Ahşap karıncalar görsel klasik koşullanma
Summary
Biz araştırmacılar görsel öğrenme ve hafıza oluşumu analizi serbestçe bireyler taşınmasıyla mümkün değil bir düzeyde çalışmaya izin verir klasik koşullanma harnessed karıncalar için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Böceklerin çeşitli türler için öğrenme ve hafıza oluşumu eğitim sistemleri modellemek haline gelmiştir. Hayvanlar serbestçe hareket birçok çalışma odaklanmak rağmen klasik koşullanma paradigmalar harnessed böcekler ile uygulama çalışmaları için araştırma bireylerin öğrenmek tam ipuçları ve öğrenme temel sinirsel mekanizmalar önemli edilmiştir ve bellek oluşumu. Burada klasik koşullanma yoluyla ahşap karıncalar görsel ilişkisel öğrenmede çağrıştıran bir protokol mevcut. Bu paradigmada, karıncalar harnessed ve bir appetitive şeker ödül, koşulsuz uyarıcı (ABD) eşleştirilmiş görsel bir ipucu (mavi karton), koşullu uyarıcı (CS), mevcuttur. Karıncalar bir üst çene kemiği alt dudak uzantısı refleks (MaLER), bir okuma öğrenme için kullanılabilecek koşulsuz tepki (UR), gerçekleştirmek. Eğitim 5 dakika intertrial aralığı (ITI) tarafından ayrılmış 10 deneme oluşur. Karıncalar da bellek saklama 10 dakika veya 1 saat sonra eğitim için test edilir. Bu iletişim kuralı, görsel hafıza oluşumu ayrıntılarını ve ahşap karıncalar öğrenme ve hafıza oluşumu sinir olarak kesin ve kontrollü bir şekilde çözümlemek araştırmacılar izin potansiyeline sahiptir.
Introduction
Böcekler yoğun öğrenme ve hafıza oluşumu1eğitimi için model olarak kullanılmaya başlandı. Özellikle başarılı bir damar araştırma öğrendim ipuçları üzerinde kesin denetim sağlayan klasik koşullanma ölçülü hayvanların kullanarak içerir ve araştırmacılar öğrenme ve hafıza destek sinirsel mekanizmalar araştırmak için izin verir. Çalışmalar çoğunluğu bal arısı işçiler, Apis melliferaappetitive klasik koşullanma üzerinde odaklanmıştır. Bal arısı işçiler bir CS UR çağrıştıran bir ABD ile ilişkilendirmek için eğitilmiştir. Bu paradigmada, ilk olarak geliştirilen Takeda2 ve Bitterman vd. 3, UR hortum uzantısı refleks (PER) ABD şeker ve CS bir koku. Arılar CS ve ABD arasındaki ilişkiyi öğrenmek ve bu ilişkinin uzun süreli bellek oluşabilir.
PER UR kullanarak özgün paradigma arılar4koku öğrenme destek sinirsel yollar çözülmeye kullanılmıştır. Öğrenme caydırıcı öğrenme bastırılması başına8 ya da Sting uzantısı kullanarak birleştirmek için görsel uyaranlara5,6,7, dahil olmak üzere farklı duyusal uyaranlara, test etmek için çeşitli şekillerde değiştirildi Refleks (SER)9 UR olarak ve öğrenme bumblebees10 ve meyve sinekleri11diğer türlerden test etmek. Her ne kadar bellek oluşumu çeşitli yöntemleri ile klasik koşullanma eğitim gördü, bu yaklaşımı kullanarak gözlemlemek hala zor öğrenme görsel bile türler görsel öğrenme yeteneği yüksek derecede yiyecek arama sırasında gibi gösteriyor ki arıları.
Son yıllarda yapılan çalışmalarda benzer bir yaklaşım Palp açılış yanıtı (POR)12gerçekleştirmek, çekirge ve karıncalar, üst çene kemiği alt dudak uzantısı refleks (MaLER)13gerçekleştirmek gibi bir hortum var mı böcekler için başvurdum. Bu zaten iki farklı çöl locust fenotipleri, sokulgan ve bellek oluşumu eşleşmesi gerekir fikri yeniden uygulayan solitarious formları faz özgü beslenme stratejileri maç aşama özel öğrenme yetenekleri ortaya koymuştur ekolojik ihtiyaçlarını14. Ayrıca, koku karıncalar öğrenmede üzerinde çalışmalar göstermiştir karıncalar ve arıları arasında benzerlikler bellek oluşumu ve saklama, uzun süreli bellek saklamak ile 72 saat sonra eğitim, protein sentezi15üzerinde bağımlı olmak.
Özgün paradigma bu uyarlamaların birçok modeli türü ve birçok yöntemleri ile belirlenmesi öğrenme ve hafıza oluşumu sağladı. Bu bellek oluşumu ortak böcekler için mekanizmalarının belirlenmesi için aynı zamanda öğrenme ve hafıza farklı türlerin belirli ekolojisi yansıtan farklılıklar tanımlamak için gereklidir. Biz burada tarif Protokolü temel amacı klasik koşullanma deneyler bir görsel koşullu uyarıcı yaygın olarak okudu karınca türleri ile Formica rufakullanarak gerçekleştirmek için bir yöntem sağlamaktır. Bu da görsel klasik koşullanma paradigmalar bir uyarlaması ile ahşap karıncalar16, görsel öğrenme bizim çalışma verilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klasik koşullanma öğrenme ve bellek çalışmaya en köklü paradigmalar biridir. Biz burada sunulan paradigma bir uyarlaması bal arı işçi2,3 için tasarlanmış ve daha sonra da başına10 öğrenme için bir okuma kullanma meyve sinekleri, bumblebees gibi birçok diğer türler ile kullanılan protokoldür ,11ve çekirgeler ve karıncalar, POR ve MaLER, sırasıyla12,13kullanın. Bu iletişim kuralını kullanan, görsel bir ipucu ve şeker ödül arasındaki ilişkiyi öğrenmek ve bu kısa – (10 dakika) ve orta vadeli (1 saat) tutma çözümlemek için harnessed ahşap karıncalar yetiştirmek mümkündür bellek16.
Davranışsal herhangi bir deneyde, hayvanların yanıt değişkenlik en aza indirebilirsiniz kritik adımları dikkate almak gereklidir. Burada sunulan iletişim kuralında, değişkenliği öncesi ve eğitim sırasında en aza indirmek için çeşitli önlemler alınır. Deneyler başlangıcı önce Koloni en az iki gündür açlıktan ölüyor gerekiyor ve karıncalar holding kutusunda bir şeker damla yemek için istekli olduklarını göre seçilmelidir. Karıncalar bu şekilde seçerek beslemek için motive olan eğitim karıncalar olasılığını en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır. Dikkatli stres seviyelerini azaltmaya yardımcı olabilir işleme de önemlidir çünkü, hangi, bu çok yoğun21ise öğrenme bozar. Bu amaçla, karıncalar (için kaçan) herhangi bir hareket bu yordamı sırasında stres kaynağı olabileceğinden harnessed iken, hareketsiz kalmak soğuk ile anestezi. Ayrıca, karınca ve balmumu arasında iletişim antenler ve sıcak balmumu veya zarar verebileceğini tel arasında temas kaçınarak en az olmalıdır. Her ne kadar bu gözlemler resmen analiz değil, belirli bir desen ile öğrenme sırasında taşımak için anten görünüyordu.
Deneyler sırasında dikkatli şeker teslimini de karıncalar motive tutmak önemlidir. Bu resmen değerlendirilmemiş iken, yine, ani gıda teslim sırayla motivasyon ve öğrenme eksikliği için liderliğindeki karınca için ek stres neden gibi görünüyordu. Ayrıca, eğitim sırasında teslim sükroz doyma eğitim sonundan önce önlemek için bir düşük konsantrasyon (200 g/L) olmalıdır ve test. Bu bir düşük kendiliğinden performansını bu yanıt-e doğru görsel ipucu ile birlikte, o da denemeler üzerinde emdirmek değil çünkü iyi aday koşulsuz tepki olması MaLER sağlar. Son olarak, çoğu klasik koşullanma çalışmaları2,3,5,6,7,8,9,10aksine, 11 , 12 , 13, bir karınca o zaman deneme, sonuna kadar denemeler yerinde bırakarak tercihan–dan izale o başka bir karınca test etmek için eğittik. Birlikte birkaç karıncalar eğitim stres ve/veya görsel bilgi tam değişimine tarafından neden arasında çatışma bir artış nedeniyle olabilir daha değişken sonuçlar üretmek için görünüyordu. Her deneme süresini azaltmak için biz 5 dakika ITI kullanılan çoğu klasik koşullanma çalışmaları16‘ 10 dakika ITI yerine kullanılır. Tüm bu hususlar yardımcı olacaktır karıncalar besleme ve eğitim sırasında öğrenmek için motive olması rağmen bazı değişkenlik kaçınamayız. Biz normal bir sosyal, appetitive ve hareket davranış var gibi karıncalar kullanarak ve karıncalar analizinden eğitim deneme veya test beslemek için başarısız an hariç öneririz.
CS doğası bu çalışmada test değil. Her ne kadar biz-si olmak kullanılmış mavi bir görsel uyarıcı karıncalar aynı cins için bu dalga boylarında18hassas olduğundan, bir ödül ile birlikte diğer renkler de öğrenilmesi. Daha fazla deney tam olarak görmüş ve bu kurulum öğrendim renkleri tanımlamak için gerekli olacaktır. Bu da farklı şekil ve boyutlarda görsel ipucu için doğrudur. Karıncalar uzamsal çözünürlük, sunuldu karıncalar gözleri mesafede burada sunulan görsel uyarıcı ayırt için yeterli olacaksa biz test etmedim. Ahşap karıncalar bileşik gözler boyutu ve yönü22, bizim bilgi için sayısı açısından tarif var, ancak onların Uzaysal Çözünürlük tam olarak henüz tanımlandı değil. Ancak, bu Melophorus magoti23için hesaplanan. Ahşap karıncalar benzer bir karakterizasyonu veya diğer test böcekler gözleri görsel ipucu olma özellikleri açık bir soruşturma için gözlenen ve hayvanlar tarafından öğrendim katkıda bulunacak. Ayrıca, biz hareket sırasında klasik koşullanma6bal arısı ilişkisel öğrenmede bir rol oynamaya gösterilmiştir çünkü görsel uyarıcı için ant sunarken dahil. Ancak, bu da bu çalışmada ve uçan böcekler böcekler yürüyüş için karşılaştırıldığında farklı hareket olması nedeniyle test edildi değil, bal arısı ve karınca görsel klasik koşullanma arasındaki farklar tespit.
Son bir kayda göre Biz karıncalar eğitimden sonra böyle uzun süre harnessed hayatta değildi çünkü uzun süreli bellek saklamak incelemek koyamadık. Ancak, deneyler sonraki setleri, karıncalar yaşatılmaktadır ve onları (bir kutu üzerlerine yerleştirerek) bir karanlık ve nemli ortamda yemek ve ne zaman harnessed ve yaptı öğrenmek için motive gece. Bu nedenle, Bu paradigma uzun süreli bellek saklamak ek olarak kısa ve orta vadeli ahşap karıncalar çözülmeye kullanılabilir.
Genel klasik koşullanma paradigmalar uyarlanmış bu basit yordamı ile edinme ve tutma paradigmalar ücretsiz hareket eden hayvanlar kullanarak yaygın olarak inceledik harnessed ahşap karıncalar görsel anıları okumak mümkündür. Bu paradigma böcek navigasyon için çok köklü bir modelinde görsel öğrenme nöral temeli analiz etmek için kullanılan potansiyeline sahiptir.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Tom Collett ve Cornelia Buehlmann koleksiyon ve ahşap karınca koloniler bakım ile ilgili değerli bilgi paylaşımı için teşekkür ederiz. Yazarlar ayrıca Justine Crevel Bu makalenin önceki sürümleri üzerinde yorum için teşekkürler.
Materials
| Fluon | Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK | ACS 109; ACS 112; ACS 114 | For preventing insects from scaping |
| Crickets | Blades Biological Ltd, Edenbridge, UK | LZJ 217 | Given to the ant colonies as protein source |
| Natural Pine Rosin/Resin | Minerals-water Ltd, Rainham, UK | 500g | Given to the ant colonies for sanitation |
| Austerlitz Insect Pin | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 26000-40 | For harnessing ants |
| High speed camera | Edmund Optics Inc., Barrington, USA | eo-13122M | MaLER recordings during training and testing |
| Macrolens | Cannon, Surrey, UK | EF 100 mm f/2.8 L Macro IS USM | MaLER recordings during training and testing |
| Software | IDS Imaging Development Systems GmbH | uEye64 | MaLER recordings during training and testing |
| Blue Cardboard | john smith's at Union Store, University of Sussex | JACK-PJM41358 | Constitutes de conditional stimulus |
| Syringe | Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK | BD Plastipak 300185case; Product Code.12369289 | US and CS (attached) presentation |
| Needle (0.5 x 16 mm) | Fisher Scientific LTD, Loughborough, UK | BD Microlance 300600; Product Code:10442204 | US and CS (attached) presentation |
Referências
- Chittka, L., Niven, J. Are bigger brains better?. Current Biology. 19 (21), R995-R1008 (2009).
- Takeda, K. Classical conditioned response in the honey bee. Journal of Insect Physiology. 6, 168-179 (1961).
- Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schäfer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). Journal of Comparative Psychology. 97 (2), 107-119 (1983).
- Menzel, R., Muller, U. Learning and memory in honeybees: from behavior to neural substrates. Annual Review of Neuroscience. 19 (1), 379-404 (1996).
- Hori, S., Takeuchi, H., Kubo, T. Associative learning and discrimination of motion cues in the harnessed honeybee Apis mellifera L. Journal of Comparative Physiology A. 193 (8), 825-833 (2007).
- Balamurali, G. S., Somanathan, H., De Ibarra, N. H. Motion cues improve the performance of harnessed bees in a colour learning task. Journal of Comparative Physiology A. 201 (5), 505-511 (2015).
- Mujagić, S., Würth, S. M., Hellbach, S., Dürr, V. Tactile conditioning and movement analysis of antennal sampling strategies in honey bees (Apis mellifera L). Journal of Visualized Experiments. (70), e50179 (2012).
- Wright, G., et al. Parallel reinforcement pathways for conditioned food aversions in the honeybee. Current Biology. 20 (24), 2234-2240 (2010).
- Vergoz, V., Roussel, E., Sandoz, J. C., Giurfa, M. Aversive learning in honeybees revealed by the olfactory conditioning of the sting extension reflex. PloS One. 2 (3), e288 (2007).
- Laloi, D., et al. Olfactory conditioning of the proboscis extension in bumble bees. Entomologia Experimentalis et Applicata. 90 (2), 123-129 (1999).
- Chabaud, M. A., Devaud, J. M., Pham-Delègue, M. H., Preat, T., Kaiser, L. Olfactory conditioning of proboscis activity in Drosophila melanogaster. Journal of Comparative Physiology A. 192 (12), 1335-1348 (2006).
- Simões, P., Ott, S. R., Niven, J. E. Associative olfactory learning in the desert locust, Schistocerca gregaria. Journal of Experimental Biology. 214 (15), 2495-2503 (2011).
- Guerrieri, F. J., d’Ettorre, P. Associative learning in ants: conditioning of the maxilla-labium extension response in Camponotus aethiops. Journal of Insect Physiology. 56 (1), 88-92 (2010).
- Simões, P. M., Niven, J. E., Ott, S. R. Phenotypic transformation affects associative learning in the desert locust. Current Biology. 23 (23), 2407-2412 (2013).
- Guerrieri, F. J., d’Ettorre, P., Devaud, J. M., Giurfa, M. Long-term olfactory memories are stabilised via protein synthesis in Camponotus fellah ants. Journal of Experimental Biology. 214 (19), 3300-3304 (2011).
- Fernandes, A. S. D., Buckley, C. L., Niven, J. E. Visual associative learning in wood ants. Journal of Experimental Biology. 221 (3), 173260 (2018).
- Christe, P., Oppliger, A., Bancala, F., Castella, G., Chapuisat, M. Evidence for collective medication in ants. Ecology Letters. 6 (1), 19-22 (2003).
- Aksoy, V., Camlitepe, Y. Behavioural analysis of chromatic and achromatic vision in the ant Formica cunicularia (Hymenoptera: Formicidae). Vision research. 67, 28-36 (2012).
- Bates, D. M. . lme4: Mixed-Effects Modeling with R. , (2010).
- Sokal, R. R., Rohlf, F. J. . Biometry (3rd edn). , (1995).
- Bateson, M., Desire, S., Gartside, S. E., Wright, G. A. Agitated honeybees exhibit pessimistic cognitive biases. Current Biology. 21 (12), 1070-1073 (2011).
- Perl, C. D., Niven, J. E. Differential scaling within an insect compound eye. Biology letters. 12 (3), 20160042 (2016).
- Schwarz, S., Narendra, A., Zeil, J. The properties of the visual system in the Australian desert ant Melophorus bagoti. Arthropod Structure & Development. 40 (2), 128-134 (2011).
