התניה קלאסית חזותי של נמלות עץ
5 באוקטובר 2018
אנו מציגים פרוטוקול על התניה קלאסית של נמלים מרוסן, המתיר חוקרים ללמוד צורה למידה וזיכרון חזותיים ברמה של ניתוח לא ניתן לנוע בחופשיות יחידים.
היתרון המשותף של טכניקה זו הוא שניתן ללמוד זיכרונות חזותיים באופן מבוקר באופן קבוע ולא נמלי עץ הנעות בחופשיות. לשיטה זו יש פוטנציאל לשמש לחקירת הבסיס העצבי של למידה חזותית במודל מבוסס מאוד לניווט חרקים. כדי לבחור את הנמלים כי הם מוטיבציה לאכול, למקם שקופית עם טיפת סוכרוז בתוך קופסה קטנה עם פלואון מכסה את הקירות.
לאחר מכן מניחים כל נמלה שנבחרה בתיבה ומחכים לראות אם היא ניזון מירידה סוכרוז. אם הנמלה ניזון טיפת סוכרוז מיד להעביר אותו לקופסה ריקה. לאחר מכן, מעבירים כל נמלה לצינור נפרד ומעבירים לזמן קצר את הצינור במקפיא כדי לשתק את הנמלים.
מניחים את הנמלה משותקת במחזיק דרך החתך בקרטון, תופס אותו על ידי המפרק בין ראשו ואת בית החזה. לאחר מכן השתמש סיכות חרקים כדי להבטיח את האנטנות להישאר בצד הראש. באמצעות גוף חימום בהתאמה אישית, ממיסים שעווה כדי לדבוק בקצה סיכת חרק לראש הנמלה, במקביל לקרטון.
לאחר השעווה מתייבש, להסיר את סיכות החרק מן האנטנות, בזהירות להסיר את הנמלה מהמחזיק. לאחר מכן, לתקן את סיכת החרק מחזיק את הנמלה בצילינדר חימר דוגמנות, ולתקן מחזיק פלסטיק בהתאמה אישית מתחתיו. ודא הנמלה שומרת על יציבה עומדת טיפוסית, כי כל הגוף, למעט הראש, יכול לנוע בחופשיות.
ראשית, מקם מצלמה עם עדשת מאקרו על גבי התיבה האקרילית הלבנה ישירות מעל מחזיק הנמלים, והצב את הנמלה במחזיק בתוך התיבה. לאחר מכן, חבר מחט ומזרק מלא סוכרוז, את הגירוי ללא תנאי, למלבן קרטון כחול בהיר, הגירוי המותנה, לשימוש כסימן חזותי. עבור אימון מזווג, התחל להקליט את הנמלה 10 שניות לפני הצגת הגירוי המותנה.
אם הנמלה מבצעת את רפלקס הארכת הלביום של מקסילה, או MaLER, במהלך תקופה זו, לדחות את המשפט לכמה שניות. להזיז את המזרק עם גירוי מותנה מול הנמלה במשך 10 שניות. לאחר מכן, מפרישים טיפה אחת של סוכרוז מהמזרק ומאכילים את הנמלה במשך חמש שניות.
חזור על הליך האימון הזוגי 10 פעמים עם חמש דקות בין כל ניסיון. לאימונים לא מפוספרים, התחל את הקלטת הווידאו 10 שניות לפני המשפט. לאחר מכן, להציג את הגירוי המותנה כפי שתואר קודם לכן.
לאחר 2.5 דקות, מעבירים את גירוי הסקורוז ללא תנאי ישירות אל חלקי הפה של הנמלה עם מזרק ללא הקרטון הכחול. לאחר סיום ניסויי האימון, התחל את הקלטת המצלמה 10 שניות לפני שלב הבדיקה. לאחר מכן, להציג את הגירוי המותנה הנמלה במשך 10 שניות.
לאחר שהבדיקה נגמרת, לספק את הגירוי סוכרוז ללא תנאי הנמלה כדי לאשר את הנמלה עדיין מוטיבציה להאכיל. באמצעות ההקלטה שנעשתה במהלך אימון ובדיקה, ציון התגובות של הנמלה במהלך 10 שניות של מצגת גירוי מותנה. לבסוף, הפרד את תגובות הנמלה במהלך הצגת הגירוי המותנה לשלוש קטגוריות, הרחבה מלאה עם תנועה כאילו האכלה, הארכה מלאה ללא תנועה, או הרחבה חלקית של השפתיים maxilla או palps maxillary.
בפרוטוקול זה, נמלים שעברו הכשרה מזווגת ביצעו יותר ויותר MaLER בתגובה לגירוי המותנה. להיפך, נמלים לא מפוספרות לא הראו עלייה משמעותית במאלר במהלך האימונים. כדי לבחון את הזיכרון לטווח קצר ואמצע, נמלים נבדקו 10 דקות או שעה לאחר ניסוי האימונים האחרון.
בשתי הבדיקות, שיעור הנמלים שביצעו את MaLER בתגובה לגירוי המותנה היה גבוה יותר כאשר עברו הכשרה בזוגות. תגובות MaLER חולקו לשלוש קטגוריות, FEM, FE ו- PE. בדרך כלל, נמלים ביצעו FEM או PE לעתים קרובות יותר מאשר FE. עם זאת, רק נמלים מעטות הדגימו באופן עקבי את אותו סוג של תגובה. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לטפל נמלים בזהירות כדי להפחית את רמות הלחץ ואת כל נזק פוטנציאלי, במיוחד במהלך הרתמה.
על ידי התאמת הליך זה, גירויים חזותיים שונים יכולים לשמש כדי לחקור את המאפיינים נמלים עץ להשתמש כדי ליצור זיכרונות חזותיים. לאחר התפתחותה, טכניקה זו סוללת את הדרך לחוקרים בתחום מדעי המוח של חרקים וניווט לחקור זיכרונות אסוציאטיביים חזותיים עם נמלי עץ עבור מיקרופה.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול להתניית קלאסית של נמלים קשורות, המאפשר את חקר הלמידה החזותית ויצירת זיכרון בסביבה מבוקרת. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לבחון את הבסיס העצבי של למידה חזותית בנמלי עץ, המהוות מודל מוכר לניווט של חרקים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ביולוגיה התנהגותית
- ניווט חרקים
רקע
- ניתן לחקור זיכרונות חזותיים באופן מבוקר.
- נמלים רתומות מספקות הזדמנות ייחודית לניתוח מפורט.
- השיטה מתמקדת ברפלקס הרחבת המנדיבולה והלביום (MaLER).
- נמלי העץ הן מודל מבוסס לחקר התנהגות חרקים.
מטרת המחקר
- פיתוח פרוטוקול לבחינת למידה חזותית בנמלים.
- חקירת המנגנונים העצביים העומדים בבסיס היווצרות זיכרון חזותי.
- הערכת ההשפעה של אימון מצומד לעומת אימון לא מצומד על שימור הזיכרון.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בחירה של נמלים בעלות מוטיבציה באמצעות טיפות סוכרוז.
- קיבוע ורתום של נמלים לצורך ניסויים מבוקרים.
- שימוש בגירויים חזותיים ובלתי מותנים במהלך האימון.
- תיעוד ודירוג של תגובות הנמלים במהלך האימון והבדיקה.
תוצאות עיקריות
- אימון מצומד הגביר את תגובות ה-MaLER לגירוי המותנה.
- אימון לא מצומד לא הראה עליות משמעותיות ב-MaLER.
- נמלים הפגינו תגובות משתנות שסווגו להרחבות מלאות וחלקיות.
- שימור הזיכרון נבחן במרווחי זמן שונים לאחר האימון.
מסקנות
- הפרוטוקול מאפשר חקירה מפורטת של זיכרונות אסוציאטיביים חזותיים.
- טכניקות טיפול הן קריטיות לצמצום רמות הלחץ בנמלים.
- ניתן להתאים שיטה זו למגוון גירויים חזותיים במחקרים עתידיים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית לדרג הניהולי
פרוטוקול זה מאפשר חקירה מדויקת של למידה אסוציאטיבית חזותית במודל חרקים הניתן להנדסה גנטית, ובכך תומך בהסרת סיכונים מכניסטית של מטרות עצביות המעורבות ביצירת זיכרון. באמצעות אספקת פרדיגמה מבוקרת לניתוח קשרים בין רמז לתגמול, הוא מסייע בתיקוף מטרות עבור נתיבים קוגניטיביים בעלי רלוונטיות תרגומית למערכות יונקים. גישה זו מציעה מערכת ניתנת להרחבה ולשחזור לגילוי בשלבים מוקדמים של מודולטורים המשפיעים על תהליכי למידה וזיכרון.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של קשרי אסוציאציה בין רמז חזותי לתגמול, כדי לתקף מטרות עצביות העומדות בבסיס הלמידה והזיכרון.
- ערך תפעולי: מספק מדד התנהגותי כמותי (MaLER) להערכת מעורבות המטרה in vivo.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: קובע פרוטוקול מדידה סטנדרטי לדינמיקה של למידה אסוציאטיבית בתגובה לגירויים חזותיים.
- ערך תפעולי: תומך בתאימות לסריקה בהספק גבוה (high-throughput) באמצעות הכנה קבועה של נמלים ודירוג תגובות אוטומטי.
מחקר תרגומי וטרום-קלני
- ערך מדעי: מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי קישור עיבוד גירויים חזותיים למסלולים עצביים שנשמרו בין מינים שונים.
- ערך תפעולי: מאפשר בדיקת תגובה למינון של תרכובות על שימור הזיכרון במרווחי זמן מוגדרים (10 min, 1 hr).
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של שלבי הגילוי המוקדמים, שבהם בדיקת היפותזות לגבי מטרות והבנת מסלולים ביולוגיים קודמות לזיהוי מולקולות מובילות, ובכך היא מציעה מערכת רלוונטית למחלה לצורך בחינה של מנגנונים קוגניטיביים.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בבדיקת היפותזות לגבי מעגלים עצביים המעורבים בלמידה אסוציאטיבית חזותית באמצעות הצגה מבוקרת של גירויים.
- סריקה: מספקת מוכנות לבדיקה באמצעות פרוטוקולי אימון סטנדרטיים ומדדי תגובה כמותיים של MaLER.
- אנליטיקה: מאפשרת ניתוח השוואתי של עקומות למידה ושימור זיכרון בין קבוצות ניסוי באמצעות דירוג תגובה קטגוריאלי.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי מידול של מנגנונים שמורים של יצירת זיכרון המופעלת על ידי חושים.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כפלטפורמה לשימוש חוזר לבדיקת גירויים חזותיים מגוונים ומודולטורים פרמקולוגיים בפורמט סטנדרטי.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון ניבויי במודולציה של המטרה באמצעות שינויים מדידים בתגובות התנהגותיות נלמדות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של הרתמה, הגשת גירויים וניקוד מפחיתה שונות בין ניסויים.
- ערך אסטרטגי: מסייע בקבלת החלטות של המשך/עצירה (go/no-go) על ידי הפחתת עמימות מכניסטית בתיקוף מטרה קוגניטיבית.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של תרכובות מותאם סיכון, המבוסס על השפעות על למידה ושימור זיכרון.
שיקולי יישום
- מומחיות בטיפול בחרקים ובטכניקות של בדיקות נוירו-התנהגותיות.
- מכשור להגשת גירויים חזותיים, מתן סוכרוז והקלטת וידאו.
- סטנדרטיזציה של מרווחי האימון, מרווחי הזמן בין ניסויים ומועדי הבדיקה לאחר האימון.
- שיקולי התאמה עבור רמזים חזותיים שונים ומיני נמלים שונים.
- מגבלות כוללות סטרס פוטנציאלי כתוצאה מהרתמה ושונות ברמות המוטיבציה האינדיבידואלית.
