الاشراط الكلاسيكي البصرية في الخشب النمل
Summary
نقدم بروتوكول الاشراط الكلاسيكي للنمل تسخر تسمح للباحثين بدراسة تشكيل التعلم والذاكرة البصرية على مستوى تحليل غير ممكن مع الانتقال بحرية الأفراد.
Abstract
وقد أصبحت أنواع عديدة من الحشرات نظم نموذجية لدراسة تشكيل التعلم والذاكرة. على الرغم من أن العديد من الدراسات تركز على الانتقال بحرية الحيوانات، دراسات تنفيذ نماذج الاشراط الكلاسيكي مع تسخير الحشرات كانت هامة للتحقيق العظة الدقيق أن التعرف على الأفراد والآليات العصبية الأساسية للتعلم و تكوين الذاكرة. نقدم هنا بروتوكولا تستحضر البصرية التعلم النقابي في النمل الخشب عن طريق الاشراط الكلاسيكي. في هذا النموذج، وتسخير النمل وقدمت مع إشارة مرئية (الورق المقوى أزرق)، الحافز الشرطي (CS)، يقترن مكافأة سكر مشهي، الحافز غير المشروط (الولايات المتحدة). النمل أداء “منعكس ملحق” لابيوم الفك (مالير)، الاستجابة غير مشروطة (جولة أوروغواي)، التي يمكن استخدامها كقراءات للتعلم. التدريب يتكون من 10 محاكمات، مفصولة بفاصل زمني 5 دقائق إينتيرتريال (ITI). كما يتم اختبار النمل للاحتفاظ الذاكرة 10 دقائق أو ساعة واحدة بعد التدريب. هذا البروتوكول له إمكانية للسماح للباحثين بتحليل، بطريقة دقيقة والتي تسيطر عليها، تفاصيل عن تكوين الذاكرة البصرية والعصبية أساس تشكيل التعلم والذاكرة في النمل الخشب.
Introduction
قد استخدمت الحشرات على نطاق واسع كنماذج لدراسة تشكيل التعلم والذاكرة1. ينطوي على استخدام الاشراط الكلاسيكي للحيوانات، وضبط النفس الذي يتيح مراقبة دقيقة على العظة المستفادة الوريد ناجحاً بصفة خاصة للبحوث وتصاريح الباحثين للتحقيق أن الآليات العصبية التي تعزز التعلم والذاكرة. وركزت معظم الدراسات على الاشراط الكلاسيكي مشهي العمال نحل العسل Apis mellifera. يتم تدريب العمال نحل العسل ليتم اقترانه CS أميركي أن يستحضر جولة أوروغواي. في هذا النموذج، وضعت أصلاً من قبل وتاكيدا2 وبيترمان وآخرون 3، جولة أوروغواي منعكس ملحق ململه (في)، والولايات المتحدة هي السكر، وخدمات العملاء رائحة. النحل تعلم الرابطة بين خدمات العملاء والولايات المتحدة، ويمكن أن تشكل ذاكرة الطويلة الأجل لهذه الرابطة.
وقد استخدم النموذج الأصلي استخدام في جولة أوروغواي لكشف المسارات العصبية التي تعزز التعلم حاسة الشم في النحل4. كان قد تم تعديلها في عدة طرق لاختبار التعلم للمنبهات الحسية المختلفة، بما في ذلك المحفزات البصرية5،،من67، لإدماج التعلم البرود باستخدام قمع “ملحق اللدغة” أو في8 منعكس (SER)9 كجولة أوروغواي، واختبار التعلم في الأنواع الأخرى، مثل النحل10 وذباب الفاكهة11. على الرغم من أن تكوين الذاكرة مع عدة طرائق درست عن طريق الاشراط الكلاسيكي، البصرية التعلم لا يزال من الصعب لمراقبة استخدام هذا النهج، حتى في الأنواع التي تظهر درجة عالية من القدرة على التعلم البصرية أثناء جمع العلف، مثل نحل العسل.
الدراسات الأخيرة طبقت نهجاً مماثلاً للحشرات التي لا تحتوي ململه، مثل الجراد، التي تؤدي استجابة افتتاح المالي (البرتغال)12، والنمل، التي تؤدي ال “العاكسة ملحق” لابيوم الفك (مالير)13. وهذا الفعل قد كشفت عن قدرات التعلم الخاصة بالمرحلة التي تطابق الاستراتيجيات الخاصة بمرحلة التغذية تعمل الجراد الصحراوي مختلفة اثنين وقطيعي وأشكال سوليتاريوس، إعادة فرض الفكرة القائلة بأن تكوين الذاكرة يحتاج إلى مطابقة 14من الاحتياجات الإيكولوجية. وعلاوة على ذلك، أظهرت دراسات بشأن التعلم حاسة الشم في النمل أوجه التشابه بين النمل ونحل العسل في تشكيل الذاكرة والاحتفاظ بها، مع الاحتفاظ بذاكرة المدى الطويل، 72 ساعة بعد التدريب، تعتمد على البروتين التوليف15.
وأتاحت هذه التعديلات في النموذج الأصلي تشكيل التعلم والذاكرة دراستها مع طرائق عديدة وفي العديد من الأنواع النموذجية. وهذا ضروري لتحديد الآليات المشتركة تكوين الذاكرة للحشرات ولكن أيضا لتحديد الاختلافات التي تعكس إيكولوجيا خاصة للتعلم والذاكرة في الأنواع المختلفة. والهدف الرئيسي للبروتوكول ونحن تصف هنا لتوفير طريقة لإجراء تجارب الاشراط الكلاسيكي باستخدام حافز شرطي بصرية مع أنواع النمل درس على نطاق واسع، فورميكا روفا. أنها تصدر من دراستنا للتعلم البصرية في16من النمل الخشب، الذي أيضا تكييف النماذج المرئية الاشراط الكلاسيكي.
Protocol
Representative Results
Discussion
الاشراط الكلاسيكي واحد من النماذج الأكثر الراسخة لدراسة التعلم والذاكرة. بروتوكول قدمنا هنا هو تكييف نموذج مصمم لعسل النحل العمال2،3 والمستخدمة في وقت لاحق مع العديد من الأنواع الأخرى، مثل النحل، ذبابة الفاكهة، التي تستخدم أيضا في وصفها قراءات للتعلم10 ،11، والجراد والنمل، الذي استخدم بور ومالير، على التوالي12،13. استخدام هذا البروتوكول، فمن الممكن لتدريب النمل الخشب تسخيرها لتعلم الرابطة بين إشارة مرئية ومكافأة سكر وتحليل الاحتفاظ بهذا الأجل القصير (10 دقيقة) والمتوسطة الأجل (1 ساعة) ذاكرة16.
في أي تجربة سلوكية، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار الخطوات الحاسمة التي يمكن تقليل التباين في استجابات الحيوانات. في البروتوكول المعروضة هنا، يتم اتخاذ عدة تدابير للحد من تقلب قبل وأثناء التدريب. قبل بدء التجارب، المستعمرة يحتاج إلى أن يكون المتعطشة لمدة يومين على الأقل، وينبغي اختيار النمل بناء على رغبتهم في تناول الطعام من انخفاض سكر في المربع إجراء. تحديد النمل بهذه الطريقة يهدف إلى تعظيم فرص التدريب النمل التي الدافع لتغذية. دقة المناولة هو أيضا أحد الاعتبارات هامة لأنه يمكن أن يساعد على خفض مستويات الإجهاد، الذي يعطل التعلم إذا كانت مكثفة جداً21. وتحقيقا لهذه الغاية، ينبغي أن تخديره النمل مع الباردة البقاء بلا حراك في حين يجري تسخيرها، نظراً لأن أي حركة (للهروب) أثناء هذا الإجراء يمكن أن يكون مصدرا للتوتر. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن يكون الاتصال بين النملة والشمع الحد الأدنى، تجنب الاتصال بين الهوائيات والشمع الساخن أو الأسلاك، التي يمكن أن تتسبب في أضرار. على الرغم من أن هذه الملاحظات لا قد تم تحليلها رسميا، يبدو أن الهوائيات التحرك مع نمط معين من خلال التعلم.
خلال التجارب، التسليم الدقيق للسكر مهم أيضا لإبقاء النمل دوافع. مرة أخرى، في حين أن هذا قد لا تم تحليلها رسميا، يبدو إيصال الغذاء المفاجئ يسبب إجهاد إضافي للنمل، مما أدى بدوره إلى عدم وجود الدافع والتعلم. وعلاوة على ذلك، ينبغي أن تكون السكروز تسليمها خلال التدريب تركيز مخفض (200 غرام/لتر) لتجنب شبع قبل نهاية التدريب والاختبار. وهذا ما يسمح مالير أن تكون استجابة غير مشروطة مرشح جيد لأنه، جنبا إلى جنب مع انخفاض أداء العفوي لهذه الاستجابة إلى المساعد المرئي، فإنه أيضا لا تشبع خلال المحاكمات. وأخيراً، خلافا لمعظم الاشراط الكلاسيكي الدراسات2،3،5،،من67،،من89،10، 11 , 12 , 13، قمنا بتدريب النمل واحد في الوقت حتى نهاية التجربة، تركها في مكان بين المحاكمات بدلاً من إزالته لاختبار آخر النمل. ويبدو أن التدريب النمل عدة معا إلى نتائج أكثر من متغير، الذي قد يكون بسبب زيادة في التوتر أو الصراع بين المعلومات البصرية الناتجة عن تغيير كامل للمشهد. لتقليل مدة كل تجربة، استخدمنا ITI بعد 5 دقائق بدلاً من ITI بعد 10 دقائق المستخدمة في معظم الدراسات الاشراط الكلاسيكي16. على الرغم من أن جميع هذه الاعتبارات ينبغي أن يساعد ضمان أن النمل الدافع لتغذية وتعلم أثناء التدريب، لا يمكن تفادي بعض التقلبات. نوصي باستخدام النمل ويبدو أن السلوك الاجتماعي، مشهي، والحركة طبيعية واستبعاد النمل من التحليل هذه اللحظة فشلوا في تغذية على محاكمة تدريب أو اختبار.
تم اختبار طبيعة خدمات العملاء لا في هذه الدراسة. على الرغم من أننا استخدمنا حافزا بصرية أزرق نظراً لحساسية هذه الأطوال الموجية18النمل جنس واحد، قد علم الألوان الأخرى أيضا بالاشتراك مع مكافأة. سيلزم تجارب أخرى تميز الألوان يجري رأيت وتعلمت في هذا التشكيل الكامل. وهذا أيضا صحيح بالنسبة لمختلف الأشكال والأحجام للمساعد المرئي. ونحن لم اختبر إذا كان القرار المكانية النمل ستكون كافية للتمييز بين التحفيز البصرية المقدمة هنا على المسافة من عيون النمل وأنه قدم في. على الرغم من أن مجمع العيون خشب النمل قد وصفت من حيث الحجم وعدد من جوانب22، على حد علمنا، على القرار المكانية قد لا تماما وصفت بعد. ومع ذلك، هذا وقد حسبت لماجوتي ميلوفوروس23. وصف مشابهة للنمل الخشب، أو عيون الحشرات الأخرى المختبرة أن يسهم تحقيق واضح للملامح من التأثيرات المرئية التي لاحظ والمستخلصة من الحيوانات. وعلاوة على ذلك، قمنا بتضمين الحركة عند تقديم حافز البصرية للنمل لأنه قد ثبت أن تلعب دوراً في التعلم النقابي نحل العسل خلال الاشراط الكلاسيكي6. ومع ذلك، وهذا كان أيضا لم تختبر في هذه الدراسة، ونظرا لطبيعة حركة مختلفة مقارنة بالمشي الحشرات الحشرات الطائرة، الاختلافات بين نحل العسل والنمل الاشراط الكلاسيكي البصرية يمكن ملاحظة.
ملاحظة أخيرة، لم نتمكن من دراسة طويلة الأجل الاحتفاظ الذاكرة لأنه لم ينج النمل يجري تسخيرها لفترات طويلة بعد التدريب. ومع ذلك، في مجموعات التجارب اللاحقة، ابقينا النمل على قيد الحياة والدافع لتناول الطعام وتعلم عندما سخرت وتركت لهم المبيت في بيئة مظلمة ورطبة (وضع مربع أكثر منهم). ولذلك، يمكن استخدام هذا النموذج لكشف الاحتفاظ الذاكرة على المدى الطويل من النمل الخشب، بالإضافة إلى الذاكرة القصيرة والمتوسطة الأجل.
مع هذا الإجراء البسيط مقتبس من نماذج عامة الاشراط الكلاسيكي، من الممكن لدراسة اقتناء والاحتفاظ بالذكريات البصرية في تسخير النمل الخشب، التي درست على نطاق واسع في نماذج استخدام الحرة–نقل الحيوانات. وقد هذا النموذج يمكن أن تستخدم لتحليل العصبية أساس التعلم البصرية في نموذج راسخة جداً للملاحة الحشرات.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشكر المؤلفون كوليت توم وبولمان كورنيليا لتقاسم معلومات قيمة فيما يتعلق بجمع وصيانة من مستعمرات النمل الخشب. كما يشكر المؤلفون جوستين كريفيل لتعليقه على الإصدارات السابقة من هذه المادة.
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 |
References
- 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).
