقت والكمون وعدد الصدمات وتواتر ومدة نوبات الاستمالة لكل عن طريق الضغط على الأزرار المقابلة على الجهاز وتحريرها. يتم تعيين الأزرار الموجودة على الجهاز لقياس زمن الوصول ، وإدارة وتسجيل عدد الصدمات ، وقياس وتيرة ومدة نوبات الاستمالة.
    1. اضغط على الزر ابدأ في الخطوة 3.2.، ثم اضغط على الزر صدمة في الخطوة 3.3.
    2. لتسجيل مدة نوبة الاستمالة ، اضغط على زر الاستمالة في بداية نوبة الاستمالة على الجهاز وحرر هذا الزر في نهاية نوبة الاستمالة.
      ملاحظة: تم قياس نوبات الاستمالة خلال 1 دقيقة تجريبية. يمكن أن يكون الاستمالة المكثفة مؤشرا على الإجهاد الحيواني21,22. يحفظ الجهاز المستند إلى Arduino جميع البيانات كملف CSV على بطاقة ذاكرة.
  5. في نهاية تجربة مدتها 1 دقيقة ، انقل الذبابة بلطف إلى قارورة فردية. اكتب زمن الوصول وعدد الصدمات المستلمة وأي تغييرات ملحوظة في السلوك.
  6. نظف المقصورة السفلية والصدمات بنسبة 70٪ من الإيثانول ، وامسحها بمنديل تنظيف خال من الوبر (انظر جدول المواد) ، وجففها باستخدام مجفف الشعر. كرر التجربة مع الذبابة التالية.
  7. بعد التجارب السلوكية ، قم بتنظيف المقصورة السفلية بالماء والمنظفات عديمة الرائحة. امسح المقصورة السفلية وحجرة الصدمات بنسبة 70٪ من الإيثانول ، وجففها بالهواء طوال الليل.

4. إجراء التجربة الثانية

  1. قم بإجراء التجربة الثانية عن طريق تكرار الإجراء الموضح أعلاه (الخطوة 3) بعد 24 ساعة. اختبار الذباب في نفس التسلسل كما في اليوم السابق.

5. تحليل النتائج

  1. احسب متوسط زمن الوصول، ومتوسط عدد الصدمات، ومدة نوبات الاستمالة للتجربة 1 والتجربة 2 لكل مجموعة تجريبية من الحيوانات. قم بإجراء اختبار t للطلاب للمقارنة بين مجموعتين أو ANOVA للمقارنات المتعددة مع التحليلات اللاحقة باستخدام اختبار Tukey23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تمت دراسة التجنب السلبي في D. melanogaster (Canton-S) و D. المحاكيات. قارنت التجارب زمن الوصول وعدد الصدمات المستلمة بين التجارب المتتالية. في البداية ، أجريت التجارب مع ذباب D. melanogaster الذكور البالغ من العمر 3-4 أيام. تم الحفاظ على الذباب على النظام الغذائي القياسي بلومنغتون صياغة في بيئة تسيطر عليها المناخ عند 24 درجة مئوية تحت دورة 12 ساعة من الضوء والظلام ، ورطوبة 70 ٪ ، وكثافة سكانية خاضعة للرقابة. تم التحكم في الكثافة عن طريق الحفاظ على ظروف التكاثر ثابتة لجميع المجموعات. تم تربية 15 ذكرا و 15 أنثى لمدة 48 ساعة في زجاجة عند 24 درجة مئوية ، ورطوبة 70 ٪ ، ودورة ضوء 12 ساعة لتوليد النسل. تمت دراسة سلوك التجنب السلبي في ذبابة الفاكهة في أربع تجارب مدتها دقيقتان متباعدتان بمقدار 24 ساعة. وأجريت التجارب في نفس الوقت من اليوم. تم شفط ذبابة بلطف من قارورة فردية أثناء التجربة ونقلها إلى المقصورة السفلية عبر رصيف تحميل (الشكل 1). كشفت التجارب أن D. melanogaster يمكن أن يتعلم بنجاح ويحفظ سلوك التجنب السلبي. في التجربة الأولى ، ستدخل الذبابة الساذجة المقصورة العلوية في المتوسط في غضون 16 ثانية (16.15±2.64) وغالبا ما تعود إلى الدخول إليها ، وتتلقى في المتوسط صدمتين (2.18±0.19). وخلال التجارب المتتالية، سيزداد زمن الوصول زيادة كبيرة بينما سينخفض عدد الصدمات، مما يشير إلى أن الذباب تعلم الارتباط بين المقصورة العلوية والصدمة الكهربائية (الجدول 1، الشكل 2 أ، ب). أظهر تحليل التوزيع الترددي أن التاكسي الجغرافي السلبي هو دافع قوي. خلال التجربة الأولى ، كان معظم الذباب الساذج يدخل المقصورة العلوية في غضون 5-15 ثانية (بن 10 ، الشكل 2C) ويتلقى 1-3 صدمات (الشكل 2D). وعلى النقيض من ذلك، فإن معظم الذباب لن يدخل المقصورة العلوية في التجربة الرابعة ولن يتلقى في المقابل أي صدمات (الشكل 2E، F).

للتحقق من أن فحص التجنب السلبي يعمل في أنواع ذبابة الفاكهة الأخرى ، تم تكرار التجارب في ذباب D.simulans الذكور والإناث الذين تم الاحتفاظ بهم تحت نفس ظروف السكن مثل ذباب الميلانوغاستر الموصوف أعلاه. تم تخفيض مدة التجربة إلى 1 دقيقة. أظهر التوزيع الترددي لوقت الاستجابة بوضوح أنه إذا لم تدخل الذبابة المقصورة العلوية في غضون 60 ثانية في التجربة الأولى ، فإنها عادة لا تدخل على الإطلاق (الشكل 3C). تم تخفيض عدد التجارب إلى ثلاث تجارب حيث أظهرت التجارب الموصوفة أعلاه بشكل موثوق أنه حتى تجربة واحدة كانت كافية للذبابة لتشكيل ارتباطات مترددة. د. كان كل من الذكور والإناث من الذباب فعالين في تعلم سلوك التجنب السلبي ، كما يتضح من البيانات الموجودة في الرسوم البيانية والجداول (الشكل 3 ، الشكل 4 ؛ والجدول 2 ، الجدول 3).

ولم تكشف المقارنة بين زمن الاستجابة وعدد الصدمات بين الذكور والإناث عن أي فروق ذات دلالة إحصائية (الشكل 5 ألف، باء). ومع ذلك ، كان الذباب الذكور أسرع قليلا في دخول المقصورة العلوية في التجربة الأولى ، في حين تلقت الإناث عددا أكبر قليلا من الصدمات في كل تجربة (الشكل 4A ، B). وكان الفرق واضحا بشكل خاص في الرسوم البيانية التي توضح توزيعات التردد (الشكل 4C-F). وأشار التوزيع الترددي لوقت الاستجابة في التجربة الثالثة إلى أن معظم الذباب دخل المقصورة العلوية في حدود 7.5-12.5 ثانية (الشكل 4 هاء). ويبين التوزيع الترددي لعدد الصدمات في التجربة الثالثة أن إناث الذباب تلقت في المتوسط 1-2 صدمات في التجربة الأخيرة (الشكل 4 واو).

كما تم تسجيل المدة الإجمالية لسلوك الاستمالة أثناء المحاكمات. يتكون سلوك الاستمالة الذبابة من حركة منسقة متكررة للأرجل الأمامية والأرجل الخلفية التي تجتاح الأجنحة والرأس والجسم24. وقد ارتبط الاستمالة الذاتية، المعروف أيضا باسم الاستمالة التلقائية، سابقا بالإجهاد السلوكي لدى الذباب24 والقوارض المختبرية25 والبشر22. لذلك ، يمكن أن توفر دراسات سلوك الاستمالة الذاتية رؤى ثاقبة للسلوكيات المرتبطة بالقلق26. وكشف تحليل المدة الإجمالية لنوبات الاستمالة أثناء تجارب التجنب السلبي أن الاستمالة الذاتية قد زادت زيادة كبيرة في إناث الذباب في التجربتين الثانية والثالثة (الشكل 5 جيم، الجدول 4).

تشير الأدلة المتزايدة إلى وجود ارتباط بين WD عالي السعرات الحرارية وضعف الأداء المعرفي27. من الناحية التجريبية ، ينتج WD آثارا ضارة على وظائف دماغ الميتوكوندريا ، وتكوين الخلايا العصبية ، واللدونة المتشابكة28،29،30. وثقت دراسة حديثة أن WD يزيد من الدهون الثلاثية ويقصر العمر في D. ، في حين أن تمرين الطيران يوازن التأثير الضار ل WD31. للبدء في استكشاف آثار WD وتمرين الطيران على سلوك التجنب السلبي ، تعرض ذباب D. simulans الذكور ل 5 أيام WD ، أو تمرين طيران ، أو مزيج من WD وممارسة الطيران وفقا للبروتوكولات الموضحة سابقا31. تم إعداد WD ، الذي يحتوي على 15٪ من Nutiva USDA عضوي معتمد ، غير معدل وراثيا ، وزيت النخيل الأحمر ، و 15٪ من السكروز ، و 0.1M NaCl ، كما هو منشور في مكان آخر31. تم إجراء تمرين الطيران على مجموعات من ستين ذبابا من الذكور موجودة في براميل بلاستيكية شفافة سعة 1 جالون مربوطة بمنصة أفقية متصلة بمحرك كهربائي ويتم تشغيلها بواسطة جهاز توقيت. تم تنفيذ التمرين يوميا لمدة 7 ساعات لمدة 5 أيام كما نشر سابقا31. في نهاية النظام الغذائي ونظام التمرين لمدة 5 أيام ، تم فرز الذباب إلى قوارير فردية تحت التخدير البارد وخضع لتجربتين من سلوك التجنب السلبي. أظهرت التجارب أن WD يزيد من عدد الصدمات التي يتم تلقيها في التجربتين الأولى والثانية ويقلل من زمن الوصول في التجربة الثانية ، مما يشير إلى أن WD يضعف بشكل كبير التعلم الترابطي النفوري في الذباب (الشكل 6 ، الجدول 5). كان هناك أيضا اتجاه هبوطي في عدد الصدمات في التجربة الثانية في مجموعة مع مزيج WD والتمرين ، مما يشير إلى أن التمرين قد يخفف من تأثير الحمل الزائد من السعرات الحرارية.

Figure 1
الشكل 1: مخطط يوضح فحص التجنب السلبي. يبلغ طول المقصورة السفلية 45 مم وقطرها الخارجي 17 مم. يبلغ طول المقصورة العلوية 80 مم وقطرها الخارجي 18 مم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: سلوك التجنب السلبي لدى ذكور D. melanogaster . (أ) متوسط زمن الوصول (الكمون) لكل تجربة. ويبين الرسم البياني أن زمن الوصول يزداد زيادة كبيرة مع عدد المحاكمات. يشار إلى عدد الذباب على كل شريط. (ب) متوسط عدد الصدمات التي تم تلقيها في كل تجربة. يوضح الرسم البياني أن عدد الصدمات ينخفض بشكل ملحوظ مع عدد التجارب. (ج) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من حالات التأخير في التجربة الأولى. الأرقام الموجودة على المحور x هي مراكز سلة المهملات. الصناديق عبارة عن فترات (0-5 ثانية ، 5-15 ثانية ، 15-25 ثانية ، إلخ). يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يدخل المقصورة العلوية في غضون 5-15 ثانية. (D) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل صندوق من الصدمات في التجربة الأولى. الأرقام الموجودة على المحور x هي مراكز سلة المهملات. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يتلقى 1-3 صدمات في التجربة الأولى. لم يدخل عدد قليل من الذباب حجرة الصدمة في التجربة الأولى ولم يتلق أي صدمات. واستبعدوا من المحاكمات اللاحقة. (ه) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من حالات التأخير في التجربة الرابعة. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب لا يدخل المقصورة العلوية. (و) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية الصدمات في التجربة الرابعة. يوضح الرسم البياني أن معظم الذباب يتلقى 0 صدمات في التجربة الأخيرة. الاختصارات: ns- غير مهمة، *- P<0.05، **- P<0.01، ***-P<0.001، ****- P<0.0001. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: سلوك التجنب السلبي في الذكور D. simulans . (أ) متوسط زمن الوصول (الكمون) لكل تجربة. ويبين الرسم البياني أن زمن الوصول يزداد زيادة كبيرة مع عدد المحاكمات. (ب) متوسط عدد الصدمات التي تم تلقيها في كل تجربة. يوضح الرسم البياني أن عدد الصدمات ينخفض بشكل ملحوظ مع عدد التجارب. (ج) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من حالات التأخير في التجربة الأولى. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يدخل المقصورة العلوية في غضون 2.5-12.5 ثانية. الأرقام الموجودة على المحور x هي مراكز سلة المهملات. (د) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من الصدمات في التجربة الأولى. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يتلقى 1-3 صدمات في التجربة الأولى. (ه) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من زمن الوصول في التجربة الثالثة. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب لا يدخل المقصورة العلوية. (و) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من الصدمات في التجربة الثالثة. يوضح الرسم البياني أن معظم الذباب يتلقى 0 صدمات في التجربة الأخيرة. الاختصارات: *- P<0.05, ****- P<0.0001. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 4
الشكل 4: سلوك التجنب السلبي في D. simulans الإناث. (أ) متوسط زمن الوصول (الكمون) لكل تجربة. ويبين الرسم البياني أن زمن الوصول يزداد زيادة كبيرة مع عدد المحاكمات. (ب) متوسط عدد الصدمات التي تم تلقيها في كل تجربة. يوضح الرسم البياني أن عدد الصدمات ينخفض بشكل ملحوظ مع عدد التجارب. (ج) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من حالات التأخير في التجربة الأولى. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يدخل المقصورة العلوية في غضون 2.5-12.5 ثانية. الأرقام الموجودة على المحور x هي مراكز سلة المهملات. (د) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من الصدمات في التجربة الأولى. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يتلقى 2 صدمات في التجربة الأولى. (ه) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل حاوية من زمن الوصول في التجربة الثالثة. يشير الرسم البياني إلى أن معظم الذباب يدخل المقصورة العلوية في حدود 7.5-12.5 ثانية (F) توزيع التردد الذي يعرض عدد الذباب داخل صندوق الصدمات في التجربة الثالثة. يوضح الرسم البياني أن معظم إناث الذباب تلقت 1-2 صدمات في التجربة الأخيرة. الاختصارات: **- P<0.01, ***-P<0.001, ****- P<0.0001. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 5
الشكل 5: مقارنة بين التجنب السلبي وسلوك الاستمالة في D. simulans الذكور والإناث. (أ) متوسط زمن الوصول (الكمون) لكل تجربة. لا يظهر الرسم البياني فروقا ذات دلالة إحصائية بين الذكور والإناث في زمن الوصول. (ب) متوسط عدد الصدمات التي تم تلقيها في كل تجربة. لا يظهر الرسم البياني فروقا ذات دلالة إحصائية بين الذكور والإناث في عدد الصدمات المستلمة. (ج) المدة الإجمالية لنوبات الاستمالة في المحاكمات 1-3. في حين لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية بين الذكور والإناث، أظهرت إناث الذباب انخفاضا كبيرا في سلوك الاستمالة خلال التجربتين 2 و 3 مقارنة بالتجربة 1. الاختصارات: *- P<0.05. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 6
الشكل 6: تأثير WD على سلوك التجنب السلبي لدى الذكور D. simulans . (أ) متوسط زمن الوصول (الكمون) لكل تجربة. يوضح الرسم البياني أن WD زاد بشكل كبير من زمن الوصول في مجموعات WD و WDE. (ب) متوسط عدد الصدمات التي تم تلقيها في كل تجربة. يوضح الرسم البياني زيادة ذات دلالة إحصائية في عدد الصدمات التي تلقاها الذباب على WD في التجربتين 1 و 2. ومن المثير للاهتمام ، أن تمرين الطيران نفى بشكل كبير تأثير WD وفقا لاختبار t للطالب. الاختصارات: CD- النظام الغذائي السيطرة، CDE- السيطرة على النظام الغذائي مع ممارسة الرياضة، WD- النظام الغذائي الغربي، WDE- النظام الغذائي الغربي مع ممارسة الرياضة. *- P<0.05, **- P<0.01. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. #- P<0.05 ، اختبار t للطلاب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المحاكمات الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2 الإصدار التجريبي 3 الإصدار التجريبي 4
الكمون (الكمون) 16.15±2.64 49.08±6.2 64.72±6.8 102.1±12.1
الصدمات 2.18±0.19 1.41±0.29 0.76±0.25 0.33±0.22
مقارنات الكمون توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 **** <0.0001
1 مقابل 3 **** <0.0001
1 مقابل 4 **** <0.0001
2 مقابل 3 ن س 0.2043
2 مقابل 4 **** <0.0001
3 مقابل 4 ** 0.0099
صدم مقارنات توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 ن س 0.0646
1 مقابل 3 *** 0.0004
1 مقابل 4 **** <0.0001
2 مقابل 3 ن س 0.2569
2 مقابل 4 * 0.0253
3 مقابل 4 ن س 0.694

الجدول 1: تأثير التدريب على تجنب الصدمة الكهربائية لدى ذكور D. melanogaster. يتم تقديم البيانات الخاصة بفترات التأخير والصدمات المستلمة كوسيلة ± SEM. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey.

المحاكمات الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2 الإصدار التجريبي 3
الكمون (الكمون) 10.16±0.78 22.64±2.1 30.63±2.69
الصدمات 2.36±0.13 1.84±0.17 1.24±0.14
مقارنات الكمون توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 **** <0.0001
1 مقابل 3 **** <0.0001
2 مقابل 3 * 0.0229
صدم مقارنات توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 * 0.0166
1 مقابل 3 **** <0.0001
2 مقابل 3 * 0.0172

الجدول 2: أثر التدريب على تجنب الصدمة الكهربائية لدى ذكور د. يتم تقديم البيانات الخاصة بفترات التأخير والصدمات المستلمة كوسيلة ± SEM. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey.

المحاكمات الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2 الإصدار التجريبي 3
الكمون (الكمون) 12.07±0.89 20.98±2.63 23.20±2.16
الصدمات 2.65±0.12 1.98±0.12 1.49±0.11
مقارنات الكمون توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 ** 0.0023
1 مقابل 3 **** <0.0001
2 مقابل 3 ** 0.0028
صدم مقارنات توكي المتعددة بين التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 **** <0.0001
1 مقابل 3 **** <0.0001
2 مقابل 3 *** 0.0003

الجدول 3: أثر التدريب على تجنب الصدمة الكهربائية لدى إناث د. المحاكيات. يتم تقديم البيانات الخاصة بفترات التأخير والصدمات المستلمة كوسيلة ± SEM. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey.

المحاكمات الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2 الإصدار التجريبي 3
الاستمالة (ق) الذكور 14.42±1.02 18.47±2.82 18.23±2.75
الاستمالة الأنثوية (ق) 9.15±1.39 14.03±2.26 15.50±2.38
مقارنات توكي المتعددة بين ذكور التجارب ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 ن س 0.4384
1 مقابل 3 ن س 0.4873
2 مقابل 3 ن س 0.9971
مقارنات توكي المتعددة بين تجارب الإناث ملخص قيمة P المعدلة
1 مقابل 2 * 0.0299
1 مقابل 3 * 0.0426
2 مقابل 3 ن س 0.8481

الجدول 4: تأثير التجنب السلبي على سلوك الاستمالة D. simulans. يتم تقديم البيانات كوسيلة ± SEM. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبارات المقارنات المتعددة ل Tukey.

زمن الاستجابة الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2
قرص مضغوط 16.26±2.28 45.85±4.09
سي دي إي 15.28±2.75 33.59±5.19
قَزْم أَبْيَض 13.49±1.58 28.33±3.7
WDE 13.00±1.95 30.23±3.79
مقارنات الكمون توكي المتعددة بين المجموعات التجريبية 1 ملخص قيمة P المعدلة
CD vs. CDE ن س 0.9916
سي دي vs. WD ن س 0.7369
مؤتمر نزع السلاح مقابل WDE ن س 0.6475
سي دي إي vs. دبليو دي ن س 0.9523
سي دي إي vs. دبليو دي إي ن س 0.9122
دبليو دي vs. دبليو دي إي ن س 0.9981
مقارنات الكمون توكي المتعددة بين المجموعات التجريبية 2 ملخص قيمة P المعدلة
CD vs. CDE ن س 0.2785
سي دي vs. WD ** 0.0082
مؤتمر نزع السلاح مقابل WDE * 0.0283
سي دي إي vs. دبليو دي ن س 0.8578
سي دي إي vs. دبليو دي إي ن س 0.9594
دبليو دي vs. دبليو دي إي ن س 0.9844
الصدمات الإصدار التجريبي 1 الإصدار التجريبي 2
قرص مضغوط 1.95±0.21 0.94±0.4
سي دي إي 2.0±0.28 1.0±0.23
قَزْم أَبْيَض 3.05±0.26 2.36±0.41
WDE 2.49±0.24 1.36±0.23
صدمات مقارنات توكي المتعددة بين المجموعات Trial 1 ملخص قيمة P المعدلة
CD vs. CDE ن س 0.9992
سي دي vs. WD ** 0.005
مؤتمر نزع السلاح مقابل WDE ن س 0.3765
سي دي إي vs. دبليو دي ن س 0.0523
سي دي إي vs. دبليو دي إي ن س 0.6446
دبليو دي vs. دبليو دي إي ن س 0.3268
صدم مقارنات توكي المتعددة بين المجموعات Trial 2 ملخص قيمة P المعدلة
CD vs. CDE ن س 0.9996
سي دي vs. WD * 0.0194
مؤتمر نزع السلاح مقابل WDE ن س 0.8246
سي دي إي vs. دبليو دي * 0.0122
سي دي إي vs. دبليو دي إي ن س 0.9306
دبليو دي vs. دبليو دي إي ن س 0.1508

الجدول 5: تأثير WD والتمرين على تجنب الصدمة الكهربائية في الذكور D. simulans . يتم تقديم البيانات الخاصة بفترات التأخير والصدمات المستلمة كوسيلة ± SEM. ANOVA أحادي الاتجاه مع اختبار المقارنات المتعددة ل Tukey. الاختصارات: CD- النظام الغذائي السيطرة، CDE- السيطرة على النظام الغذائي مع ممارسة الرياضة، WD- النظام الغذائي الغربي، WDE- النظام الغذائي الغربي مع ممارسة الرياضة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تجنب المحفزات المهددة هو سمة حاسمة من سمات السلوك التكيفي في مختلف الأنواع من C. الأناقة إلى الإنسان32. إجراءات التعلم التجنبي التي تنطوي عادة على الهروب من حدث متردد، هي مهام سلوكية شائعة الاستخدام للتحقيق في عمليات التعلم والذاكرة في القوارض المختبرية13 منذ عام 197032. في إجراءات التجنب النشطة ، يتبع التحفيز غير المبالي أو الإشارة المشروطة (CS) حدث متردد أو إشارة غير مشروطة (الولايات المتحدة) ، والتي تتعلم الحيوانات تجنبها من خلال أداء مهمة سلوكية محددة. في إجراءات التجنب السلبي، يحتاج الحيوان إلى تجنب الولايات المتحدة المترددة من خلال ربط سلوك سبق معاقبته بسياق بيئي محدد33. وتشير زمن انتقال اختبار الاحتفاظ الأطول الذي يشير إلى ذاكرة أفضل إلى أن الحيوان طور تمثيلا مفصلا لتجربة التدريب13. ويتألف التدريب على التجنب السلبي من تجربة واحدة؛ ومع ذلك ، فإن آليات الدماغ الكامنة وراء اكتساب هذه المهمة معقدة حيث يتعلم الحيوان ربط أجزاء مختلفة من المعلومات ، بما في ذلك المحفزات البيئية والمكانية والمكانية والنفورية13. يسمح تغيير هذه المحفزات بدراسة أنواع الذاكرة العرضية والسياقية13.

اعتمد النموذج الموصوف هنا سلوك التجنب السلبي في القوارض للذباب البالغ كنظام نموذجي. في حين تم تطوير العديد من الإجراءات لدراسة التعلم والذاكرة في الذباب ، بما في ذلك حاسة الشم 7،8 ، البصرية 9 ، وتكييف الخطوبة 10 ، فإن هذه الفحوصات تستغرق وقتا طويلا وتتطلب إعدادا معقدا. البروتوكول الموصوف هنا هو اختبار سلوكي بسيط لدراسة التعلم الترابطي في الذباب ، والذي يتكون من تجارب 1 دقيقة ويمكن إعداده بسهولة مع عدد قليل من الإمدادات المتاحة. من المحتمل أن يسمح البروتوكول بمعالجة إضافية للإشارات البيئية ، مع إضافة المحفزات الشمية والبصرية وغيرها من المحفزات السياقية ، عن طريق تغيير الألوان أو الأنماط الهندسية للحجرة السفلية أو إضافة إشارات شمية إلى غطاء الغرفة العلوية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تكييف هذا الفحص بسهولة لدراسة الذاكرة قصيرة المدى والذاكرة متوسطة المدى والذاكرة المقاومة للتخدير عن طريق التلاعب بالفترات الفاصلة بين التجارب وإخضاع الذباب للتخدير.

عملت المقايسة بشكل جيد على قدم المساواة في D. melanogaster و D. simulans ذكور وإناث الذباب ، مما يدل على أنه يمكن تكييف النموذج مع أنواع D. المختلفة. كانت التغيرات في سلوك الذبابة التي تميزت بزيادة زمن الوصول وانخفاض عدد الصدمات ذات دلالة إحصائية في التجربة الثانية وستتعزز مع التجارب اللاحقة. ومن المثير للاهتمام ، إذا تم تعويد الذباب الساذج على الجهاز دون صدمة كهربائية ، فسوف يدخل المقصورة العلوية بشكل أسرع قليلا في التجربتين الثانية والثالثة. غير أن الانخفاض في زمن الاستجابة لم يكن ذا دلالة إحصائية (البيانات غير معروضة). ولم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية بين الجنسين، على الرغم من أن إناث الذباب لديها زمن انتقال أطول إلى حد ما وتلقت صدمات أكثر قليلا. قد يكون هذا الاختلاف بسبب مجموعة من العوامل ، بما في ذلك فشل الإناث في ربط الصدمة بالحجرة العلوية ، أو التاكسي الجغرافي الأقوى ، أو ربما لأن الإناث أكبر وأبطأ قليلا من الذكور. كانت المدة الإجمالية لنوبات الاستمالة أقل بكثير في التجربتين الثانية والثالثة على إناث الذباب، مما يقارن بين D. والسلوكيات الشبيهة بالقلق من القوارض26.

ومن المثير للاهتمام ، كما هو موضح في الشكلين 3E و 4E ، تم تقسيم زمن الوصول في التجربة الثالثة إلى طرفين (أقل من 30 ثانية و 60 ثانية). ومع ذلك ، لم تلاحظ هذه الاختلافات في التجربة الرابعة التي تشير إلى أن غالبية الذباب حصل في النهاية على المهمة (الشكل 2E). في حين أن الأسباب الدقيقة للفروق الفردية في تطوير مهام التجنب السلبي غير واضحة ، فقد تحتوي المجموعات الطبيعية على تعدد الأشكال والطفرات التي تؤثر على التعلم والذاكرة3،5،34،35. أظهرت دراسة حديثة أن تعدد الأشكال في موضع البحث عن الطعام (من أجل) الذي يشفر كيناز البروتين المعتمد على cGMP (PKG) قد يتوسط في استراتيجيات بديلة في تعلم سلوك البحث عن الطعام34. يتمتع الذباب ذو الأليل "الجوال" والنشاط الأعلى بذاكرة أفضل على المدى القصير، في حين أن الذباب ذو الأليل "الجليس" والسلوك المستقر يظهران ذاكرة أفضل على المدى الطويل34.

وكشف الفحص أن WD أضعف بشكل كبير التعلم والذاكرة في الذباب، وهو ما كان واضحا من خلال زمن انتقال أقصر وتلقي المزيد من الصدمات في التجربة الثانية. يمكن أن يشير العدد الأكبر من الصدمات في التجربة الأولى بعد WD إلى وجود عجز في الذاكرة قصيرة المدى وفشل في إجراء ارتباطات بين سياق بيئي محدد وصدمة كهربائية. ومن المثير للاهتمام أن تمارين الطيران خففت جزئيا من التأثير السلبي ل WD حيث تلقى ذباب WDE صدمات أقل بكثير في التجربة الثانية. هذا يشير إلى أن ممارسة الطيران يمكن أن تعكس تأثير الحمل الزائد الأيضي وتحسين الأداء المعرفي. وتدعم هذه البيانات ملاحظتنا السابقة حول الآثار المفيدة لممارسة الطيران على فسيولوجيا الطيران والتكاثر والسلوك31.

واحدة من الخطوات الحاسمة في البروتوكول الموصوف هي نقل الذباب من القارورة الفردية إلى الغرفة السفلية. الذباب المجهد إما أن يدخل المقصورة العلوية بسرعة كبيرة أو لن يدخل على الإطلاق. لا يزال بإمكان الذباب الذي لم يدخل المقصورة العلوية في التجربة الأولى دخول المقصورة العلوية بعد نقله مرة أخرى إلى قارورة فردية وإعطائه استراحة لمدة 5 دقائق. ومع ذلك ، فمن الأفضل استبعاد هذه الذباب من التجربة. عمر الذباب هو عامل حاسم آخر حيث أصبحت التاكسي الجغرافي السلبي أضعف بكثير في الذباب البالغ من العمر 30 يوما (البيانات غير معروضة). وبالتالي فإن المزيد من الذباب لن يدخل الغرفة العليا في المحاكمة الأولى وسيتم استبعاده من التجربة.

ميزة الفحص الموصوف هي أنها مهمة سلوكية بسيطة تنتج بيانات قابلة للتكرار في كل من D. melanogaster و D. simulans الذكور والإناث الذباب. يمكن أن يساعد الفحص في دراسة الآليات الأساسية الكامنة وراء ضعف التعلم والذاكرة الناتجة عن مختلف التلاعب الوراثي والدوائي والغذائي. علاوة على ذلك، نظرا لأنه يمكن إجراء تجارب الاستبقاء في أوقات مختلفة بعد التدريب الأولي، فمن المحتمل أن يتم استجواب الذاكرة قصيرة ومتوسطة وطويلة المدى بشكل منفصل.

هناك أيضا قيود محتملة على هذه المهمة التجريبية الواحدة ، بما في ذلك التباين بين الموضوعات والاختلافات العمرية (نوقشت أعلاه). يمكن أن يتأثر التعلم والذاكرة أيضا بعوامل مختلفة ، بما في ذلك الحالة السلوكية في وقت التعلم ، والتلاعب التجريبي ، والاستجابات للإجهاد36. نظرا لأن الولايات المتحدة تعطى في المقصورة بشبكة نحاسية ، فمن الصعب في بعض الأحيان تقييم دخول الحيوانات ما لم يكن من الممكن تثبيت حزم الصور وكاميرات الأشعة تحت الحمراء لتتبع الفيديو في المستقبل.

إذا أخذنا الفحص المعروض هنا معا ، فهو إجراء بسيط وموثوق به وقابل للتكرار يسمح بدراسة آليات الذاكرة. ومن المحتمل أن يفتح آفاقا جديدة لإجراء تحليل مفصل لتوحيد الذاكرة في الذباب، بما في ذلك التفاعلات بين الجينات والأدوية، في كل من الجوانب السياقية والعرضية للذاكرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgments

تم دعم هذه الدراسة في أجزاء من قبل المعاهد الوطنية للصحة R15ES029673 (AKM).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bloomington Formulation diet Nutri-Fly  66-112 Available from Genesee Scientific Inc., San Diego, CA
1000 µL Blue tip Fisher NC9546243
17 x 100 mm 14 mL polypropylene culture tube VWR  60818-689
Aduino-based Automatic Kontrol Module In-house AKM-007 This unit is optional. Complete description, schematics, wiring diagram and a code are provided at the ECU Digital Market - https://digitalmarket.ecu.edu/akmmodule
Dual-Display 2-Channel  Digital Clock/Timer Digi-Sense AO-94440-10 https://www.amazon.com/Cole-Parmer-AO-94440-10-Dual-Display-2-Channel-Jumbo-Digit/dp/B00PR0809G/ref=sr_1_5?dchild=1&keywords=Dual-Display+timer+jumbo&qid=1627660660&sr=
8-5#customerReviews
Electronic Finger Counter N/A N/A https://www.amazon.com/gp/product/B01M8IRK6F/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Fisherbrand Sparkleen 1 Detergent Fisher Scientific 04-320-4
Fly mouth aspirator In-house Prepared as described in reference 19.
Grass S88 stimulator N/A N/A Could be replaced with any stimulator which can provide described parameters
Kim-wipes Fisher Scientific 06-666 Kimberly-Clark Professional 34120
Metal block for fly immobilization In-house 4 x 13 x 23.5cm aluminum block
Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil Nutiva N/A https://www.amazon.com/Nutiva-Certified-Cold-Filtered-Unrefined-Ecuadorian/dp/B00JJ1E83G/ref=sxts_rp_s1_0?cv_ct_cx=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&dchild=1&keywords=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&pd_rd_i=B00JJ1E83G&pd_
rd_r=f35e9d2f-afe4-44b6-afc2-1c9cd705be18&pd_rd_w=
R3Zb4&pd_rd_wg=eUv1m&pf_rd_
p=c6bde456-f877-4246-800f-44405f638777&pf
_rd_r=M94N11RC7NH333EMJ66Y
&psc=1&qid=1627661533&sr=1-1-f0029781-b79b-4b60-9cb0-eeda4dea34d6
Shock tube CelExplorer TMA-201 https://www.celexplorer.com/product_detail.asp?id=217&MainType=110&SubType=8
Stopwatch Accusplit A601XLN https://www.amazon.com/gp/product/B0007ZGZYI/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Transparent vinyl tubing (3/4” OD, 5/8” ID) Lowes Avaiable from Lowes

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kandel, E. R., Dudai, Y., Mayford, M. R. The molecular and systems biology of memory. Cell. 157 (1), 163-186 (2014).
  2. McGuire, S. E., Deshazer, M., Davis, R. L. Thirty years of olfactory learning and memory research in Drosophila melanogaster. Progress in Neurobiology. 76 (5), 328-347 (2005).
  3. Livingstone, M. S., Sziber, P. P., Quinn, W. G. Loss of calcium/calmodulin responsiveness in adenylate cyclase of rutabaga, a Drosophila learning mutant. Cell. 37 (1), 205-215 (1984).
  4. Quinn, W. G., Sziber, P. P., Booker, R. The Drosophila memory mutant amnesiac. Nature. 277 (5693), 212-214 (1979).
  5. Dudai, Y., Jan, Y. N., Byers, D., Quinn, W. G., Benzer, S. dunce, a mutant of Drosophila deficient in learning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (5), 1684-1688 (1976).
  6. Busto, G. U., Cervantes-Sandoval, I., Davis, R. L. Olfactory learning in Drosophila. Physiology. 25 (6), Bethesda, Md. 338-346 (2010).
  7. Tully, T., Quinn, W. G. Classical conditioning and retention in normal and mutant Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology. A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 157 (2), 263-277 (1985).
  8. Wright, N. J. Evolution of the techniques used in studying associative olfactory learning and memory in adult Drosophila in vivo: A historical and technical perspective. Invertebrate Neuroscience. 14 (1), 1-11 (2014).
  9. Vogt, K., Yarali, A., Tanimoto, H. Reversing stimulus timing in visual conditioning leads to memories with opposite valence in Drosophila. PloS One. 10 (10), 0139797 (2015).
  10. Koemans, T. S., et al. Drosophila courtship conditioning as a measure of learning and memory. Journal of Visualized Experiments. (124), e55808 (2017).
  11. Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila models of neurodegeneration. Journal of Visualized Experiments. (49), e2504 (2011).
  12. Bozler, J., et al. A systems level approach to temporal expression dynamics in Drosophila reveals clusters of long term memory genes. Plos Genetics. 13 (10), 1007054 (2017).
  13. Atucha, E., Roozendaal, B. The inhibitory avoidance discrimination task to investigate accuracy of memory. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 60 (2015).
  14. Thiels, E., Hoffman, E. K., Gorin, M. B. A reliable behavioral assay for the assessment of sustained photophobia in mice. Current Eye Research. 33 (5), 483-491 (2008).
  15. Detrait, E. R., Hanon, E., Dardenne, B., Lamberty, Y. The inhibitory avoidance test optimized for discovery of cognitive enhancers. Behavior Research Methods. 41 (3), 805-811 (2009).
  16. Piper, M. D. W., Partridge, L. Drosophila as a model for ageing. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 1864 (9), Pt A 2707-2717 (2018).
  17. Chalmers, J., et al. A multicomponent screen for feeding behaviour and nutritional status in Drosophila to interrogate mammalian appetite-related genes. Molecular Metabolism. 43, 101127 (2021).
  18. Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Experimental Gerontology. 40 (5), 386-395 (2005).
  19. Yang, D. Simple homemade tools to handle fruit flies-Drosophila melanogaster. Journal of Visualized Experiments. (149), e59613 (2019).
  20. Barradale, F., Sinha, K., Lebestky, T. Quantification of Drosophila grooming behavior. Journal of Visualized Experiments. (125), e55231 (2017).
  21. Denmark, A., et al. The effects of chronic social defeat stress on mouse self-grooming behavior and its patterning. Behavioural Brain Research. 208 (2), 553-559 (2010).
  22. Kalueff, A. V., et al. Neurobiology of rodent self-grooming and its value for translational neuroscience. Nature Reviews: Neuroscience. 17 (1), 45-59 (2016).
  23. Motulsky, H. Intuitive biostatistics: A nonmathematical guide to statistical thinking. Fourth edition. , Oxford University Press. (2018).
  24. Qiao, B., Li, C., Allen, V. W., Shirasu-Hiza, M., Syed, S. Automated analysis of long-term grooming behavior in Drosophila using a k-nearest neighbors classifier. Elife. 7, 34497 (2018).
  25. Mu, M. D., et al. A limbic circuitry involved in emotional stress-induced grooming. Nature Communications. 11 (1), 2261 (2020).
  26. Song, C., Berridge, K. C., Kalueff, A. V. Stressing' rodent self-grooming for neuroscience research. Nature Reviews: Neuroscience. 17 (9), 591 (2016).
  27. Wang, C., Chan, J. S., Ren, L., Yan, J. H. Obesity reduces cognitive and motor functions across the lifespan. Neural Plasticity. 2016, 2473081 (2016).
  28. Lewis, A. R., Singh, S., Youssef, F. F. Cafeteria-diet induced obesity results in impaired cognitive functioning in a rodent model. Heliyon. 5 (3), 01412 (2019).
  29. Yohn, S. E., Galbraith, J., Calipari, E. S., Conn, P. J. Shared behavioral and neurocircuitry disruptions in drug addiction, obesity, and binge eating disorder: Focus on Group I mGluRs in the mesolimbic dopamine pathway. ACS Chemical Neuroscience. 10 (5), 2125-2143 (2019).
  30. Lopez-Taboada, I., Gonzalez-Pardo, H., Conejo, N. M. Western Diet: Implications for brain function and behavior. Frontiers in Psychololgy. 11, 564413 (2020).
  31. Murashov, A. K., et al. Preference and detrimental effects of high fat, sugar, and salt diet in wild-caught Drosophila simulans are reversed by flight exercise. FASEB Bioadvances. 3 (1), 49-64 (2021).
  32. Krypotos, A. M., Effting, M., Kindt, M., Beckers, T. Avoidance learning: A review of theoretical models and recent developments. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 189 (2015).
  33. Encyclopedia of Neuroscience. Binder, M. D., Hirokawa, N., Windhorst, U. , Springer Berlin Heidelberg. 3093 (2009).
  34. Mery, F., Belay, A. T., So, A. K., Sokolowski, M. B., Kawecki, T. J. Natural polymorphism affecting learning and memory in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (32), 13051-13055 (2007).
  35. Tan, Y., Yu, D., Pletting, J., Davis, R. L. Gilgamesh is required for rutabaga-independent olfactory learning in Drosophila. Neuron. 67 (5), 810-820 (2010).
  36. Ögren, S. O., Stiedl, O. Encyclopedia of Psychopharmacology. Stolerman, I. P. , Springer Berlin Heidelberg. 960-967 (2010).

Tags

السلوك ، العدد 176 ، التجنب السلبي ، التعلم النفوري ، التعلم الترابطي ، الذاكرة ، ذبابة الفاكهة ، النظام الغذائي الغربي ، ممارسة الطيران

Erratum

Formal Correction: Erratum: Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning
Posted by JoVE Editors on 02/23/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning. The Representative Results and Discussion sections were updated.

In the Representative Results, the legend for Figure 5 was updated from:

Figure 5: Comparison of passive avoidance and grooming behavior in D. simulans males and females. (A) Average latency (s) per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the latencies. (B) An average number of received shocks per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the number of received shocks. (C) The total duration of grooming bouts in trials 1-3. While there were no statistically significant differences between males and females, the female flies showed a considerable increase in grooming behavior during trials 2 and 3 compared to trial 1. Abbreviations: *- P<0.05. One-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test.

to:

Figure 5: Comparison of passive avoidance and grooming behavior in D. simulans males and females. (A) Average latency (s) per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the latencies. (B) An average number of received shocks per trial. The graph shows no statistically significant differences between males and females in the number of received shocks. (C) The total duration of grooming bouts in trials 1-3. While there were no statistically significant differences between males and females, the female flies showed a considerable decrease in grooming behavior during trials 2 and 3 compared to trial 1. Abbreviations: *- P<0.05. One-way ANOVA with Tukey's multiple comparisons test.

In the Discussion, the third paragraph was updated from:

The assay worked equally well in D. melanogaster and D. simulans male and female flies, demonstrating that the paradigm could be adapted to different D. species. The changes in fly behavior characterized by increased latencies and decreased number of shocks were statistically significant in the second trial and would strengthen with subsequent trials. Interestingly, if naïve flies were habituated to the apparatus without electric shock, they would enter the upper compartment a little faster on the second and the third trials. However, the decrease in latencies was not statistically significant (data not shown). No statistically significant differences were observed between sexes, although female flies had somewhat longer latencies and received slightly more shocks. This difference could be due to a combination of factors, including females' failure to associate the shock with the upper compartment, a stronger geotaxis, or possibly because females are slightly larger and slower than males. The total duration of grooming bouts was significantly higher in the second and third trials in female flies, which draws a parallel between D. and rodent anxiety-like behaviors26.

to:

The assay worked equally well in D. melanogaster and D. simulans male and female flies, demonstrating that the paradigm could be adapted to different D. species. The changes in fly behavior characterized by increased latencies and decreased number of shocks were statistically significant in the second trial and would strengthen with subsequent trials. Interestingly, if naïve flies were habituated to the apparatus without electric shock, they would enter the upper compartment a little faster on the second and the third trials. However, the decrease in latencies was not statistically significant (data not shown). No statistically significant differences were observed between sexes, although female flies had somewhat longer latencies and received slightly more shocks. This difference could be due to a combination of factors, including females' failure to associate the shock with the upper compartment, a stronger geotaxis, or possibly because females are slightly larger and slower than males. The total duration of grooming bouts was significantly lower in the second and third trials in female flies, which draws a parallel between D. and rodent anxiety-like behaviors26.

<em>ذبابة الفاكهة</em> سلوك التجنب السلبي كنموذج جديد لدراسة التعلم الترابطي المتردد
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pak, E. S., Murashov, A. K.… More

Pak, E. S., Murashov, A. K. Drosophila Passive Avoidance Behavior as a New Paradigm to Study Associative Aversive Learning. J. Vis. Exp. (176), e63163, doi:10.3791/63163 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter