Vi presenterer en protokoll for klassisk betinging av utnyttet maur som tillater forskere å studere visuelle læring og hukommelse formasjon på et analyse ikke mulig med fritt flytte personer.
Flere arter av insekter har blitt modellsystemer for å studere læring og hukommelse formasjon. Selv om mange studier fokuserer på fritt flytte dyr, studier implementere klassisk betinging paradigmer med utnyttet insekter har vært viktig for å undersøke nøyaktig signaler som enkeltpersoner lære og nevrale mekanismene bak læring og minne formasjon. Her presenterer vi en protokoll for fremkaller visuelle associative læring i tre maur gjennom klassisk betinging. I dette paradigmet, er maur utnyttet og presentert med en visuell pekepinn (blå papp), betinget stimulans (CS), sammen med en appetitive sukker belønning, ubetinget stimulans (USA). Maur utføre en Maxilla-Labium forlengelsen refleks (MaLER), ubetinget svaret (UR), som kan brukes som en avlesning for læring. Treningen består av 10 prøvelser, atskilt av en 5-minutters intertrial intervall (ITI). Maur er også testet for minne bevaring 10 minutter eller 1 time etter trening. Denne protokollen har potensial til å tillate forskere å analysere, i en presis og kontrollert måte, detaljer om visuelle minne formasjon og nevrale grunnlaget for læring og hukommelse formasjon i tre maur.
Insekter har vært mye brukt som modeller for å studere læring og hukommelse formasjon1. En særlig vellykket åre forskning innebærer å bruke klassisk betinging behersket dyr, som gir presis kontroll over signaler blir lært og tillater forskere å undersøke nevrale mekanismer underbygger læring og hukommelse. Fleste studier har fokusert på appetitive klassisk betinging honeybee arbeidere, APIene mellifera. Honeybee arbeiderne er opplært til å knytte en CS en amerikansk som fremkaller UR. I dette paradigmet, opprinnelig utviklet av Takeda2 og Bitterman et al. 3, UR er snabel forlengelsen Reflex (PER), USA er sukker og CS er en lukt. Bier Lær tilknytningen mellom CS og USA og kan danne en langsiktig hukommelse av denne tilknytningen.
Den opprinnelige paradigmet bruker PER som UR er brukt til å løse nervebaner underbygger olfactory læring i bier4. Den har blitt modifisert på flere måter å teste læring av ulike sensoriske stimuli, inkludert visuelle stimuli5,6,7, å innlemme aversive læring med undertrykkelse av PER8 eller Sting forlengelsen Reflex (SER)9 som UR, og teste læring i andre arter, som Humler10 og frukt fluer11. Selv om minne formasjon med flere metoder har blitt studert gjennom klassisk betinging, visuelle lære er fortsatt vanskelig å observere bruker denne tilnærmingen, selv i arter som viser en høy grad av visuelle læringsevne under foraging, som honeybees.
Nyere studier har brukt en lignende tilnærming til insekter som ikke har en snabel, som gresshopper, som utfører de Palp åpning svar (POR)12, og maur, som utfører Maxilla-Labium forlengelsen Reflex (MaLER)13. Dette har allerede avdekket fase-spesifikke læreevne som samsvarer med fase-spesifikke fôring strategier av to forskjellige ørkenen locust fenotyper, selskapelig og solitarious former, re-håndheving ideen om at minne formasjon må samsvare med økologiske behov14. Videre studier på olfactory lære om maur har vist likheter mellom maur og honeybees minne formasjon og oppbevaring, med langsiktige minne bevaring, 72 timer etter trening, er avhengig av protein syntese15.
Disse tilpasninger av den opprinnelige paradigmet har tillatt læring og hukommelse formasjon studier med mange metoder og flere modell arter. Dette er viktig for å identifisere virkningsmekanismer minne formasjon felles for insekter, men også for å identifisere ulikheter som gjenspeiler bestemt økologi av læring og hukommelse i forskjellige arter. Hovedmålet med protokollen som beskrives her er å gi en måte å utføre klassisk betinging eksperimenter med en visuell betinget stimulans med mye studert maur Art, Formica rufa. Det utstedes fra vår studie av visuelle læring i tre maur16, hvilke er likeledes en tilpasning av visuelle klassisk betinging paradigmer.
Klassisk betinging er en av de mest godt etablerte paradigmene å studere læring og hukommelse. Protokollen vi presentert her er en tilpasning av paradigmet for honey bee arbeidere2,3 og senere brukes med flere andre arter, som Humler, frukt fluer, som også bruker PER som en presentasjon for å lære10 ,11, og gresshopper og maur, som bruker POR og MaLER,12,13henholdsvis. Bruker denne protokollen, er det mulig å trene brukt tre maur å lære tilknytningen mellom en visuell pekepinn og sukker belønning og analysere oppbevaring av denne kort – (10 min) og midt-term (1 time) minne16.
I noen atferdsdata eksperimentet er det nødvendig å ta hensyn avgjørende skritt som kan minimere variasjon i dyr svar. I protokollen presenteres her, er flere tiltak tatt å minimere variasjon før og under trening. Før starten av eksperimenter, kolonien må være sultet i minst to dager og maur bør velges basert på deres vilje til å spise fra en sukker nedgang i boksen holder. Hvis du velger maur på denne måten er ment å maksimere sjansen for trening maur som er motivert til å mate. Forsiktig håndtering er også en viktig faktor fordi det kan hjelpe for å redusere stressnivået, som forstyrrer læring hvis det er for intens21. Dette bør maur være anesthetized med kaldt å bo urørlig mens blir utnyttet, fordi enhver bevegelse (for å unnslippe) under denne prosedyren kan være en kilde til stress. Videre bør kontakten mellom mauren og voksen være minimal, unngå kontakt mellom antenner og varm voks eller ledning, kan skade. Selv om disse observasjonene ikke har analysert formelt, syntes antennene å gå med et bestemt mønster i læring.
Under eksperimenter er forsiktig levering av sukker også viktig å holde maur motivert. Igjen, mens dette ikke er risikoanalysert formelt, brå mat levering syntes å forårsake ekstra stress til maur, som i sin tur førte til mangel på motivasjon og læring. Videre sukrose levert under trening bør være en redusert konsentrasjon (200 g/L) å unngå satiation før slutten av trening og testing. Dette gjør MaLER å være en god kandidat ubetinget svaret fordi, sammen med en lav spontan ytelse av dette svaret til den visuelle indikatoren, det også ikke mette over prøvelser. Til slutt, i motsetning til de fleste klassisk betinging studier2,3,5,6,7,8,9,10, 11 , 12 , 13, vi trente en maur samtidig til slutten av eksperimentet, forlate det på plass mellom forsøk i stedet for å fjerne den for å teste en maur. Trene flere maur sammen syntes å produsere mer variabel resultater som kan skyldes en økning i stress og/eller konflikt mellom visuell informasjon forårsaket av den totale endringen av landskapet. For å redusere varigheten av hvert eksperiment, brukte vi en 5-minutters ITI i stedet for 10 minutters ITI brukes i de fleste klassisk betinging studier16. Selv om alle disse hensyn bør hjelpe sikre at maur er motivert til å mate og lære under trening, unngås ikke noe variasjon. Vi anbefaler å bruke maur som synes å ha sosial og appetitive bevegelse normalt og eksklusive maur fra analysen øyeblikket de ikke klarer å spise en trening rettssak eller en test.
Hva slags CS ble ikke testet i denne studien. Selv om vi har brukt en blå visuelle stimulans fordi maur av samme slekten er følsomme for disse bølgelengder18, kan også andre farger læres i samarbeid med en belønning. Ytterligere eksperimenter vil være nødvendig for fullt karakterisere fargene blir sett og lært i dette oppsettet. Dette gjelder også for forskjellige former og størrelser av den visuelle indikatoren. Vi har ikke testet om maur romlig oppløsning ville være tilstrekkelig for å skille visuelle stimulans presentert her på avstand fra maurene øyne det ble presentert på. Selv om tre maur øyne har blitt beskrevet størrelse og antall fasetter22, til vår kunnskap, har deres romlig oppløsning ikke blitt fullt beskrevet ennå. Men er dette beregnet for Melophorus magoti23. Lignende karakteristikk av tre maurene eller andre testet insekter øyne ville bidra til en klar undersøkelse av funksjonene av visuell indikasjon blir observert og lært av dyrene. Videre, vi inkludert bevegelse presentasjonen visuelle stimulans for maur fordi det har vist seg å spille en rolle i honeybee associative læring i klassisk betinging6. Men kan dette ikke ble testet i denne studien, og på grunn av flygende insekter i forhold til gangavstand insekter forskjellige bevegelse, forskjellene mellom honeybee og maur visuelle klassisk betinging observeres.
På et endelig notat kunne vi ikke undersøke langsiktige minne bevaring fordi maur ikke overlevde blir utnyttet for slike lange perioder etter trening. Men i senere sett av eksperimenter, vi har holdt maur i live og motivert til å spise og lære når utnyttet og forlot dem over natten i et mørkt og fuktig miljø (plassere en boks over dem). Dette paradigmet kan derfor brukes til å løse langsiktige minne bevaring av tre maur, i tillegg til kort og midten sikt minne.
Med dette enkel prosedyre tilpasset fra generelle klassisk betinging paradigmer, er det mulig å studere erverv og oppbevaring av visuelle minner i brukt tre maur, som har vært undersøkt mye i paradigmer bruke fritt bevegelige dyr. Dette paradigmet har potensial til å brukes for å analysere nevrale grunnlaget for visuell læring i en svært godt etablerte modell for insekt navigasjon.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Tom Collett og Cornelia Buehlmann for å dele verdifull informasjon om innsamling og vedlikehold av tre maur kolonier. Forfatterne takker også Justine Crevel for kommenterer på tidligere versjoner av denne artikkelen.
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 |