Aprendizagem operante de Drosophila no medidor de Torque

Medir o torque de guinada de Drosophila conectada com o medidor de torque permite o controle neurocientista requintados da situação de estímulo do animal experimental. Juntamente com as ferramentas genético único disponível na mosca da fruta, este paradigma é utilizado para uma ampla variedade de pesquisas neurobiológicas.

Para experiências no medidor de torque, moscas são mantidas em meio padrão voar a 25 ° C e umidade de 60% com um regime light/12hr 12h escuro. Um regime de melhoramento padronizado assegura densidade larvária adequada e pareados por idade coortes. Cold-anestesiados moscas são coladas com cabeça e tórax para um gancho em forma de triângulo um dia antes do experimento. Anexado ao medidor de torque através de uma pinça, as manobras da mosca voo são medidos como o momento angular em torno de seu eixo vertical do corpo. A mosca é colocado no centro de um panorama cilíndrico para realizar vôo estacionário. Analógico para um cartão de conversor digital alimenta o sinal de torque de guinada para um computador que armazena o rastreamento para posterior análise. O computador também controla uma variedade de estímulos que pode ser trazido sob o controle da mosca, fechando o ciclo de feedback entre esses estímulos eo traço torque guinada. Punição é conseguido pela aplicação de calor a partir de um laser infravermelho ajustável.

Fly médio

A composição dos alimentos é fundamental para voar de aprendizagem (Guo et al, 1996.)

• 1000 ml de água
• Farinha de milho 180 g
• 10 g de soja
• 18,5 g de fermento
• Ágar 7,5 g
• Melaço 40 g
• Xarope (beterraba) 40 g
• Nipagin 2,5 g

Cada frasco é fornecido com um pouco de fermento fresco colar, vivendo e um pedaço de papel de filtro para proporcionar uma superfície adicional para moscas e pupas.

Fly criação e encenação

O procedimento a seguir é realizada todos os dias, levando a precisamente encenado animais cultivados na densidade apropriada. Todos os recém-moscas ecclosed desde o último procedimento do dia anterior são coletados para reprodução e experimentos. Os mais antigos frascos sem qualquer pupas que vivem restantes são descartados. Quatro moscas dia de idade são adicionados a um frasco de doce para a deposição de ovos durante a noite. A densidade de moscas fêmea deve ser de aproximadamente 20 para cada frasco, ajustado para o tamanho do frasco e da cepa utilizada. A densidade ideal é aquele que é alto o suficiente para o meio de voar para liquefazer durante as fases larval e baixa o suficiente de modo que todas as larvas têm pupated antes da ecclose voa primeiro. As moscas egg-laying do dia anterior são removidos e descartados.

Fly preparação

Moscas são mantidos em meio fubá / melaço padrão, como descrito acima a 25 ° C e umidade de 60% com um regime light/12hr 12h escuro. Após uma breve imobilizando 24-48h de idade por moscas frio anestesia, as moscas são colados (Superglue vidro UV adesivo, 505127A, Pacer Technology, Cucamonga, Ca., EUA), com cabeça e tórax de um gancho de cobre em forma de triângulo (0,05 milímetros de diâmetro ) dias antes do experimento. Os animais são então mantidas individualmente durante a noite em pequenas câmaras úmidas contendo alguns grãos de sacarose.

Aparelho

O dispositivo núcleo do set-up é o compensador de torque (torquímetro) (Götz, 1964). Ele mede o momento angular de uma mosca em torno do seu eixo vertical do corpo, causadas por manobras de vôo pretendido. A mosca, colada ao gancho, como descrito acima, está ligado ao medidor de torque através de um grampo para realizar vôo estacionário no centro de um panorama cilíndrico (arena, diâmetro 58mm), que é homogeneamente iluminado por trás. A fonte de luz é um 100W, lâmpada de tungstênio de iodo-12V. Para a iluminação verde e azul da arena, a luz é transmitida através de banda larga monocromática Kodak Wratten filtros de gelatina (# 47 e # 99, respectivamente). Os filtros podem ser trocados por um solenóide rápida dentro de 0.1s. Alternativamente, a arena é iluminado com "luz do dia" por passagem através de um filtro azul-verde (Rosco "surfblue" No. 5433), ou nenhum filtro em tudo. O espectro de transmissão do filtro Rosco azul-esverdeada usada neste estudo é equivalente ao de um filtro BG18 (Schott, Mainz) e constitui um intermediário entre o azul Kodak e filtros verde (Brembs Hempel e de Ibarra, 2006; Liu et al ., 1999). A arena pode ser girado ao redor do fly usando um computador controlado motor elétrico. Em tal um "simulador de vôo" situação, a velocidade angular da arena é proporcional, mas dirigida contra torque da mosca yaw (acoplamento fator K =- 11 ° / s • 10-10Nm). Isso permite que o fly para estabilizar o panorama e controlar a sua orientação angular. Este "direção de vôo" virtual (ie, a posição arena) é registrado continuamente através de um potenciômetro circular (Novotechnik, A4102a306). Uma analógica para a digital do cartão conversor (PCL812; Advantech Co.) alimenta a posição arena e o sinal de torque de guinada para um computador que armazena os traços (amostragem de freqüência de 20Hz) para posterior análise. Punição é conseguido pela aplicação de calor a partir de um laser infravermelho ajustável (825 nm, 150 mW), dirigido por trás e acima sobre a cabeça da mosca e no tórax. O feixe de laser é pulsada (cerca de largura de pulso 200ms em ~ 4Hz) e sua intensidade reduzida para garantir a sobrevivência da mosca.

Experimentos

Aprendizagem padrão

Para o experimento padrão-aprendizagem tradicional (Dill e Heisenberg, 1995; Dill et al, 1993, 1995;. Liu et al, 2006;. Liu et al, 1998;. Liu et al, 1999;. Wolf e Heisenberg, 1991) , quatro negros, em forma de T padrões de orientação alternada (ou seja, dois na vertical e duas invertido) são espaçadas na parede arena (largura padrão de ψ = 40 ° altura, θ = 40 °, largura de barras = 14 °, como visto a partir da posição da mosca). Um programa de computador divide o 360 ° da arena em 4 quadrantes virtuais 90 °, cujo centro são indicados pelos padrões. As moscas controlar a posição angular dos padrões com seu torque de guinada (situação simulador de vôo). Durante o treinamento, a punição de calor é feita contígua com o aparecimento de uma das orientações padrão na área frontal visual. Reforço de cada padrãoé sempre empatou dentro de grupos. Durante o teste, o calor está permanentemente desligado e de preferência da mosca padrão registrado.

Aprender de cor

Aprendizagem de cor é realizado como descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000; Brembs Hempel e de Ibarra, 2006; Brembs e Wiener, 2006; Wolf e Heisenberg, 1997). A arena é dividida em quatro quadrantes virtuais 90 °, os centros dos quais são denotados por quatro listras verticais idênticos (largura ψ = 14 ° altura, θ = 40 °). A mosca está a controlar a posição angular das quatro faixas idênticas com seu torque de guinada, como descrito para os padrões T-shaped acima. A cor da iluminação de toda a arena é alterado sempre que uma das fronteiras virtuais quadrante passa um ponto na frente do fly. Durante o treinamento, a punição de calor é subordinada em uma das duas cores. Durante os testes, o calor está permanentemente desligado e de preferência da mosca de cor gravada. É claro, as cores podem ser combinados com testes padrões para o condicionamento de compostos (Brembs e Heisenberg, 2001).

Yaw aprendizagem torque

Yaw aprendizagem torque é realizada conforme descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000; Heisenberg e Wolf, 1993). Faixa da mosca torque espontânea yaw é dividida em uma "esquerda" e de domínio "direito", correspondendo aproximadamente a qualquer vira à esquerda ou à direita. Não existem padrões na parede arena. Durante o treinamento, o calor é aplicada sempre que o torque da mosca guinada está em um domínio e desligado quando o torque passa para o outro. Nas fases de teste, o calor é permanentemente desligado e escolha da mosca de domínios yaw torque é gravado.

Aprendizagem Composite

Aprendizagem Composite é uma extensão da guinada aprendizagem torque, como descrito anteriormente (Brembs e Heisenberg, 2000). Basicamente, yaw aprendizagem torque e aprendizagem de cores são combinadas em um experimento com operante equivalente (torque yaw) e clássicos (cores) preditores. Durante o treinamento, a mosca é aquecido sempre torque da mosca guinada passa para o domínio associado a punição. Sempre que a mosca muda domínios torque guinada, não apenas a temperatura, mas também coloração arena é alterado (de verde para azul ou vice-versa). Assim, yaw domínio torque e cor servem como preditores equivalente de calor. Nas fases de teste, o calor é permanentemente desligado e apenas a escolha da mosca de cores torque yaw domínios / é gravado.

Discussão

Esta configuração experimental combina excelente controle sobre as circunstâncias experimentais com um organismo modelo avançado genética. Utilizando os procedimentos descritos nesta apresentação, as bases moleculares e neurobiológicos de uma variedade de características comportamentais podem ser investigadas, incluindo, mas não limitado a, os mecanismos de geração de comportamento espontâneo, condicionamento operante e clássico, reconhecimento de padrões, visão de cores ou controle curso .

Esta configuração experimental combina excelente controle sobre as circunstâncias experimentais com um organismo modelo avançado genética. Utilizando os procedimentos descritos nesta apresentação, as bases moleculares e neurobiológicos de uma variedade de características comportamentais podem ser investigadas, incluindo, mas não limitado a, os mecanismos de geração de comportamento espontâneo, condicionamento operante e clássico, reconhecimento de padrões, visão de cores ou controle curso .

The authors have nothing to disclose.

O projeto original do compensador de torque origina com Karl Goetz. A configuração especial nesta apresentação é em grande medida, empréstimo e foi originalmente desenvolvido por Martin Heisenberg e Wolf Reinhard. Estou especialmente grato a estas duas pessoas para o seu contínuo apoio, incentivo e expertise.