بروتوكول الاستجابة ململة الإرشاد للتحقيق اللدونة السلوكية في الحشرات: تطبيق لالأساسية، الطبية الحيوية، والبحوث الزراعية
Summary
The Proboscis Extension Response (PER) conditioning protocol, developed for the honey bee (Apis mellifera), provides an ecologically-relevant and easily quantifiable means for studying several different mechanisms of learning in many insect species.
Abstract
الحشرات تعديل ردودها على محفزات من خلال تجربة ربط تلك المحفزات مع الأحداث الهامة من أجل البقاء (مثل الغذاء والاصحاب والتهديدات). هناك العديد من الآليات السلوكية التي من خلالها يتعلم حشرة الجمعيات البارزة وتتعلق بها إلى هذه الأحداث. من المهم أن نفهم هذا اللدونة السلوكية لبرامج تهدف نحو مساعدة الحشرات التي تعود بالفائدة للزراعة. ويمكن أيضا أن تستخدم هذا الفهم لاكتشاف حلول للمشاكل الطبية الحيوية والزراعية التي تم إنشاؤها عن طريق الحشرات التي تكون بمثابة نواقل الأمراض والآفات. تم تطوير الاستجابة تمديد ململة (PER) بروتوكول تكييف للنحل العسل (mellifera أبيس) قبل أكثر من 50 عاما لدراسة كيف يرون والتعرف على الروائح الزهرية، التي تشير الرحيق وحبوب اللقاح الموارد والاحتياجات مستعمرة من أجل البقاء. يوفر الإجراء PER إطار قوي وسهل توظيف لدراسة العديد من مختلف ميكا ذات الصلة من الناحية البيئيةالآليات الوطنية لتبادل اللدونة السلوكية. فمن تكيف بسهولة للاستخدام مع العديد من أنواع الحشرات الأخرى، وردود الفعل السلوكية الأخرى. هذه البروتوكولات يمكن استخدامها بسهولة في بالاشتراك مع وسائل مختلفة لرصد النشاط العصبي في الجهاز العصبي المركزي عبر الكهربية أو bioimaging، أو لمعالجة مسارات neuromodulatory المستهدفة. هو فحص قوي للكشف عن الآثار بسرعة شبه قاتلة على السلوك الناجم عن الضغوطات البيئية، والسموم أو المبيدات.
وتبين لنا كيف أن بروتوكول PER واضح ومباشر لتنفيذ باستخدام اثنين من الإجراءات. واحد هو مناسبة كعملية المختبر للطلاب أو لفحوصات سريعة للتأثير علاجا تجريبيا. الآخر يوفر المزيد من السيطرة وافية من المتغيرات، وهو أمر مهم للدراسات في الإشراط السلوكي. وتبين لنا كيف عدة تدابير للاستجابة السلوكية التي تتراوح بين ثنائي نعم / لا إلى مزيد من المتغير المستمر مثل الكمون ومدة تمديد خرطوم يمكن استخدامها لاختبار hypotheseق. و، نناقش بعض العثرات التي تواجه الباحثين عادة عندما استخدم الإجراء لأول مرة.
Introduction
الكثير من الحشرات تتعلم حول المحفزات ذات الصلة من الناحية البيئية، وأنها ثم تغيير ردودهم السلوكية لتلك المحفزات من أجل التكيف مع العلاقات التنبؤية الجديدة في بيئتهم. يمكن أن عدة آليات مختلفة تكمن وراء هذا اللدونة السلوكية (مثل اترابطي، النقابي / بافلوف، واستثابي / دور فعال 1). هذه الأنواع من اللدونة تختلف في كيفية ترتبط المنبهات أو السلوكيات مع الأحداث الهامة، مثل وقوع الطعام، رفيقة، أو خطرا. فهم هذه الأشكال من اللدونة المهم جدا للبحوث الأساسية في كيفية تغير الجهاز العصبي لترميز الذكريات الجديدة 2. ومن المهم أيضا لفهم السلوكيات التكيفية من الحشرات التي هي نواقل المرض الهامة (على سبيل المثال، التسي تسي والبعوض) والحشرات التي تعتبر مهمة زراعيا، سواء في إنتاج المحاصيل (نحل العسل) أو الآفات.
دراسة اللدونة السلوكية في أي أنيميتطلب آل مستوى من الرقابة التجريبية على عدد من المتغيرات التي لا يمكن تحقيقها في مجال 1. فإنه يتطلب وضع بروتوكول تكييف قوي التي يمكن استخدامها في ظل ظروف أكثر سيطرة، ولكن التي لا تزال قائمة إلى السلوك تحت الظروف الطبيعية. عسل النحل (mellifera أبيس) هو نموذج ممتاز لكيفية وضع بروتوكول لإجراء التحليلات السلوكية التي تسيطر عليها من اللدونة 3،4. رد تمديد ململة (PER) في العسل النحل هو رد الفعل السلوكي الطبيعي الذي عسل النحل يمتد خرطوم في الاستجابة لتحفيز antennal بمحلول السكر. السلوك أثناء البحث عن الطعام العادي، ويحدث عندما يجد PER عسل النحل الرحيق في الزهور. لحسن الحظ، سوف نحل العسل تظهر بسهولة على هذه المشكلة بسيطة وقابلة للقياس بسهولة في المختبر. هذا يجعل من الممكن للدراسة، في الإعداد للرقابة، والآليات التي تؤثر في هذا السلوك من الناحية الإيكولوجية ذات الصلة 5. PER كاليفورنيان أن تستخدم أيضا ضمن بروتوكول تكييف للتحقيق التصور التحفيز والتعلم والذاكرة تحت ظروف معالجة مختلفة، والتي صممت للكشف عن الآليات السلوكية والعصبية التي تكمن وراء اللدونة 6.
منذ أولى الدراسات التي كوابارا 7، تم تكييف PER تستخدم على نطاق واسع للكشف عن اترابطي، النقابي وآليات استثابي التي تكمن وراء اللدونة السلوكية في نحلات العسل 8. هذه الآليات هي مماثلة لتلك التي كشفت في دراسات الطيران بحرية عسل النحل 9. خلافا لدراسات الطيران بحرية عسل النحل، PER بروتوكولات تكييف يمكن أن يقترن مع 10،11 الكهربية أو الخلية الحية التصوير مضان 12-14 من الدماغ. وعلاوة على ذلك، بروتوكولات PER تسمح للتلاعب التجريبية من المسارات العصبية عبر العلاجات الدوائية أو الوراثية الجزيئية لاختبار الفرضيات حول دور كل من مكونات محددة من مكونات الشبكة، مثل neuromodulators 15،16. وقد وفرت بروتوكولات PER أيضا وسيلة هامة لتقييم آثار مميتة من الظروف البيئية وكذلك السموم على صحة وكفاءة تستخدم علفا للنحل العسل 17.
يصف هذا الإجراء طريقتين تسليم رائحة بالتوازي. طريقة 1 هو نسخة من رائحة والتحفيز دون شروط (السكروز) التسليم التي توفر طريقة غير مكلفة وبسيطة من الناحية الفنية لتقديم ورائحة مكافأة السكروز. هذه الطريقة جيدة للتدريب الأساسي وعندما أتمتة غير ممكن. هو وسيلة ممتازة لإدخال هذه التقنية إلى مختبر الفصول الدراسية أو التدريس. خلال تكييف للتجارب التي تنطوي على مهام أكثر صعوبة والتقييمات الفسيولوجية جانب الإدراك رائحة، والتعلم، أو ذاكرة، من المهم جدا بدقة وعلى وجه التحديد لتنظيم بداية، توقيت تسليم مدة المحفزات. لتقديم التحفيز الأكثر موثوقية، واستخدام وسيلة لأتمتة تسليم رائحة والثانية طريقة دقيقة لتسليم المكافأة. 2 توظف طريقة مؤتمتة تسليم رائحة والتسليم السكروز أكثر دقة. فمن الناحية التقنية أكثر تعقيدا ويتطلب المزيد من أجل الإعداد الأولي من الأسلوب 1، لكنه يزيد بشكل كبير من الاتساق في توقيت وكمية من المحفزات المستخدمة لتكييف وينبغي أن تستخدم كلما أمكن ذلك.
Protocol
Representative Results
Discussion
قدم هذا البروتوكول طريقتين يمكن الاعتماد عليها لتكييف باستخدام الإجراء PER. هذه هي اثنين من العديد من الطرق التي استخدمت بنجاح 27 و 21. نحن توظيف الأسلوب 2 لجميع الدراسات التجريبية باستخدام PER كما هو موثوق باستمرار، حتى عبر المجربون مختلف.
تم تكييفها نفس الإجراء الأساسي لكثير من أنواع مختلفة من الدراسات مع عسل النحل، بما في ذلك استخدام المحفزات تكييف مختلفة وردود الفعل السلوكية المختلفة. كما تم ربطه التحقيقات من الأساس الجيني للاختلافات في تعلم 28،29، ويرتبط الفسيولوجية للإدراك حاسة الشم والذاكرة في الدماغ 13،14،30، وتغييري والجزيئية الوراثية قواعد السلوك 15،16،31 . بسبب المعرفة المتقدمة من أهمية إيكولوجية التعلم حاسة الشم لعسل النحل، والتي بدأت مع أولى الدراسات التي كتبها كارل فون فريش قبل أكثر من 100 سنة <suP> 31، والنتائج من PER يمكن ربطها بسهولة مع احتياجات بقاء مستعمرة. وفي الآونة الأخيرة، تم تكييفها لدراسة زراعية للتحقيق في الآثار السلوكية شبه مميتة من المبيدات والسموم البيئية 17.
الإجراء الأساسي هو قوي لأنه يمكن تطبيقها على التحقيق في مشاكل في الأنواع الأخرى أيضا. نوعين فراشة، ماندوكا سيكستا وورق القطن littoralis، وقد استخدمت في الدراسات PER للتحقيق في الأساس العصبي لتحديد قدرات التعلم ورائحة الشم كل الأنواع 32،33. وقد وفرت تجارب PER مع ذباب الفاكهة العديد من الأفكار في شلالات الإشارات الجزيئية المشاركة في chemosensation والتعلم 34. ومؤخرا استخدمت PER لدراسة التعود في برغوث (الرادنة prolixus) 35، وهي ناقلات الأمراض مهم.
بشكل عام، هذا الإجراء هو قوي للتغيرات في طريقة. استخدام دوأساليب ifferent المرجح تنتج الفرق النسبي بين مجموعات العلاج نفسه. على الرغم من إجراء بسيط نسبيا، ويمكن في بعض الأحيان عدة مشاكل تمنع نحل العسل من تعلم الجمعية رائحة السكروز. المواضيع التالية هي التعديلات الممكنة للبروتوكول وبعض من أكثر المشاكل الشائعة التي قد تنشأ خلال تكييف PER.
الاعتبارات على عدد ونوع المحاكمات في بروتوكول تكييف
سوف تتطلب أي بروتوكول التعلم تعرض النحل لعدد من التجارب في مرحلة الاستحواذ. هذا الرقم يعتمد إلى حد كبير على صعوبة المهمة. يمكن أن نحل العسل يتعلم مهمة بسيطة بعد محاكمة واحدة، لكنها تحتاج إلى ما لا يقل عن ثلاث محاكمات للحث على تشكيل الذاكرة طويلة المدى. كما هو متوقع، فإن نحل العسل تتطلب أكثر بكثير التجارب لمعرفة كاف مهمة صعبة. عموما، هناك عدد ممكن من التجارب بعدها النحل لم تعد تحسن بشكل كبير منالأداء تحت الحمراء. هذا أقصى يعتمد على مهمة محددة، وأنواع رائحة وتركيز، وتركيز السكروز.
عند استخدام أكثر من نوع واحد من المحاكمة مع الروائح المختلفة، وتقديم أنواع مختلفة المحاكمة في تسلسل المزيف للحفاظ على النحل من حفظ تسلسل بسيط من العروض رائحة بدلا من تعلم الفروق بين الروائح 36. في هذه متواليات المزيف، يجب أن يكون هناك عدد متساو من محاكمات لكل من أنواع الرائحة. أيضا، واحتمال محاكمة من نوع واحد الرائحة التي يسبقها ويتبعها نفس الرائحة، أو أي من الروائح الأخرى، يجب أن يكون على قدم المساواة لجميع الروائح. لمدة الروائح – A و B – استخدام التسلسل التالي: ABBABAAB. على مدى ثماني محاكمات يتم تقديم كل رائحة أربع مرات. سلسلة متواليات متطابقة للوصول إلى العدد المطلوب من التجارب لكل رائحة.
بغض النظر عن التصميم التجريبي، وهناك عدد قليل من المعالم التي يجب أن تبقىثابتة من أجل تحسين التعلم. التداخل بين CS والولايات المتحدة هو أمر حاسم لتكييف فعال. الفاصل الزمني بين المحاكمة (الشكل 1، الجدول 1) يجب أن يكون ثابتا ويكون الأمثل بسبب عدم انتظام أو فاصل زمني قصير جدا أو طويل جدا بين المحاكمة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على فعالية تكييف بروتوكول 1.
الاعتبارات على أهمية والتصميم لتجارب اختبار السلوكية
الردود المسجلة خلال "مرحلة اكتساب" من تجربة، عندما قدم CS والولايات المتحدة معا، يمكن أن تكون مفيدة. ومع ذلك، حذار أن ظروف العرض رائحة يمكن أن تختلف من نوع واحد من محاكمة إلى أخرى. خلال محاكمات المسلحة، وقدم رائحة تليها السكروز بالتزامن مع التحفيز البصري (حركة الجهاز لتقديم الحبرية السكروز) التي يمكن أن تؤثر على استجابة النحل. والنحل لها في المرتبة الثانية بعد ثلاثةق لإظهار استجابة (أربع ثوان من التحفيز رائحة ناقص واحد تداخل ثانية مع العرض السكروز، الشكل 1). إذا ينطوي على التجربة والتعلم للتمييز الروائح اثنين النحل (مثل مصفحة وغير مدعوم)، ورائحة غير المدعومة المقدمة على تجارب بديلة يحدث دون التحفيز البصري للعرض مكافأة والنحل لديهم أربع ثوان كاملة للرد. ولذلك، فإن الردود على اثنين من الروائح غير قابلة للمقارنة تماما خلال الاستحواذ. مع أي بروتوكول تكييف، لا تعتمد فقط على منحنيات الاستحواذ 1. للتأكد من أفضل ما تعلمه النحل، وإدخال سلسلة من المحاكمات الاختبار غير المدعومة، حيث يتعزز ولا رائحة، والذي يضمن أن اختبار جميع المحفزات يتم في ظروف مماثلة.
تبعا للغرض محدد من التجربة، يمكن أن تتكون اختبار تجارب اختبار واحدة من رائحة مكيفة أو سلسلة من التجارب مع التطوير التنظيمي مكيفةأو أو مزيج من الروائح مكيفة والرواية. محاكمة اختبار واحدة من رائحة مكيفة توفر فحص بسيط عما إذا تذكر النحل "رائحة الهواء. ومع ذلك، وردا على أول اختبار المحاكمة قد تعكس مستوى الدافع النحل "وكذلك استدعاء لها من رائحة الهواء. سلسلة من المحاكمات الاختبار، إما سلسلة من المحاكمات انقراض رائحة مكيفة أو سلسلة من الاختبارات واحدة من كيفت واحد أو أكثر الروائح جديدة، ويمكن أيضا أن تستخدم لتقييم الذاكرة. سلسلة من المحاكمات الانقراض يمكن تقييم مدى قوة تذكر النحل "جمعية مكيفة. أقوى استدعاء عدد أكبر من التجارب اللازمة لاطفاء استجابة مشروطة. سلسلة من الاختبارات واحدة من الروائح مشروطة والرواية يمكن أيضا تقييم خصوصية ذاكرة النحل من رائحة الهواء.
ومن الضروري أيضا أن يكيف واختبار كل من السيطرة والمجموعات المعالجة في النقاط الزمنية نفسها. Comparجي أداء النحل قريبا بعد تكييف للنحل احتجازهم لفترات زمنية أطول إشكالية بسبب التعرض إلى الولايات المتحدة السكروز عن طريق تغذية النحل لشبع. على سبيل المثال، يمكن أن يكون انخفاض في الأداء بعد فترات طويلة بسبب اضمحلال الذاكرة أو قد يكون نتيجة للتغيرات في الدولة المحفزة و / أو التعلم الناجمة عن التعرض غير المدعومة إلى الولايات المتحدة، مما يجعل النتائج غامضة. ولذلك، ينبغي دائما أن يحكم أداء مجموعة العلاج النسبي لمجموعة مراقبة مكيفة واختبارها عند نقاط نفس الوقت.
تركيز الرائحة والنزاهة
هناك العديد من الطرق التي يمكن للتركيز وسلامة رائحة (CS) يمكن أن يتعرض للخطر. المشكلة الأكثر انتشارا مع تسليم رائحة هي رائحة استنزاف خراطيش من الإفراط (الشكل 2). استبدال خراطيش 10-12 الاستخدامات (كل 2 أو 3 تجارب مع مجموعات من 5 عسل النحل) لتجنب هذا المأزق. ومن الأهمية بمكان أيضا استخدامخراطيش جديدة للمحاكمات الاختبار، منذ الخراطيش المستخدمة قد استنفدت بشكل مختلف، وبالتالي الحالية المحفزات رائحة غير متكافئة. مشكلة شائعة أخرى هي التلوث خرطوشة رائحة المقرر أن تستخدم خرطوشة لرائحة أكثر من دون تنظيفه تماما. ويمكن لتدفق الهواء القذرة أو الملوثة أيضا إدخال غير قصد تحفيز حاسة الشم إضافية (يمكن مرشحات الفحم المنشط منع التلوث الخلفية). وهذه مشكلة خاصة عند اقتران PER تكييف مع القياسات من الاستجابات الفسيولوجية للرائحة. خراطيش رائحة تتسرب منها المياه تمثل مشكلة منذ يتعرضون العسل النحل لرائحة قبل أن تبدأ المحاكمة، مما يقلل من بروز التحفيز الرائحة. تركيب فضفاض على العرض الجوي للتسليم رائحة يمكن أن يؤدي إلى ضئيلة أو معدومة تسليم رائحة عندما يفتح صمام، والحد بشكل مصطنع استجابة النحل لرائحة المقصود.
محلول السكروز والمثير غير الشرطي (المكافأة)
في لجبل، والتركيز، وسلامة من الحل السكروز تستخدم الولايات المتحدة حيوية لنجاح التجربة. تكييف هي وظيفة من كمية وتركيز محلول السكروز في الماء تستخدم الولايات المتحدة 37. ميكرومتر المحاقن المستخدمة في الأسلوب 2 تسمح للدقيقة جدا (وصولا الى 0.2 ميكرولتر) السيطرة على تسليم الولايات المتحدة، ونحن نوصي باستخدام لهم لكلا الأساليب المذكورة. استخدام المسواك (الطريقة 1) كافية للظروف التي الحقن مكلفة لا يمكن استخدام، مثل، في تدريب مجموعات كبيرة من الطلاب، والعمل في هذا المجال، أو ذات الميزانيات المنخفضة. تنفيذ دقيق للطريقة 1 على ما يرام طالما يتم الحفاظ توقيت مع استبدال العادية المسواك لتجنب تراكم السكروز (وتركيز تسليم). ومع ذلك، باستخدام المسواك هو أكثر من الصعب السيطرة عليها بدقة وتقدير كمية وحجم الولايات المتحدة تسليمها، وهو أمر مهم للدراسات تكييف 1. تركيز السكروز اللازمة لتقديم مكافأة كافية للحفاظ على النحل الدافع لتعلم الجمعية مكيفة يمكن أن تعتمد على صعوبة المهمة والحالة الداخلية النحل "أو الوقت من السنة. المهام أكثر صعوبة تتطلب حلا السكروز العالي للنحل على التعلم بنجاح المهمة. تراكم العفن يمكن في حلول السكروز حتى في 5 ° C، والتي سوف تؤثر سلبا على سلامة الحل، مما يؤثر على صحة النحل والنظرة إلى مكافأة أثناء التجربة. فمن الأفضل أن تحل محل حل كل بضعة أيام.
الدقة، والتوقيت، وتناسق CS والولايات المتحدة التسليم
القضية الأكثر أهمية عن التنفيذ السليم لإجراء PER، أو لهذه المسألة أي إجراء تكييف، ينطوي على دقة وتوقيت واتساق CS والتسليم الولايات المتحدة (الشكل 1). المحققون الذين جديدة إلى الإجراء غير دقيقة حول تسليم واحد أو كلا المحفزات بشكل متكرر. في ISIالتي لا تسمح للتداخل في CS الولايات المتحدة ويؤدي ذلك إلى ضعف الأداء تكييف. المجلس التشريعي بأتمتة إشارة مسموعة للمجرب لتقديم السكروز 3 ثانية بعد بدء تسليم رائحة. يجب أن المحققين عقد السكروز / قطرة المياه القريبة من النحل للتسليم السريع بعد الإشارة. تساعد هذه الإجراءات على جر ISI ثابت. وضع ساعة توقيت بواسطة الساحة تكييف يسمح مريحة وضع وقت المحاكمة فضلا عن رصد الوقت النحل في الساحة قبل وبعد الولادة من المحفزات على حد سواء. بهذه الطريقة ال ITI يمكن أن تكون متسقة نسبيا ويمكن تشغيل الإجراء بأكمله بوتيرة رقابة. يمكن لITI التي هي قصيرة جدا، على سبيل المثال أقل من 1 دقيقة، أو وقتا طويلا يؤدي إلى سوء الأداء 1 تكييف.
التأثيرات الموسمية والبيئية والسياقية على عسل النحل الأداء
أداء النحل العسل "يمكن أن تتأثر بشكل كبير من قبل محيطهاسواء قبل أو خلال تكييف. في كثير من الأحيان، فإن التقلبات في درجة الحرارة وتوفر الغذاء التي تأتي مع تغير الفصول يغير الدافع النحل على التعلم. عندما الزهور هي في ازهر، والدافع النحل "لتعلم الجمعية مكيفة في المختبر تنخفض 38. عندما يتم التشديد المستعمرة – من درجات الحرارة القصوى ونقص الغذاء، أو الإجهاد المرتبطة المرض – النحل "سوف تظهر انخفاضا في الأداء داخل تعلمهم. أبقت نحل العسل في غرفة رحلة قد تعلم جيدا لفترة من الوقت، ولكن هناك أيضا من وطأة المرض والشيخوخة تتحلل أداء التعلم مع مرور الوقت. سياق خلال تكييف يمكن أيضا إنقاص الأداء النحل. يمكن لأي الروائح الغريبة، والحركة، والمنبهات الأخرى يصرف النحلة من المحفزات التجريبية. لتجنب هذه المشكلة، والحفاظ على، والسياق البصري مبسط متسقة إلى حد معقول.
النمط الجيني والخبرة يؤثر على أداء PER
<ع الطبقة = "jove_content"> يمكن للعمال النحل العسل تختلف اختلافا كبيرا في الأداء على أي إجراء تكييف بسبب التخصص المهمة، التركيب الوراثي أو العوامل البيئية الأخرى 20. وبالتالي، فمن المهم توحيد، قدر الإمكان، وأنواع الحيوانات المستخدمة في التجربة من أجل تقليل التفاوت بين الأفراد. في مستعمرة بقيادة ملكة مفتوحة تزاوج، مما يعني أنها تزاوج مع العديد من طائرات بدون طيار مختلفة، والعمال تختلف في التركيب الوراثي لأبيه. الخلفية الوراثية يمكن أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة في الاستجابة الحسية 39 و تعلم الأداء 29. باستخدام المستعمرات بقيادة تلقيح الملكات instrumentally بواسطة الحيوانات المنوية من طائرات بدون طيار واحدة 28 يقلل هذا الاختلاف بين الأفراد.البروتوكولات المذكورة أعلاه، يتضمن طريقة لجمع العمال نحل العسل من مدخل العش. ومع ذلك، هذه نحل العسل تختلف عن بعضها البعض فيما يتعلق سن أو المهمة السلوكية. قد يكون الاثنان من الصغر (inexperienCED) أو أكثر (أكثر) علافات من ذوي الخبرة. ويمكن أن تكون نحل العسل مما يجعل الشباب رحلات التوجه الأولى بهم. أو أنها قد تكون حارس النحل. للحد من التقلبات، بمناسبة النحل مع طلاء المينا التجفيف السريع أو علامات الوسم إما لأنها تظهر وكأنها البالغين (للسيطرة على العمر) و / أو لأنها تبدأ تستخدم علفا (للسيطرة على الخبرة). ثم، بعد بضعة أيام، وجمع النحل لتكييف ملحوظة. العمال التي تعمل في السلوك التمريض يمكن جمع من الأطر داخل الخلية. الممرضات يمكن تحديدها بشكل إيجابي عندما تضاف رؤوسهم في خلية الحضنة لتغذية ورعاية اليرقات داخل.
باستخدام العذراء كوينز أو الطائرات بدون طيار لتكييف PER
بالإضافة إلى عسل النحل العامل، عذراء ملكات نحل العسل والطائرات بدون طيار يمكن أن تكون مشروطة بسهولة في إجراء PER للدراسات تهدف إلى تطوير الخطوط الوراثية للنحل العسل التي تختلف في تعلم الأداء 28. وينبغي جمع الملكات العذراء قريبا بعد عشرإرنست و يونغ الخروج من التشرنق وضعها مباشرة في يسخر الزجرية دون تخدير. الشباب، وطائرات بدون طيار غير الناضجة التي تم جمعها من مشط الحضنة داخل مستعمرة هي عموما ليست ذات دوافع للتعلم. بعد أن بدأت التزاوج الرحلات الجوية، طائرات بدون طيار يتعلم بسهولة المهام PER 28. ينبغي جمعها بعد عودتهم من رحلة التزاوج بين عشية وضحاها وحافظ في قفص صغير في مستعمرة المستخدمة لتربية الملكات. لا تحاول تسخيرها في اليوم السابق تكييف. انهم لا البقاء على قيد الحياة بشكل جيد في التوصيلات بين عشية وضحاها. بضع ساعات قبل تكييف الطائرات بدون طيار يمكن جمعها من أقفاص ووضعها في يسخر الزجرية دون تخدير.
الاستنتاجات
هذا الإجراء PER، في الطريق من الطرق، هو بمثابة نقطة انطلاق لتصميم التجارب PER. سوف تتطلب معظم بروتوكولات PER أن الإجراء المبين تغييرها في بعض الطريق لتنفيذ الأهداف المحددة للتجربة وتسكنالبريد مجموعات العلاج متعددة. فمن السهل لتنفيذ. ومع ذلك، يتطلب التنفيذ السليم والاهتمام بالتفاصيل والممارسة. مرة واحدة يتقن يمكن أن يكون إجراء قوي لإضافة كأداة بحث لعدة برامج البحوث الأساسية والتطبيقية مع أنواع الحشرات المختلفة.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة تمويل من NCRR (R01 RR014166 إلى BHS)، NIH NIDCD (R01 DC011422 BHS شارك في PI)، وزارة الزراعة الأمريكية (J Trumble PI، BH سميث المشارك PI) وجامعة ولاية أريزونا. تم توفير التمويل اللازم لعمل لتدريب الطلاب (البيانات في الشكل 4) من قبل مؤسسة العلوم شيلي.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S9378-1KG | |
| Odorant compounds (for example): | For additional examples of odorants, see any of the papers on olfactory processing from the Smith lab | ||
| 1-hexanol | Sigma-Aldrich | 471402-100ML | |
| 2-octanone | Sigma-Aldrich | W280208-800G-K | |
| heptanol | Sigma-Aldrich | 51778-5ML | |
| gerianol | Sigma-Aldrich | 163333-25G | |
| nonanal | Sigma-Aldrich | 131210-100ML | |
| Hexane | Sigma-Aldrich | 296090-1L | |
| Heavy Mineral Oil | Sigma-Aldrich | 330760-1L | Make sure it’s odorless |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 459836-1L | |
| Scintillation vials | Sigma-Aldrich | Z190535-1PAK | Use a small drill bit to bore a small hole in the cap of the vials |
| Bee harness | Custom-made from 0.9 cm diameter plastic soda straws or hard plastic/metal tubing | ||
| Duct tape | |||
| Kimwipes | Sigma-Aldrich | Z188956-1PAK | |
| Wash bottles | Sigma-Aldrich | Z560847-3EA | For the 70% ethanol |
| Small fan in mountable housing | |||
| Dryer tubing | |||
| FOR METHOD 1 ONLY | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 20 ml disposable plastic syringes | Cole-Parmer | WU-07945-18 | |
| 15 mm filter paper circles | Sigma-Aldrich | Z274844-1PAK | |
| Pushpins | |||
| Toothpicks | |||
| FOR METHOD 2 ONLY | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Gilmont Micrometer syringe, 0.2 mL | Cole-Parmer | EW-07840-00 | |
| Gilmont micrometer syringe tip | Cole-Parmer | EW-07841-00 | |
| 26G 3/8” Leur hub hypodermic needles | Fisher Scientific | 14-826-10 | |
| 1cc tuberculin syringes (plastic/glass) | Sigma-Aldrich | Z181641-1EA OR Z192090-200EA | glass tuberculin syringes are available, but plastic syringes are much less expensive and will work well for a limited number of uses |
| Small rubber/silicone restrictors | Cole-Parmer | EW-95702-02 | Made from 4.8 mm outer diameter silicone tubing or the rubber tips of the 1 cc syringe plungers |
| Parafilm | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| 75 X 100 mm filter paper | Sigma-Aldrich | Z695106-500EA | |
| Direct Logic 05 Programmable Logic Controller | Koyo Electronics Industries Co, Ltd | http://www.koyoele.co.jp/ OR english/support/dlc.html#plc | |
| 1 mm, 4mm & 6 mm inner diameter PVC or silicone tubing | Cole-Parmer | Various | Cole-Parmer has a wide selection of suitable tubing |
| Polypropylene connectors & leur fittings | Cole-Parmer | Various | Cole-Parmer has a wide selection of connectors and fittings for many tube sizes |
| 65-mm Correlated Flowmeter | Cole-Parmer | EW-03216-08 | Aluminum with Glass float; For Liquids and Gases, With Valve |
| OR | |||
| Tetra Whisper 300 (Tetratek DW96-2) Aquarium Air Pump | Aquacave | AE-TETRA-300 | www.aquacave.com |
| LIF series Solenoid Valves for .042 " ID Tubing, Configuration "E" | The Lee Company | LFAA1200118H | Neoprene, 430 SS, 302 SS, 280mWatts http://www.theleeco.com/LEEWEB2.NSF |
| PC-Board 12VDC 70dB Piezo Buzzer | RadioShack | 273-074 | www.radioshack.com |
Riferimenti
- Rescorla, R. A. Behavioral studies of Pavlovian conditioning. Annu Rev Neurosci. 11, 329-352 (1988).
- Martin, S. J., Grimwood, P. D., Morris, R. G. Synaptic plasticity and memory: an evaluation of the hypothesis. Annu Rev Neurosci. 23, 649-711 (2000).
- Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schafer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). Journal of Comparative Psychology. 97, 107-119 (1983).
- Giurfa, M., Sandoz, J. C. Invertebrate learning and memory: Fifty years of olfactory conditioning of the proboscis extension response in honeybees. Learn Mem. 19, 54-66 (2012).
- Smith, B. H., Wright, G. A., Daly, K. S., Dudareva, N., Pichersky, E. . The Biology of Floral Scents. , 263-295 (2006).
- Menzel, R., Giurfa, M. Dimensions of cognition in an insect, the honeybee. Behav Cogn Neurosci Rev. 5, 24-40 (2006).
- Kuwabara, M. Bildung des bedingten Reflexes von Pavlovs Typus bei der Honigbiene, Apis mellifera. Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University, Zoology. 13, 458-464 (1957).
- Menzel, R. The honeybee as a model for understanding the basis of cognition. Nat Rev Neurosci. 13, 758-768 (2012).
- Menzel, R., Kesner, R. P., Olton, D. S. . Neurobiology of comparative cognition. , 237-292 (1990).
- Hammer, M., Menzel, R. Learning and memory in the honeybee. Journal of Neuroscience. 15, 1617-1630 (1995).
- Strube-Bloss, M. F., Nawrot, M. P., Menzel, R. Mushroom body output neurons encode odor-reward associations. J Neurosci. 31, 3129-3140 (2011).
- Szyszka, P., Galkin, A., Menzel, R. Associative and non-associative plasticity in kenyon cells of the honeybee mushroom body. Front Syst Neurosci. 2, (2008).
- Fernandez, P. C., Locatelli, F. F., Person-Rennell, N., Deleo, G., Smith, B. H. Associative conditioning tunes transient dynamics of early olfactory processing. J Neurosci. 29, 10191-10202 (2009).
- Locatelli, F. F., et al. Nonassociative plasticity alters competitive interactions among mixture components in early olfactory processing. Eur J Neurosci. 37, 63-79 (2013).
- Farooqui, T., Robinson, K., Vaessin, H., Smith, B. H. Modulation of early olfactory processing by an octopaminergic reinforcement pathway in the honeybee. Journal of Neuroscience. 23, 5370-5380 (2003).
- Mussig, L., et al. Acute disruption of the NMDA receptor subunit NR1 in the honeybee brain selectively impairs memory formation. J Neurosci. 30, 7817-7825 (2010).
- Hladun, K. R., Smith, B. H., Mustard, J. A., Morton, R. R., Trumble, J. T. Selenium toxicity to honey bee (Apis mellifera L.) pollinators: effects on behaviors and survival. PLoS One. 7, e34137 (2012).
- Wiegmann, D. D., Smith, B. H. . International Journal of Comparative Psychology. 22, 141-152 (2009).
- Drezner-Levy, T., Shafir, S. Parameters of variable reward distributions that affect risk sensitivity of honey bees. J Exp Biol. 210, 269-277 (2007).
- Drezner-Levy, T., Smith, B. H., Shafir, S. The effect of foraging specialization on various learning tasks in the honey bee (Apis mellifera). Behavioral Ecology & Sociobiology. 64, 135-148 (2009).
- Shafir, S., Menda, G., Smith, B. H. Caste-specific differences in risk sensitivity in honeybees, Apis mellifera. Animal Behaviour. 69, 859-868 (2005).
- Smith, B. H., Menzel, R. An analysis of variability in the feeding motor program of the honey bee; the role of learning in releasing a modal action pattern. Ethology. 82, 68-81 (1989).
- Erber, J., Pribbenow, B., Kisch, J., Faensen, D. Operant conditioning of antennal muscle activity in the honey bee (Apis mellifera L). Journal of Comparative Physiology A-Sensory Neural & Behavioral Physiology. 186, 557-565 (2000).
- Smith, B. H., Menzel, R. The use of electromyogram recordings to quantify odorant discrimination in the honey bee, Apis mellifera. Journal of Insect Physiology. 35, 369-375 (1989).
- Stopfer, M., Bhagavan, S., Smith, B. H., Laurent, G. Impaired odour discrimination on desynchronization of odour-encoding neural assemblies. Nature. 390, 70-74 (1997).
- Daly, K. C., Christensen, T. A., Lei, H., Smith, B. H., Hildebrand, J. G. Learning modulates the ensemble representations for odors in primary olfactory networks. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 10476-10481 (2004).
- Matsumoto, Y., Menzel, R., Sandoz, J. C., Giurfa, M. Revisiting olfactory classical conditioning of the proboscis extension response in honey bees: a step toward standardized procedures. J Neurosci Methods. 211, 159-167 (2012).
- Chandra, S. B., Hosler, J. S., Smith, B. H. Heritable variation for latent inhibition and its correlation with reversal learning in honeybees (Apis mellifera). Journal of Comparative Psychology. 114, 86-97 (2000).
- Chandra, S. B., Hunt, G. J., Cobey, S., Smith, B. H. Quantitative trait loci associated with reversal learning and latent inhibition in honeybees (Apis mellifera). Behavior Genetics. 31, 275-285 (2001).
- Hammer, M. The neural basis of associative reward learning in honeybees. Trends in Neurosciences. 20, 245-252 (1997).
- Frisch, K. . The Dance Language and Orientation of Bees. , (1965).
- Daly, K. C., Smith, B. H. Associative olfactory learning in the moth Manduca sexta. J Exp Biol. 203, 2025-2038 (2000).
- Fan, R. J., Anderson, P., Hansson, B. Behavioural analysis of olfactory conditioning in the moth spodoptera littoralis (Boisd.) (Lepidoptera: noctuidae). J Exp Biol. 200. 23 (Pt 23), 2969-2976 (1997).
- Paranjpe, P., Rodrigues, V., VijayRaghavan, K., Ramaswami, M. Gustatory habituation in Drosophila relies on rutabaga (adenylate cyclase)-dependent plasticity of GABAergic inhibitory neurons. Learn Mem. 19, 627-635 (2012).
- Vinauger, C., Lallement, H., Lazzari, C. R. Learning and memory in Rhodnius prolixus: habituation and aversive operant conditioning of the proboscis extension response. J Exp Biol. 216, 892-900 (2013).
- Smith, B. H., Abramson, C. I., Tobin, T. R. Conditional withholding of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera) during discriminative punishment. Journal of Comparative Psychology. 105, 345-356 (1991).
- Smith, B. H. An analysis of blocking in odorant mixtures: an increase but not a decrease in intensity of reinforcement produces unblocking. Behav Neurosci. 111, 57-69 (1997).
- Gerber, B., et al. Honey bees transfer olfactory memories established during flower visits to a proboscis extension paradigm in the laboratory. Animal Behaviour. 52, 1079-1085 (1996).
- Rueppell, O., et al. The genetic architecture of sucrose responsiveness in the honeybee (Apis mellifera L). Genetica. 172, 243-251 (2006).
