Neuronale Grundlagen des Lernens (BFNL) DE Wir danken Randolf Menzel für wertvolle Kommentare zu einer früheren Fassung des Manuskripts: Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss aus dem deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Bernstein Fokus unterstützt.

1. Catching Bees aus dem Hive <ol><li> Einen Tag vor dem Experiment beginnt, zwischen 2 und 4 Uhr, sind die Bienen verlassen den Stock gefangen. Dazu ein UV-Licht durchlässigen Plexiglas-Pyramide (Höhe = 30 cm, Spitze 3,5 x 3, 5 cm, Grundfläche 18 x 18 cm), die verschließbare an der Spitze und die Basis ist, wird bei einer 20 gehalten - 30 cm Abstand vor dem Flugloch mit der Basis offener und die Spitze geschlossen, so dass die Bienen verlassen den Stock der Basis der Pyramide geben. Die Basis wird dann geschlossen und die gefangenen Bienen ins Labor zur weiteren Behandlung gebracht. </li></ol> 2. Übertragen Bees aus der Pyramide in Glasflaschen <ol><li> Im Labor wird die Pyramide auf dem Sockel platziert. Die Wände der Pyramide sind abgedunkelt (z. B. mit einem Handtuch), aber die Spitze ist nicht abgedeckt. Aufgrund ihrer positiven Phototaxis werden Bienen die Pyramide durch den Scheitelpunkt zu verlassen, wenn sie geöffnet. Einer nach dem anderen, sind die Bienen von der Pyramide in Glasflaschen, indem Sie die Ampullen über die offene Spitze übertragen. Ein Fläschchen pro Biene verwendet. Deshalb steht an der Spitze geschlossen, wenn eine Biene die Flasche gelangt. </li></ol> 3. Harnessing Bees in Tubes <ol><li> Bienen sind durch Abkühlung in den Glasflaschen auf Eis 2,5-3,5 min immobilisiert. Es ist ratsam, die Biene zu sehen und entfernen Sie sie aus dem Eis, sobald er aufhört sich zu bewegen. </li><li> Ein einziger immobilisiert Biene ist in einem kleinen Plastikschlauch mit Klebeband, so dass es in der Lage, seinen Rüssel frei, aber nicht den Kopf, Thorax oder Beine zu bewegen ist angespannt. Es ist wichtig, dass der Hals nicht komprimiert wird. </li><li> Jede Biene in einem Kunststoffrohr fixiert wird in einer nummerierten Bohrloch auf einem Gestell für besseres Handling und Identifikation setzen. Nachdem es für die Konditionierung oder das Abrufen von Erinnerungen wurden entfernt die Röhre ist immer die exakt gleiche Bohrloch zurück. </li></ol> 4. Fütterung von Bienen <ol><li> Am ersten Abend (4-6 Uhr), nach dem Fang, sind die Bienen bis zur Sättigung mit Saccharose-Lösung (0,88 M, weißen, raffinierten Haushaltszucker in Leitungswasser gelöst) zugeführt. Um Feeds eine Biene, ist die PER durch Berühren ihrer Antennen mit Saccharose-Lösung und das Tier darf einen Tropfen (4 ul) von Saccharose-Lösung verbrauchen ausgelöst. Die Bienen sind eine nach der anderen, bis sie zeigen nicht mehr eine schnelle und zuverlässige PER, wenn die Antennen mit Saccharose-Lösung berührt zugeführt. </li><li> Bei jeder nachfolgenden Abend (4-6 Uhr) des Experiments Bienen nacheinander viermal mit 1 Tropfen der Saccharose-Lösung (4 ul, 0,88 M, weißen, raffinierten Zucker in Leitungswasser gelöst) zugeführt. Es ist wichtig, dass Saccharose-Lösung nicht auf der Biene Antennen oder den Rüssel während der Fütterung und die Rohre sind nicht mit Saccharose-Lösung verunreinigt verschmiert. Bienen sollten nicht an oder nahe der Anlage vor Ort zugeführt werden, um die Möglichkeit der Zuordnung der Ausbildung Zusammenhang mit der Saccharose Reiz auszuschließen. </li></ol> 5. Keeping Harnessed Bees Übernachtung <ol><li> Bienen sind über Nacht in eine Plastikschüssel bei Raumtemperatur aufbewahrt. Leitungswasser ist in die Schüssel (ca. 0,5-1 cm hoch) gefüllt. Racks mit genutzt Bienen sind in der Schale über der Wasserlinie mit ELISA-Platten als Plattform platziert. Schließlich ist die Schüssel mit Pappe abgedeckt. </li></ol> 6. Olfaktorischen Konditionierung Am ersten Morgen (10 Uhr) des Experiments olfaktorischen Konditionierung durchgeführt wird. Die konditionierten Reiz (CS) ist ein Geruch, ist der unbedingte Reiz (US) Saccharose-Lösung. <ol><li> 4 ul der Geruch (zB Nelkenöl) werden auf ein rundes Filterpapier (1,3 cm Durchmesser), die dann in eine 20 ml Spritze eingefügt pipettiert. Der Geruch ist unter einer Haube pipettiert und Filterspitzen werden verwendet, um eine Kontamination der Pipette zu verhindern. </li><li> Das Rack mit genutzt Bienen in der Nähe der Klimaanlage vor Ort 30 min gestellt, bevor die Konditionierung Verfahren beginnt, sondern in einem Abstand zu der Stelle vor einem Abgasrohr, wo einzelne Bienen sind klimatisiert. </li><li> Conditioning besteht aus drei Paarungen der Geruch (der bedingten Reiz, CS) und Saccharose-Lösung (dem unbedingten Reiz, den USA, 1,25 M) mit einem inter-trial-Intervall (ITI) von 10 min. Ein akustisches Signal geliefert für den Experimentator über einen Audio-Player sorgt für den genauen Zeitpunkt der Beginn des Stimulus, Reiz-Offset, Reizdauer und Platzierung. Eine Übernahme Studie beginnt mit einer 10 sec Platzierung des Tieres vor einem Auspuff. Kurz vor Ende der 10 Sekunden die Spritze mit dem Geruch ist 3 cm vor der Biene bei der Biene Antennen gezielt platziert. Anschließend wird der Geruch für 5 sec dargestellt, indem 20 mL Luft durch die Spritze. Nach den ersten 3 Sekunden der distalen Geißeln der beiden Antennen sind mit einer Saccharose-Lösung angefeuchtet Zahnstocher und Tiere dürfen die moistend Zahnstocher 4 Sek. lang lecken berührt. 13 Sek. nach dem CS Stimulation endet, Bienen aus dem Training Kontext genommen und zurück in das Rack ein. Insgesamt ein Training Studie dauert 28 Sek.. Es ist wichtig, dass weder die Biene Antennen noch der Rüssel mit Saccharose nach der Konditionierung abgedeckt sind. Deshalb muss sichergestellt werden, dass die Zahnstocher nur angefeuchtet mit Saccharose-Lösung und dass kein Tropfen Saccharoselösung Formular Zahnstocher werden. </li><li> Nach der Konditionierung der Racks sind zurück in die Schüssel gelegt. </li><li> Das Verhalten der Tiere während des Versuchs, dh das Auftreten der PER während der Platzierung und CS und US-Darstellung, wird überwacht und nach unten durch den Versuchsleiter notiert. </li></ol> 7. Speicher Retention <ol><li> Retention-Tests können in beliebigen Intervallen (min bis Tage) durchgeführt werden. Das Rack mit den Bienen in der Nähe der Klimaanlage vor Ort 30 min gestellt, bevor der Speicher-Test beginnt. </li><li> Ein Speicher-Test besteht aus 5 sec CS-Präsentation ohne US-Präsentation. Der Test beginnt mit einem 10 sec Platzierung des Tieres vor dem Auspuff. Anschließend wird der Geruch für 5 sec präsentiert, wie oben beschrieben. Das Verhalten des Tieres, also das Auftreten der PER während der Platzierung und der CS-Präsentation wird während des Experiments zur Kenntnis genommen. </li><li> Am Ende des Experiments den Rüssel extention Antwort ist wieder ausgelöst durch Berührung der Antennen mit Saccharose-Lösung, um sicherzustellen, dass das Tier noch in der Lage, seinen Rüssel zu verlängern. </li></ol> 8. Systemische Injection Der Zeitpunkt der systemischen Injektion hängt von der experimentellen Design. <ol><li> Ein kleines Loch ist in der Kutikula der hintere Teil der scutum neben dem scutal Riss über dem Flugmuskel 17 unter Verwendung einer Einweg-Injektionsnadel (21 G) hergestellt. </li><li> Mit einer Glaskapillare wird 1 ul-Lösung durch das Loch in die Cuticula in die Flucht Muskel injiziert. Geschulte Experimentatoren in der Lage, eine Biene zu injizieren alle 30 sec, so dass ein genauer Zeitplan für Einspritz-und Klimaanlagen. </li></ol> 9. Fütterung von Bienen während des Experiments <ol><li> Am Abend (4-6 Uhr) nach der Konditionierung, sind Bienen nacheinander viermal mit 1 Tropfen der Saccharose-Lösung (4 ul, 0,88 M, weißen, raffinierten Zucker in Leitungswasser gelöst) zugeführt. Es ist wichtig, dass Saccharose-Lösung nicht auf der Biene Antennen oder den Rüssel während der Fütterung und die Rohre sind nicht mit Saccharose-Lösung verunreinigt verschmiert. Bienen sollten nicht an oder nahe der Anlage vor Ort zugeführt werden, um die Möglichkeit der Zuordnung der Ausbildung Zusammenhang mit der Saccharose Reiz auszuschließen. </li></ol> 10. Datenerhebung und Datenanalyse <ol><li> Vorkommen des Rüssels Erweiterung Reaktion während des Experiments wird überwacht. Eine Biene ist erzielt, positiv, wenn es seinen Rüssel erstreckt sich zwischen dem Beginn der CS und der Präsentation in den USA (im Training) oder während der CS-Präsentation (während der Testphase), Überqueren einer gedachten Linie zwischen den offenen Mandibeln. </li><li> Um in der Analyse Tiere aufgenommen werden muss zwei Kriterien erfüllen: sie müssen die ganze Experiment zu überleben, und sie müssen das Unbedingte Rüssel Erweiterung Reaktion (PER) zu Saccharose-Lösung zeigen, am Ende des Experiments. Der Prozentsatz der Bienen, welche die PER bei der Akquisition und Kundenbindung Tests ist für jeden CS-Präsentation dargestellt. </li></ol> 11. Repräsentative Ergebnisse: Zwei Experimente werden hier vorgestellt. Im ersten Experiment betrachten wir die Auswirkungen der systemischen Injektion von Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS; in mM: 137 NaCl, 2,7 KCl, 10,1 Na 2 HPO 4, 1,8 KH 2 PO 4, pH 7, 2) auf das Lernen und Langzeitgedächtnis Bildung. Drei Gruppen von Bienen wurden mit drei CS-US-Paarungen mit einem inter-trial Intervall von 10 min trainiert: ein nicht-behandelten Gruppe, eine Gruppe, die mit 1 ul PBS vor dem Training 30 min injiziert wurde, und ein Schein-injizierten Gruppe behandelt die genauso wie die PBS-injizierten Gruppe, aber ohne Injektion PBS. 24 h nach dem Training Speicher wurde mit einem CS-Präsentation in allen drei Gruppen getestet. Der Prozentsatz der Tiere mit der konditionierte Reaktion während der Konditionierung deutlich erhöht in den drei Trainings-Studien (Abb.1, ANOVA für wiederholte Messungen für den Faktor Zeit F 2378 = 340.456, p &lt;0,05). Kein Unterschied in PER konnte zwischen den drei Gruppen während der Konditionierung beobachtet werden (ANOVA für wiederholte Messungen für den Faktor Gruppen F2, 189 = 1299, p&gt; 0,05). Dies gilt für einen 24-h Retention-Test (F2, 187 = 0752, p&gt; 0,05) gilt beim Vergleich von nicht-behandelten Tieren mit PBS-Injektion und schein-injizierten Tieren. Im zweiten Experiment demonstrieren wir die Hemmung der Merkfähigkeit drei und vier Tage nach dem Training, wenn die Protein-Synthese-Hemmer Anisomycin (10 mM) systemisch wurde 30 min nach drei CS-US-Paarungen injiziert. Vergleich eines Anisomycin-injizierten Gruppe mit einer PBS-injizierten Gruppe zeigt einen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen während der Sperrfrist test (Abb.2, ANOVA für wiederholte Messungen für den Faktor Gruppe F1, 94 = 8,86, p &lt;0,05). Ein wesentlicher Unterschied kann bei der Speicher-Test an Tag 3 und Tag 4 eingehalten werden. Dies ähnelt den Ergebnissen der Wüstenberg et al. 18, der auch Bienen mit drei CS-US-Paarungen gewährt, allerdings mit einem anderen Protokoll. <img src="/files/ftp_upload/2282/2282fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Cuticula Läsion oder Injektion von PBS, ändert nichts an Akquisitions-und Merkfähigkeit. Animals mit drei CS-US-Paarungen (Erwerb) ausgebildet wurden. Nach 24 h wurde Speicher getestet (Memory Retention). Dreißig Minuten vor dem Training, war ein Loch in die Cuticula aus zwei Gruppen (Läsion, PBS) und eine dieser Gruppen wurde mit 1 ul PBS (PBS) injiziert. Eine dritte Gruppe blieb erhalten (keine Behandlung). Präsentiert wird der Prozentsatz der Tiere jeder Gruppe reagiert auf Geruch Präsentation mit einem PRO. Eine ANOVA zeigt keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen in der Akquisitionsphase (F2, 189 = 1.299, p&gt; 0,05) oder in dem Speicher (F2, 187 = 0,752, p&gt; 0,05). <img src="/files/ftp_upload/2282/2282fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Die Injektion von Anisomycin 40 min nach dem letzten CS-US Paarung reduziert Merkfähigkeit drei Tage und 4 Tage nach dem Training. Die Tiere wurden mit drei CS-US-Paarungen (Erwerb) geschult und injiziert mit 1 ul 10 mM Anisomycin (Aniso) oder 1 ul PBS 1 h nach dem ersten Training Studie. Speicher getestet wurde (Memory Retention) 24 h, 48 h, 72 h und 96 h später. Präsentiert wird der Anteil der Tiere pro Gruppe reagiert auf Geruch Präsentation mit einem PRO. Die Injektion von Anisomycin führt zu einer signifikanten Reduktion der Merkfähigkeit 72 h und 96 h nach dem Training (F1, 94 = 8.86, p &lt;0,05) als offenbarte durch eine ANOVA.

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Neurosci. 25, 11614-11618 (2005).</li><li>Stollhoff, N., Menzel, R., Eisenhardt, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+recovery+from+extinction+depends+on+the+reconsolidation+of+the+acquisition+memory+in+an+appetitive+learning+paradigm+in+the+honeybee+(Apis+mellifera.">Spontaneous recovery from extinction depends on the reconsolidation of the acquisition memory in an appetitive learning paradigm in the honeybee (Apis mellifera.</a> J. Neurosci. 25, 4485-4492 (2005).</li><li>Stollhoff, N., Eisenhardt, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consolidation+of+an+extinction+memory+depends+on+the+unconditioned+stimulus+magnitude+previously+experienced+during+training.">Consolidation of an extinction memory depends on the unconditioned stimulus magnitude previously experienced during training.</a> J. Neurosci. 29, 9644-9650 (2009).</li><li>Snodgrass, R. 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<ol><li> Catching Bienen: Um erfahrenen Sammlerinnen sammeln die Bienen entweder am Vormittag oder am Nachmittag gefangen, die Vermeidung der Zeit, in der jungen Bienen auf Orientierung Flüge 19 sind. Sammlerinnen entweder Pollen oder Nektar. Die Unterschiede zwischen Pollen und Nektar Sammlerinnen haben nach ihren Zucker reagieren und ihre Lernfähigkeit 20 beobachtet worden. Um nur Nektar Sammlerinnen zu fangen, eine künstliche Nahrung mit einer Saccharose-Lösung gefüllt werden kann in der Nähe des Bienenstocks und Tiere installiert werden können dort abgeholt werden. Pollensammlerinnen Rückkehr in den Bienenstock kann durch den Pollen Körben auf ihren Hinterbeinen 20 identifiziert werden. </li><li> Befestigung und Handhabung: Erweiterte Kühlung der Bienen auf dem Eis vermieden werden sollten, weil sie ihre Fähigkeit zu lernen und zu überleben, bis zum Ende des Experiments beeinflussen könnten werden. Tarsi müssen sorgfältig innerhalb der Röhre befestigt werden, um versehentliche Stimulation mit Saccharose-Lösung zu vermeiden. Dies ist wichtig, weil die Bienen gezeigt wurde, dass durch die Fußwurzel Stimulation mit Rohrohrzucker Lösung 3,21 lernen. </li><li> Olfaktorischen Konditionierung: Die Anzahl der Konditionierung Studien, die inter-Studie Intervall, und der Test Zeitpunkt variiert je nach Schwerpunkt der Studie 3,22 sein. </li><li> Fütterung: Die Sättigung Ebene der Bienen ist bekannt, dass ihre Lernleistung und Merkfähigkeit 3,23 beeinflussen. Dies hat zu berücksichtigen bei der Planung der Experimente. </li><li> Injection: Air Säcke sind in der Honigbiene Thorax 17 angeordnet. Diese wichtigen Teile der Atemwege sind notwendig für das Überleben. So ist darauf zu achten nicht auf die Luftsäcke während der Injektion zu beschädigen. Die Freisetzung von Luftblasen zeigt Schäden an der Luftsäcke. </li></ol>

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		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Syringe Omnifix 20 ml</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>B.Braun, Melsungen, Germany </td>
<td>4616200 V</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>White refined household sugar</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Kaisers Supermarket, Berlin, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Clove oil</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bombastus, Freital, Germany </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Multipette plus</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Eppendorf, Hamburg, Germany</td>
<td>4981 000.019</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Rack for 30 bee tubes</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Self-made</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Plastic tubes</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Self-made</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>UV light-permeable plexiglass pyramid</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Self-made</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>height = 30cm, 
apex 3.5 x 3.5cm, 
base 18x18cm</td>
</tr>
<tr>
<td>Sticky tape</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Tesa, Hamburg, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Capillator sticks 1-5&mu;l</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Selzer, Driedorf-Roth, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Capillator tips 1-5&mu;l</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Selzer, Driedorf-Roth, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Filter paper 0.16-0.2 mm thick</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Macherey-Nagel, D&uuml;ren, Germany</td>
<td>MN 616 or MN615</td>
<td>Adjusted to circular pieces with a 1.3 cm diameter</td>
</tr>
<tr>
<td>Disposable hypodermic needle</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>B. Braun, Melsungen, Germany</td>
<td>4657683</td>
<td>0.45 mm diameter</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

behavioural pharmacology in classical conditioning of the proboscis extension response in honeybees (apis mellifera)

Honigbienen (Apis mellifera) sind bekannt für ihre Kommunikations-und Orientierungsvermögen und für ihre beeindruckende Lernfähigkeit 1,2 bekannt. Weil das Überleben eines Bienenvolkes hängt von der Nutzung von Nahrungsquellen, lernen Sammlerinnen und auswendig variable Blume Websites sowie deren Rentabilität. Sammlerinnen können leicht in natürlicher Umgebung geschult werden, wo sie Futter an eine Futterstelle und lernen Sie die entsprechenden Signale wie Geruch oder Farbe. Appetitive assoziativen Lernens können auch unter kontrollierten Bedingungen im Labor durch Konditionierung des Rüssel-Erweiterung Reaktion (PER) von individuell nutzbar Honigbienen 3,4 untersucht werden. Das Paradigma des Lernens ermöglicht die Untersuchung der neuronalen und molekularen Mechanismen, die Lernen und Gedächtnisbildung in einer einfachen und zuverlässigen Weg 5-12 zugrunde liegen. Eine Verhaltenstherapie Pharmakologie Ansatz wird verwendet, um molekulare Mechanismen zu studieren. Drogen sind systemisch, mit der Funktion bestimmter Moleküle während oder nach dem Lernen und der Gedächtnisbildung 13-16 stören injiziert. Hier zeigen wir, wie es zu nutzen Honigbienen in PER Klimaanlage Zug und wie Medikamente systemisch durch Injektion gelten in der Biene Flugmuskel.

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Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning of the Proboscis Extension Response in Honeybees Apis mellifera

Wir zeigen, wie eine Verhaltens-Pharmakologie-Methode in einem appetitive olfaktorischen Konditionierung bei Honigbienen (Apis mellifera) durch systemische Applikation von Medikamenten zu implementieren. Diese Methode erlaubt Erforschung der Mechanismen, die Lernen und Gedächtnisbildung in eine einfache und zuverlässige Weise.

Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning der Proboscis Erweiterung Reaktionszeit in Honigbienen ( Apis mellifera)

Honeybees (Apis mellifera) are well known for their communication and orientation skills and for their impressive learning capability1,2. Because the ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning of the Proboscis Extension Response in Honeybees (Apis mellifera)

19.2K Aufrufe.  Freie Universität Berlin. Wir zeigen, wie eine Verhaltens-Pharmakologie-Methode in einem appetitive olfaktorischen Konditionierung bei Honigbienen (Apis mellifera) durch systemische Applikation von Medikamenten zu implementieren. Diese Methode erlaubt Erforschung der Mechanismen, die Lernen und Gedächtnisbildung in eine einfache und zuverlässige Weise.

Serie: Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning of the Proboscis Extension Response in Honeybees Apis mellifera

Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of behaviors from the spiking activity of its neurons. One of the most effective methods to monitor spiking activity from a large number of neurons in multiple local neuronal circuits simultaneously is by using silicon electrode arrays1-3.
Action potentials produce large transmembrane voltage changes in the vicinity of cell somata. These output signals can be measured by placing a conductor in close proximity of a neuron. If there are many active (spiking) neurons in the vicinity of the tip, the electrode records combined signal from all of them, where contribution of a single neuron is weighted by its 'electrical distance'. Silicon probes are ideal recording electrodes to monitor multiple neurons because of a large number of recording sites (+64) and a small volume. Furthermore, multiple sites can be arranged over a distance of millimeters, thus allowing for the simultaneous recordings of neuronal activity in the various cortical layers or in multiple cortical columns (Fig. 1). Importantly, the geometrically precise distribution of the recording sites also allows for the determination of the spatial relationship of the isolated single neurons4. Here, we describe an acute, large-scale neuronal recording from the left and right forelimb somatosensory cortex simultaneously in an anesthetized rat with silicon probes (Fig. 2).

Extracellular recordings of neuronal activity using silicon probes in the anesthetized rat will be described. This technique allows information to be obtained across multiple brain areas from more than 100 neurons simultaneously. It provides information with single cell resolution about neuronal ensembles dynamics in multiple local circuits.

Recording Großflächige Neuronale Ensembles mit Silicon-Sonden in der narkotisierten Ratte

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of ...

Forschung

Neurowissenschaften

Behavioral Determination of Stimulus Pair Discrimination of Auditory Acoustic and Electrical Stimuli Using a Classical Conditioning and Heart-rate Approach

Acute animal preparations have been used in research prospectively investigating electrode designs and stimulation techniques for integration into neural auditory prostheses, such as auditory brainstem implants1-3 and auditory midbrain implants4,5. While acute experiments can give initial insight to the effectiveness of the implant, testing the chronically implanted and awake animals provides the advantage of examining the psychophysical properties of the sensations induced using implanted devices6,7.
Several techniques such as reward-based operant conditioning6-8, conditioned avoidance9-11, or classical fear conditioning12 have been used to provide behavioral confirmation of detection of a relevant stimulus attribute. Selection of a technique involves balancing aspects including time efficiency (often poor in reward-based approaches), the ability to test a plurality of stimulus attributes simultaneously (limited in conditioned avoidance), and measure reliability of repeated stimuli (a potential constraint when physiological measures are employed).
Here, a classical fear conditioning behavioral method is presented which may be used to simultaneously test both detection of a stimulus, and discrimination between two stimuli. Heart-rate is used as a measure of fear response, which reduces or eliminates the requirement for time-consuming video coding for freeze behaviour or other such measures (although such measures could be included to provide convergent evidence). Animals were conditioned using these techniques in three 2-hour conditioning sessions, each providing 48 stimulus trials. Subsequent 48-trial testing sessions were then used to test for detection of each stimulus in presented pairs, and test discrimination between the member stimuli of each pair. 
This behavioral method is presented in the context of its utilisation in auditory prosthetic research. The implantation of electrocardiogram telemetry devices is shown. Subsequent implantation of brain electrodes into the Cochlear Nucleus, guided by the monitoring of neural responses to acoustic stimuli, and the fixation of the electrode into place for chronic use is likewise shown.

The application of a classical fear conditioning behavioral paradigm for auditory prosthetic research in rats is described. This paradigm provides a mechanism for identifying both detection of, and discrimination between, distinct acoustic and electrical stimuli using heart-rate as an outcome measure.

Behavioral Bestimmung des Stimulus-Pair-Diskriminierung von Auditory Akustische und elektrische Reize mit einem klassischen Konditionierung und Herzfrequenz-Ansatz

Acute animal preparations have been used in research prospectively investigating electrode designs and stimulation techniques for integration into neural ...

The Mouse Forced Swim Test

The forced swim test is a rodent behavioral test used for evaluation of antidepressant drugs, antidepressant efficacy of new compounds, and experimental manipulations that are aimed at rendering or preventing depressive-like states. Mice are placed in an inescapable transparent tank that is filled with water and their escape related mobility behavior is measured. The forced swim test is straightforward to conduct reliably and it requires minimal specialized equipment. Successful implementation of the forced swim test requires adherence to certain procedural details and minimization of unwarranted stress to the mice. In the protocol description and the accompanying video, we explain how to conduct the mouse version of this test with emphasis on potential pitfalls that may be detrimental to interpretation of results and how to avoid them. Additionally, we explain how the behaviors manifested in the test are assessed.

The forced swim test is validated as an experimental approach to assess potential antidepressant efficacy in rodents. Experimental animals are placed in a tank of water and escape-related mobility behavior is quantified. The common procedures for the mouse version of this test are described.

Die Maus Forced Swim-Test

The forced swim test is a rodent behavioral test used for evaluation of antidepressant drugs, antidepressant efficacy of new compounds, and experimental ...

The Tail Suspension Test

The tail-suspension test is a mouse behavioral test useful in the screening of potential antidepressant drugs, and assessing of other manipulations that are expected to affect depression related behaviors. Mice are suspended by their tails with tape, in such a position that it cannot escape or hold on to nearby surfaces. During this test, typically six minutes in duration, the resulting escape oriented behaviors are quantified. The tail-suspension test is a valuable tool in drug discovery for high-throughput screening of prospective antidepressant compounds. Here, we describe the details required for implementation of this test with additional emphasis on potential problems that may occur and how to avoid them. We also offer a solution to the tail climbing behavior, a common problem that renders this test useless in some mouse strains, such as the widely used C57BL/6. Specifically, we prevent tail climbing behaviors by passing mouse tails through a small plastic cylinder prior to suspension. Finally, we detail how to manually score the behaviors that are manifested in this test.

The tail-suspension test is validated as an experimental procedure to assess antidepressant efficacy of drug treatments in mice. Mice are suspended by their tails for six minutes and escape-related behaviors are assessed. We describe procedures used in conducting the tail suspension test.

The Tail Suspension Test-

The tail-suspension test is a mouse behavioral test useful in the screening of potential antidepressant drugs, and assessing of other manipulations that ...

Tactile Conditioning And Movement Analysis Of Antennal Sampling Strategies In Honey Bees (Apis mellifera L.)

Honey bees (Apis mellifera L.) are eusocial insects and well known for their complex division of labor and associative learning capability1, 2. The worker bees spend the first half of their life inside the dark hive, where they are nursing the larvae or building the regular hexagonal combs for food (e.g. pollen or nectar) and brood3. The antennae are extraordinary multisensory feelers and play a pivotal role in various tactile mediated tasks4, including hive building5 and pattern recognition6. Later in life, each single bee leaves the hive to forage for food. Then a bee has to learn to discriminate profitable food sources, memorize their location, and communicate it to its nest mates7. Bees use different floral signals like colors or odors7, 8, but also tactile cues from the petal surface9 to form multisensory memories of the food source. Under laboratory conditions, bees can be trained in an appetitive learning paradigm to discriminate tactile object features, such as edges or grooves with their antennae10, 11, 12, 13. This learning paradigm is closely related to the classical olfactory conditioning of the proboscis extension response (PER) in harnessed bees14. The advantage of the tactile learning paradigm in the laboratory is the possibility of combining behavioral experiments on learning with various physiological measurements, including the analysis of the antennal movement pattern.

Tactile Conditioning And Movement Analysis Of Antennal Sampling Strategies In Honey Bees Apis mellifera L.

In this protocol we show how to condition harnessed honey bees to tactile stimuli and introduce a 2D motion capture technique for analyzing the kinematics of fine-scale antennal sampling pattern.

Tactile Conditioning und Bewegungsanalyse der antennalen Sampling Strategies In Honey Bees (<em&gt; Apis mellifera</em&gt; L.)

Honey bees (Apis mellifera L.) are eusocial insects and well known for their complex division of labor and associative learning capability1, 2. The worker ...

RNAi-mediated Double Gene Knockdown and Gustatory Perception Measurement in Honey Bees (Apis mellifera)

This video demonstrates novel techniques of RNA interference (RNAi) which downregulate two genes simultaneously in honey bees using double-stranded RNA (dsRNA) injections. It also presents a protocol of proboscis extension response (PER) assay for measuring gustatory perception.	
	RNAi-mediated gene knockdown is an effective technique downregulating target gene expression. This technique is usually used for single gene manipulation, but it has limitations to detect interactions and joint effects between genes. In the first part of this video, we present two strategies to simultaneously knock down two genes (called double gene knockdown). We show both strategies are able to effectively suppress two genes, vitellogenin (vg) and ultraspiracle (usp), which are in a regulatory feedback loop. This double gene knockdown approach can be used to dissect interrelationships between genes and can be readily applied in different insect species.	
	The second part of this video is a demonstration of proboscis extension response (PER) assay in honey bees after the treatment of double gene knockdown. The PER assay is a standard test for measuring gustatory perception in honey bees, which is a key predictor for how fast a honey bee's behavioral maturation is. Greater gustatory perception of nest bees indicates increased behavioral development which is often associated with an earlier age at onset of foraging and foraging specialization in pollen. In addition, PER assay can be applied to identify metabolic states of satiation or hunger in honey bees. Finally, PER assay combined with pairing different odor stimuli for conditioning the bees is also widely used for learning and memory studies in honey bees.

RNAi-mediated Double Gene Knockdown and Gustatory Perception Measurement in Honey Bees Apis mellifera

In this protocol, we describe two strategies that simultaneously suppress two genes (double gene knockdown) in honey bees. Then we present how to use the proboscis extension response (PER) assay to study the effect of double gene knockdown on honey bee gustatory perception.

RNAi-vermittelte Gene Knockdown Doppelzimmer und Gustatorisch Perception Measurement in Honey Bees (<em&gt; Apis mellifera</em&gt;)

This video demonstrates novel techniques of RNA  interference (RNAi) which downregulate two genes simultaneously in honey bees  using double-stranded RNA ...

A Proboscis Extension Response Protocol for Investigating Behavioral Plasticity in Insects: Application to Basic, Biomedical, and Agricultural Research

Insects modify their responses to stimuli through experience of associating those stimuli with events important for survival (e.g., food, mates, threats). There are several behavioral mechanisms through which an insect learns salient associations and relates them to these events. It is important to understand this behavioral plasticity for programs aimed toward assisting insects that are beneficial for agriculture. This understanding can also be used for discovering solutions to biomedical and agricultural problems created by insects that act as disease vectors and pests. The Proboscis Extension Response (PER) conditioning protocol was developed for honey bees (Apis mellifera) over 50 years ago to study how they perceive and learn about floral odors, which signal the nectar and pollen resources a colony needs for survival. The PER procedure provides a robust and easy-to-employ framework for studying several different ecologically relevant mechanisms of behavioral plasticity. It is easily adaptable for use with several other insect species and other behavioral reflexes. These protocols can be readily employed in conjunction with various means for monitoring neural activity in the CNS via electrophysiology or bioimaging, or for manipulating targeted neuromodulatory pathways. It is a robust assay for rapidly detecting sub-lethal effects on behavior caused by environmental stressors, toxins or pesticides.
We show how the PER protocol is straightforward to implement using two procedures. One is suitable as a laboratory exercise for students or for quick assays of the effect of an experimental treatment. The other provides more thorough control of variables, which is important for studies of behavioral conditioning. We show how several measures for the behavioral response ranging from binary yes/no to more continuous variable like latency and duration of proboscis extension can be used to test hypotheses. And, we discuss some pitfalls that researchers commonly encounter when they use the procedure for the first time.

The Proboscis Extension Response (PER) conditioning protocol, developed for the honey bee (Apis mellifera), provides an ecologically-relevant and easily quantifiable means for studying several different mechanisms of learning in many insect species.

Eine Nasennebenschutz-Protokoll für die Untersuchung Verhaltensplastizität bei Insekten: Anwendung auf Grund, Biomedizinische und Agrarforschung

Insects modify their responses to stimuli through experience of associating those stimuli with events important for survival (e.g., food, mates, threats). ...

Simultaneous Long-term Recordings at Two Neuronal Processing Stages in Behaving Honeybees

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent and divergent anatomical connections including feed forward and feedback wiring. Furthermore, information of the same origin is partially sent via parallel pathways to different and sometimes into the same brain areas. To understand the evolutionary benefits as well as the computational advantages of these wiring strategies and especially their temporal dependencies on each other, it is necessary to have simultaneous access to single neurons of different tracts or neuropiles in the same preparation at high temporal resolution. Here we concentrate on honeybees by demonstrating a unique extracellular long term access to record multi unit activity at two subsequent neuropiles1, the antennal lobe (AL), the first olfactory processing stage and the mushroom body (MB), a higher order integration center involved in learning and memory formation, or two parallel neuronal tracts2 connecting the AL with the MB.&#160;The latter was chosen as an example and will be described in full. In the supporting video the construction and permanent insertion of flexible multi&#160;channel wire electrodes is demonstrated. Pairwise differential amplification of the micro&#160;wire electrode channels drastically reduces the noise and verifies that the source of the signal is closely related to the position of the electrode tip. The mechanical flexibility of the used wire electrodes allows stable invasive long&#160;term recordings over many hours up to days, which is a clear advantage compared to conventional extra&#160;and intracellular in vivo recording techniques.

Simultaneous extracellular long term recordings from two different brain neuropiles or two different anatomical tracts were established in honeybees. These recordings allow the investigation of temporal aspects of neuronal processing across different brain areas at the single neuron as well as at the ensemble level in a behaving animal.

Gleichzeitige Langzeit-Aufnahmen auf zwei neuronale Verarbeitungsstufen in Behaving Honigbienen

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent ...

Electroretinogram Analysis of the Visual Response in Zebrafish Larvae

The electroretinogram (ERG) is a noninvasive electrophysiological method for determining retinal function. Through the placement of an electrode on the surface of the cornea, electrical activity generated in response to light can be measured and used to assess the activity of retinal cells in vivo. This manuscript describes the use of the ERG to measure visual function in zebrafish. Zebrafish have long been utilized as a model for vertebrate development due to the ease of gene suppression by morpholino oligonucleotides and pharmacological manipulation. At 5-10 dpf, only cones are functional in the larval retina. Therefore, the zebrafish, unlike other animals, is a powerful model system for the study of cone visual function in vivo. This protocol uses standard anesthesia, micromanipulation and stereomicroscopy protocols that are common in laboratories that perform zebrafish research. The outlined methods make use of standard electrophysiology equipment and a low light camera to guide the placement of the recording microelectrode onto the larval cornea. Finally, we demonstrate how a commercially available ERG stimulator/recorder originally designed for use with mice can easily be adapted for use with zebrafish. ERG of larval zebrafish provides an excellent method of assaying cone visual function in animals that have been modified by morpholino oligonucleotide injection as well as newer genome engineering techniques such as Zinc Finger Nucleases (ZFNs), Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs), and Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/Cas9, all of which have greatly increased the efficiency and efficacy of gene targeting in zebrafish. In addition, we take advantage of the ability of pharmacological agents to penetrate zebrafish larvae to evaluate the molecular components that contribute to the photoresponse. This protocol outlines a setup that can be modified and used by researchers with various experimental goals.

We present a method for the electroretinographic (ERG) analysis of zebrafish larvae utilizing micromanipulation and electroretinography techniques. This is a simple and straightforward method for assaying visual function of zebrafish larvae in vivo.

Elektroretinogramm Analyse der Sicht Antwort in Zebrafisch-Larven

The electroretinogram (ERG) is a noninvasive electrophysiological method for determining retinal function. Through the placement of an electrode on the ...

Neuropharmacological Manipulation of Restrained and Free-flying Honey Bees, Apis mellifera

Honey bees demonstrate astonishing learning abilities and advanced social behavior and communication. In addition, their brain is small, easy to visualize and to study. Therefore, bees have long been a favored model amongst neurobiologists and neuroethologists for studying the neural basis of social and natural behavior. It is important, however, that the experimental techniques used to study bees do not interfere with the behaviors being studied. Because of this, it has been necessary to develop a range of techniques for pharmacological manipulation of honey bees. In this paper we demonstrate methods for treating restrained or free-flying honey bees with a wide range of pharmacological agents. These include both noninvasive methods such as oral and topical treatments, as well as more invasive methods that allow for precise drug delivery in either systemic or localized fashion. Finally, we discuss the advantages and disadvantages of each method and&#160;describe common hurdles and how to best overcome them. We conclude with a discussion on the importance of adapting the experimental method to the biological questions rather than the other way around.

Neuropharmacological Manipulation of Restrained and Free-flying Honey Bees, Apis mellifera

This manuscript describes several protocols for administering pharmacological agents to honey bees, including simple noninvasive methods for free-flying bees, as well as more invasive variants that allow precise localized treatment of restrained bees.

Neuropharmakologische Manipulation von Verhaltene und Free-Fliegen-Honig-Bienen,<em&gt; Apis mellifera</em

Honey bees demonstrate astonishing learning abilities and advanced social behavior and communication. In addition, their brain is small, easy to visualize ...