Conditionnement tactile et d&#39;analyse des mouvements des stratégies d&#39;échantillonnage antennaires chez les abeilles (<em&gt; Apis mellifera</em&gt; L.)

Samir Mujagić; Simon Michael Würth; Sven Hellbach; Volker Dürr

doi:10.3791/50179

Auteurs

Contactez-nous

S'identifier

Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.

Method Article

Conditionnement tactile et d'analyse des mouvements des stratégies d'échantillonnage antennaires chez les abeilles (

DOI:

10.3791/50179

⸱

December 12th, 2012

Samir Mujagić¹, Simon Michael Würth¹, Sven Hellbach¹, Volker Dürr¹

¹Biological Cybernetics, CITEC - Cognitive Interaction Technology - Center of Excellence, Bielefeld University

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Résumé

Dans ce protocole, nous montrons comment les abeilles état attelé à des stimuli tactiles et mettre en place une technique de capture de mouvement 2D pour analyser la cinématique de fin échelle modèle d'échantillonnage antennaire.

Résumé

Les abeilles (Apis mellifera L.) sont insectes sociaux et bien connus pour leur division complexe du travail et de la capacité d'apprentissage associatif ^{1, 2.} Les abeilles ouvrières passer la première moitié de leur vie à l'intérieur de la ruche obscure, où ils sont soigner les larves ou le renforcement des peignes régulière hexagonale pour la nourriture (pollen ou de nectar par exemple) et du couvain ^3. Les antennes sont extraordinaires palpeurs multisensorielles et jouent un rôle crucial dans divers tactiles tâches induites par ^4, y compris bâtiment de ⁵ et ⁶ ruche reconnaissance des formes. Plus tard dans la vie, chaque abeille quitte la ruche à la recherche de nourriture. Puis, une abeille doit apprendre à distinguer les sources alimentaires rentables, mémoriser leur emplacement, et les communiquer à ses compagnons de nidification ^7. Les abeilles utilisent différents signaux floraux comme les couleurs ou les odeurs ^{7, 8,} mais aussi les indices tactiles de la surface des pétales de ⁹ à former des souvenirs multisensoriels de la source de nourriture. En vertu de coopération entre laboratoiresnditions, les abeilles peuvent être formés dans un paradigme d'apprentissage appétitive de discriminer les caractéristiques des objets tactiles, tels que des bords ou des rainures avec leurs antennes ^{10, 11, 12, 13.} Ce paradigme d'apprentissage est étroitement lié au conditionnement classique de la réponse olfactive extension du proboscis (PER) dans les abeilles harnachés ^14. L'avantage du paradigme de l'apprentissage tactile en laboratoire est la possibilité de combiner des expériences comportementales sur l'apprentissage de diverses mesures physiologiques, y compris l'analyse de la forme du mouvement antennaire.

Protocole

1. Préparation des abeilles

Butineuses de nectar ou de pollen sont pris dans le domaine soit à partir d'un chargeur de saccharose ou directement à partir de l'entrée de la ruche, alors qu'il rentrait d'un voyage de recherche de nourriture. Chaque abeille est capturée dans un flacon en verre qui est fermé par un bouchon de mousse et pris immédiatement dans le laboratoire pour une manipulation ultérieure.
Dans le laboratoire, les abeilles capturées sont brièvement refroidi au réfrigérateur à 4 ° C jusqu'à ce qu'ils montrent les premiers signes de l'immobilité.
Chaque abeille immobilisée est monté dans un petit tube de métal avec du ruban adhésif entre la tête et le thorax et l'abdomen. Des précautions doivent être prises pour que la trompe et les antennes peuvent se déplacer librement.
Peindre les yeux composés et des ocelles de l'abeille fixe avec de la peinture blanche (par exemple, sans solvant, Tipp-Ex) pour occlure vision.
Ajouter une petite goutte de cire fondue derrière la tête de l'abeille pour le fixer à la bande entre la tête et le thorax pour éviter les mouvements de la tête lors des enregistrements.
Marquez chaque abeille avec un certain nombre sur la bande pour une meilleure identification et placer le tube avec l'abeille fixe dans une atmosphère humide pour éviter la déshydratation.
Nourrir chaque abeille pendant 5 sec avec des gouttelettes d'une solution de saccharose à 30% présentaient une seringue et laisser toutes les abeilles de récupérer pendant 30 min avant de commencer avec le protocole de conditionnement tactile.

2. Conditionnement tactile

Avant le conditionnement, chaque abeille doit être testé pour la réponse extension du proboscis (PER) à un stimulus de saccharose à 30% appliqué aux antennes. Ainsi le bout de la trompe doit traverser une ligne virtuelle entre les mandibules ouvertes. Jeter toutes les abeilles qui ne répondent pas à un PER à la relance du saccharose.
Pour le conditionnement tactile utiliser un cube en laiton (par exemple 3 x 5 mm) avec une surface lisse ou un motif gravé, par exemple, horizontale ou rainures verticales formant une grille de 150 um de longueur d'onde, comme le stimulus conditionné (CS). Faou le stimulus inconditionnel (États-Unis) utilisent une solution de saccharose à 30% (sucre de ménage, dilué dans de l'eau).
Le cube en laiton (SM) est placé dans un support sur un micromanipulateur (par exemple, Märzhäuser MM33) afin d'assurer un positionnement précis pendant la procédure de conditionnement. Aux Etats-Unis est présenté à l'abeille avec une seringue remplie d'une solution de saccharose à 30%.
La procédure de conditionnement se compose de cinq paires de stimulus tactile (CS) et une solution de saccharose (États-Unis), avec un intervalle inter-essai (IIT) de 5 min. Placez une abeille devant le micromanipulateur avec le stimulus tactile monté (CS). Placez le CS lentement, de sorte que la surface de la stimulation tactile est parallèle à la tête de l'abeille (figure 1 A et B). La distance entre l'animal et l'objet tactile devrait être de l'ordre du rayon antennaire de travail de l'abeille testée, à savoir l'abeille doit être capable d'analyser le stimulus tactile dans une position confortable wvec les deux antennes. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la distance était de 3 mm. Laissez l'abeille analyser le stimulus tactile (CS) pendant 5 sec. Après la première section 3, présenter une gouttelette du saccharose 30% (US) avec une solution de la seringue sous la trompe. Utilisez le bout de la seringue pour soulevez doucement la trompe. La stimulation du saccharose dans la trompe suscitera l'inconditionné PAR ^15. Laissez l'abeille à lécher la récompense du saccharose. Utiliser un chronomètre avec un signal d'alarme pour maintenir des intervalles de temps précis au cours du conditionnement.
Le PER conditionné est utilisé comme mesure pour la réussite de l'apprentissage d'une abeille. Après les appariements premier récompensés, les abeilles commencent à réagir à la présentation CS, par extension, de leur trompe, ce qui indique qu'ils attendent la récompense à venir. A trompe complètement étendus observés à tout moment pendant la fenêtre 3 sec Temps de présentation des stimuli tactiles et avant la présentation du saccharose est marqué comme une réponse positive. Aucune réponse négative est compté. Le occurrence du PER est à noter par l'expérimentateur. Le pourcentage des abeilles montrant le PER lors de la présentation CS est tracée pour chaque procès.

3. Les enregistrements cinématiques

Mouvements antennaires d'une seule abeille exploitées sont enregistrées avec une caméra vidéo numérique avec une lentille macro approprié (par exemple Basler A602f-2 équipé d'TechSpec VZM 200, fonctionnant à 50 images par seconde via une connexion fire wire). La caméra est positionnée au-dessus de l'animal dans une vue de haut en bas (Figure 1). Dans la figure 1, la résolution spatiale des enregistrements est de 0,02 mm / pixel.
Calibrer l'appareil par l'enregistrement d'images individuelles d'un damier de 10 x 10 mm avec une longueur d'arête de 1 mm à partir des orientations différentes dans le cadre du but caméra. Le calibrage peut être fait avec la boîte à outils Matlab appareil de calibrage ^16.
Placez une seule abeille fixe en dessous de la lentille de la caméra. Présenter le stimulus tactile, fixé à un micromanipulateur, À l'animal. Procéder de la même manière que décrit pour le conditionnement tactile, et d'enregistrer le mouvement antennaire tandis que l'abeille est la numérisation de l'objet. Il est important que la gamme complète antennaire de travail et le stimulus tactile sont visibles. Les choix de configurations de stimulus testé et numéros d'essai dépendent de la conception expérimentale.

4. Analyse des données

Le calcul du fond de l'image se fait en Matlab. Tout d'abord, la valeur médiane niveaux de gris au fil du temps doit être calculé pour chaque pixel. Les objets statiques, comme la tête fixe de l'abeille et le stimulus tactile, constituera le fond de l'image. Les objets en mouvement, comme les deux antennes, ne fera pas partie de l'arrière-plan.
Chaque trame de la vidéo enregistrée doit être chargé de manière séquentielle, et la différence entre l'image courante et l'image de fond doit être calculée. Le résultat de cette soustraction souligne les parties de l'image qui sont en mouvement de trame en trame. Ideally, les antennes de l'abeille sont les seuls domaines de valeurs non nulles (figure 1C).
Pour un traitement ultérieur, les deux plus grandes zones avec des valeurs de pixels non nuls sont supposés être des antennes. Pour les deux antennes d'un masque binaire doit être généré pour chaque pixel contenant une valeur 1, si le pixel appartient à l'antenne et 0 sinon valeur. Ce masque sert de base pour localiser les conseils des antennes plus tard. Pour obtenir un masque préliminaire pour l'image entière de la valeur de gris de chaque pixel de l'image de différence est comparée à un seuil prédéfini. Depuis nous nous occupons de bruit tard ce seuil est choisi pour être assez faible. Le masque préliminaire puis porte toujours deux types d'erreurs: Premièrement, en raison de bruit de l'image régions petits font encore partie du masque. Deuxièmement, les zones qui appartiennent à l'antenne ne sont pas forcément être totalement connecté. Celle-ci survient surtout si le fond est à peu près la même luminescence que l'antenne. Pour éliminer ces artefacts, standardopération de traitement d'image morphologique sont appliquées, c'est à dire une combinaison de l'érosion et la dilatation d'image, en s'appuyant sur les fonctions standard Matlab imerode et imdilate respectivement (voir ¹⁷ pp 158-205 pour plus d'explications). Après le processus de débruitage des hypothèses antennes sont encore contenus dans le même masque. Par conséquent, comme prochaine étape du masque binaire est concentrée dans les zones disjointes utilisant la norme Matlab fonction bwlabel (voir ¹⁷ pp 40-48 pour plus de détails sur l'algorithme de segmentation d'image).
Le nombre de pixels par grappe est compté et les deux plus grandes grappes sont sélectionnées. Le centre de gravité est calculée de distinguer entre l'antenne gauche et droit (figure 1D).
La pointe antennaire pour chaque antenne peut être définie comme étant le pixel dans un groupe avec la valeur la plus élevée dans la direction proximale-distale pour-(voir la figure 1D).