Les auteurs tiennent à remercier le Dr Charles Luetje pour fournir le labyrinthe en T et la salle de comportement. Ce travail est soutenu par l&#39;American Heart Association (pour JA), l&#39;Institut national pour les troubles neurologiques et des maladies Grant R01NS64269 (au RGZ), et le Pew Charitable Trust (au RGZ).

1. Présentation Dans cette vidéo, nous allons démontrer deux tests comportementaux en utilisant la drosophile afin de démontrer la mesure de la locomotion et les fonctions d&#39;apprentissage et de mémoire qui sont compromis dans les troubles neurodégénératifs. Tout d&#39;abord, nous allons montrer comment le comportement locomoteur peut être mesurée en utilisant le dosage géotaxie négative. Deuxièmement, nous allons évaluer les capacités d&#39;apprentissage et de mémoire en utilisant des mouches positivement phototactiques qui sont formés pour associer la lumière avec un goût amer et aversifs ensuite testé 6 heures plus tard pour évaluer les fonctions de mémoire. Enfin, nous allons discuter les implications et les limites de ces tests de comportement. 2. Équipements et de réactifs <ol><li> Fly travaux <ul><li> Champ stéréo (Zeiss) </li><li> Petits pinceaux pour pousser mouches </li><li> Drosophile dioxyde de carbone (CO 2) les appareils d&#39;anesthésie (Geneseesci, Inc) </li></ul></li><li> Assay géotaxie négative <ul><li> 28,5 x 95 mm de polystyrène Vial (Capitol Vial, Inc) </li><li> Mini-alarme Minuteur / Chronomètre (VWR International) </li><li> Stylos Sharpie </li><li> Ruban adhésif </li></ul></li><li> Assay aversives répression phototaxie <ul><li> Chlorhydrate de quinine (Sigma Aldrich, numéro du CAS: 6119-47-7) </li><li> Eau distillée </li><li> Numérique échelle de mesure pour la dilution précise en poids </li><li> Connecteurs rapide Débranchez, polyéthylène haute densité (NALGENE VWR Catalog No. 62868-021) </li><li> Tube de 15 ml à centrifuger (VWR International), coupé à la marque de 2 ml d&#39;extrémité fermée pour s&#39;adapter à l&#39;adaptateur Débrancher le connecteur rapide pour source de lumière </li><li> Monocanal 200 uL pipetteur pour charger solution de quinine sur un papier filtre tapissant la chambre de </li><li> T-Maze (Simple systèmes comportementaux; Figure 1) </li><li> Aluminium Foil </li><li> Source de lumière (Zeiss) </li><li> Une lampe avec une lumière rouge. </li><li> Papier filtre </li><li> Mini-alarme Minuteur / Chronomètre (VWR International) </li></ul></li></ol> 3. Préparation des Mouches <ul><li> Les mouches sont maintenues sur la norme de farine de maïs-agar-mélasse-levure à 25 ° C sur une période de 12 h cycle lumière / obscurité. </li><li> Virgin vole sont isolés sous anesthésie dioxyde de carbone sur le jour de l&#39;éclosion. Pour les études de vieillissement, les mouches sont maintenus dans des groupes de vingt par flacon et transféré dans un flacon frais tous les 3 jours. Il est important d&#39;utiliser des mouches fratrie du même croisement des parents pour les études de vieillissement, de minimiser les différences résultant de fonds génétiques. </li><li> Pour les deux essais, les mouches sont sexuées et maintenus en groupes de dix mouches par flacon. La différence entre les sexes sur le comportement est significatif et il est conseillé de ne pas mélanger les mouches mâles et femelles dans une étude que les données peuvent être difficiles à interpréter et à reproduire 6. </li><li> Pour le dosage géotaxie négative, les mouches sont triés en groupes de dix par flacon et testé une heure après l&#39;anesthésie. Il est important pour les mouches se remettre complètement de l&#39;anesthésie, car cela pourrait avoir un effet sur les activités de locomotion. </li><li> Pour le dosage APS, les mouches de chaque groupe sont placés dans un flacon en polystyrène vides avec de l&#39;eau du papier filtre imbibé pendant six heures avant le dosage est effectué. Cela garantit que les mouches sont affamés avant le dosage et sera plus perspicace au goût aversif. Juste avant le dosage est effectué, chaque volée à partir d&#39;un groupe de dix est placé dans un tube à centrifuger de 15 ml vide, qui est alors plafonnée lâchement, pour éviter de s&#39;échapper. </li></ul> 4. Assay géotaxie négative <ul><li> Géotaxie est généralement mesurée pendant dix à vingt groupes de dix individus de même génotype ou de traitement (100-200 mouches total pour chaque génotype / traitement) 7. Trier des groupes de dix mouches féminine ou masculine sur un appareil d&#39;anesthésie CO 2 et le lieu de chaque groupe dans un flacon séparé. Prévoyez au moins une heure pour les mouches pour se remettre de l&#39;anesthésie. </li><li> Préparez l&#39;appareil d&#39;escalade pour chaque groupe, de telle sorte que deux flacons vides en polystyrène sont verticalement rejoint par la bande en face de l&#39;autre. Il est important de s&#39;assurer que les ouvertures des flacons sont parfaitement alignés les uns avec les autres pour offrir une surface plane d&#39;escalade pour les mouches. </li><li> Pour le bas du flacon, de mesurer une distance verticale de 8 cm au-dessus de la surface du fond et de marquer chaque flacon en traçant un cercle autour de la circonférence de la fiole. </li><li> Transfert d&#39;un groupe de dix mouches dans le bas du flacon soigneusement pour empêcher la fuite de toute volée. Recouvrir immédiatement le bas flacon avec le flacon de bandes en haut et en toute sécurité à proximité des ouvertures de contact. Autoriser les mouches de s&#39;acclimater à la nouvelle configuration pendant 1 minute avant d&#39;effectuer le dosage. </li><li> Tapoter doucement la vole vers le bas du flacon et de mesurer le nombre de mouches qui peuvent grimper dessus de la barre de 8 cm par 10 secondes après le robinet. </li><li> Répétez ce test pour le même groupe de dix fois, permettant une période de repos entre chaque minute d&#39;essai. </li><li> Notez le nombre de mouches par groupe qui a franchi la barre de 8 cm comme unpourcentage de mouches total. </li></ul> 5. Assay aversives répression phototaxie (APS Assay) Originaire adapté du Bourg et Buecher (2002) 4, ce test exploite le comportement positif dans phototactiques mouches pour les former à associer la lumière avec des stimuli aversifs (dans ce cas, le goût amer de la quinine). Après une phase de formation / le conditionnement, les mouches de type sauvage sera capable d&#39;associer la zone éclairée avec goût aversif et l&#39;éviter. Les mouches avec des capacités d&#39;apprentissage compromis ne parviendra pas à faire de cette association. Par ailleurs, le dosage APS peuvent également être utilisés pour mesurer la fonction de mémoire courte durée de mouches 5 en soumettant déjà mouches formés pour le même test de conditionnement 6 heures après pour tester leur capacité à se souvenir des tâches apprises. <ol><li> Préparation de la solution de quinine <ul><li> Dissoudre le chlorhydrate de quinine dans l&#39;eau distillée pour obtenir une solution stock de 0,1 M (1.98g dans 50 ml d&#39;eau distillée). La solution stock peut être conservé à -20 ° C jusqu&#39;à un an dans de petites aliquotes </li><li> Préparer une solution de travail de 1 uM en diluant la solution stock dans de l&#39;eau distillée. </li></ul></li><li> Préparation de la T-Maze <ul><li> Labyrinthe en T se compose de la colonne du centre avec la trappe et deux chambres indépendantes, une &quot;sombre&quot; de chambre et un &quot;allumé&quot; chambre (figure 1). </li><li> Préparation de la Chambre: prendre deux tubes à centrifuger de 15 ml en plastique et couper à 2 mL de la marque en bas à bout fermé avec une scie manuelle. Monter les adaptateurs à chaque extrémité, et scelle le lien avec du parafilm. L&#39;adaptateur à l&#39;extrémité du tube sert la fente d&#39;entrée pour la source de lumière à col de cygne. Connectez un tube avec la source de lumière et de ce tube sera le &quot;éclairés&quot; de chambre. Enveloppez l&#39;autre tube de papier d&#39;aluminium pour servir de &quot;sombre&quot; de chambre. </li><li> Ajouter 180uL soit de l&#39;eau distillée ou une solution de quinine à filtre en papier et les placer dans la chambre de lumière. </li><li> Assemblez le labyrinthe en T, par vissage des chambres lumineuses et sombres de chaque côté de la colonne du centre, avec la trappe dans le milieu fermé (figure 1). </li><li> Insérez la source de lumière dans la chambre éclairée. </li></ul></li><li> Formation des mouches pour supprimer phototaxie avec des stimuli aversifs <ul><li> Dévissez la chambre noire du labyrinthe en T et de transférer une seule mouche dans cette chambre et immédiatement visser le tube noir vers le labyrinthe. </li><li> Éteignez les lumières dans la pièce et allumer la lampe rouge. </li><li> Autoriser la volée de s&#39;acclimater dans la chambre noire pendant 30 secondes et tourner lentement sur la source lumineuse éclairant la chambre éclairée. Lentement ouvrir la trappe qui sépare les deux chambres. </li><li> Si la mouche se dirige vers la chambre allumée pendant 10 secondes, il est considéré positivement phototactiques et est prêt à être formés pour le dosage. Le défaut de phototaxie indique des problèmes dans le système visuel et les mouches avec du phototaxie négatives doivent être exclus de l&#39;analyse. </li><li> Pour aversives répression phototaxie (APS) de formation, appuyez sur la mouche qui a démontré phototaxie positifs à la chambre noire, près de la trappe et éteignez la lumière. Attendre 30 secondes d&#39;acclimatation. Pendant ce temps, placez le papier filtre avec une solution de quinine dans la chambre éclairée. Lentement ouvrir la trappe et allumez la lumière. Autoriser la marche voler dans la chambre éclairée la quinine couché. Après une minute, appuyez sur le vol de retour à la chambre noire et répétez cette 9 fois plus. (En général, éviter les mouches de type sauvage de la chambre allumée après 3 à 5 essais de formation.) </li><li> Immédiatement après la formation, cinq essais de test sera effectué. Dans chaque essai essai, attendez 10 secondes après la lumière est allumée pour la mouche entraînés à marcher dans la chambre éclairée. Le défaut de marcher sur le flacon allumée sera enregistré comme «Pass», qui est équivalent à «tâche appris par renforcement». Le taux de réussite au cours des cinq essais consécutifs est enregistré et montré dans la figure 2 ci-dessous que PC0 (0 conditionné après h). </li></ul></li><li> Évaluation de la fonction mémoire à court terme chez des mouches <ul><li> Après une formation initiale et PC0 enregistrements, chaque mouche est replacé dans son flacon d&#39;origine et l&#39;alimentation tenu à l&#39;écart pendant six heures. </li><li> Six heures après la formation, sous réserve de chaque mouche à 5 essais à nouveau de la même manière que précédemment, et d&#39;enregistrer le nombre de fois à la volée évite (passe) ou va dans (échec) le flacon éclairée. Ce taux de réussite est enregistré comme PC6 (6 heures après le conditionnement), qui est un indicateur de la mémoire à court terme. </li></ul></li></ol> 6. Interprétation et analyse des données statistiques <ol><li> Assay géotaxie négative <ul><li> Les données brutes générées par ce test représente le nombre de mouches traversant la marque de 8 cm en 10 secondes dans chaque groupe. Convertis cette proportion et de calculer le taux de réussite moyen pour chaque groupe de plus de 10 séances. </li><li> Les données sont représentées graphiquement comme un taux de réussite moyen par groupe (génotype, traitement, etc) avec l&#39;erreur-type de la moyenne (SEM). </li><li> Différences entre les groupespeut alors être déterminée pour être statistiquement significatif ou non en utilisant un test t de Student ou l&#39;ANOVA. </li></ul></li><li> Assay aversives répression phototaxie <ul><li> Les données brutes de ce test est représenté comme le nombre de fois chaque mouche évite la chambre allumée dans cinq essais successifs. Le taux de réussite est calculé comme le pourcentage d&#39;essais d&#39;évitement succès au cours des essais au total. Calculer le taux de réussite moyen de cette manière pendant un minimum de 15 mouches par groupe. </li><li> Les données sont représentées graphiquement comme taux de réussite moyen PC0 (immédiatement après le conditionnement; «apprentissage» d&#39;indicateur) ou taux de réussite moyen PC6 (6 heures après conditionnement; «mémoire» témoin) avec MEB respectif. </li><li> Indices d&#39;apprentissage et la mémoire sont comparés entre les groupes à la fois avec le type sauvage et «génétiquement manipulé-bénigne&quot; du groupe (tels que la GFP surexprimant d&#39;oiseau) de manière appropriée. </li></ul></li></ol> 7. Les résultats représentatifs Dans cette expérience, la vidéo, nous évaluons les déficits d&#39;apprentissage et la mémoire et le moteur de mouches surexprimant Tau humaines dans le système nerveux central et en comparant leurs performances à celles des mouches surexprimant GFP. Surexpression de Tau neuronales humaines chez la drosophile a été montré pour causer de graves vacuolisation dans le cerveau 8 et conduire à des déficits importants dans l&#39;apprentissage et des fonctions de mémoire 9. Comme le montre la figure 2A, 10 jours vieux mâle ou femelle vole surexprimant humaine Tau ont des déficits locomoteurs significative par rapport à appariés selon l&#39;âge surexprimant GFP mouches. En outre, ces mouches échoué à associer la lumière avec un goût amer comme le montrent les taux de réussite par rapport PC0 au groupe de contrôle, ainsi que ne pas se rappeler de cette association, comme indiqué par une baisse des taux de réussite PC6 (figure 2B). Cette expérience confirme en outre que les modèles drosophiles peuvent être utilisées pour étudier les humains des maladies neurodégénératives et récapitulant certains des phénotypes comportementaux observés chez les humains et les mammifères. <img src="/files/ftp_upload/2504/2504fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1. T-Maze Configuration pour Assay aversives répression phototaxie. A. La configuration globale expérimentale pour l&#39;expérience APSA avec la source lumineuse reliée au &quot;éclairés&quot; tube falcon, de papier-filtre et le &quot;sombre&quot; du tube sur la gauche (couvert en fleuret), séparés par une trappe. B. Pendant la phase d&#39;entraînement et d&#39;essai, la mouche est dans la chambre noire et la trappe s&#39;est ouverte après la lumière est allumée dans la chambre éclairée. <img src="/files/ftp_upload/2504/2504fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2. Les résultats représentatifs de la géotaxie négative et d&#39;expérimenter l&#39;APS en utilisant des mouches surexprimant GFP ou Tau avec un pilote pan-neuronale. A. Dans le dosage géotaxie négative, 10 jours anciens de sexe masculin (colonne bleue) ou femelle (colonne rouge) vole surexprimant GFP a montré une plus grande activité d&#39;escalade que de Tau-surexprimant mouches. B. de 20 jours féminine ancienne mouches surexprimant GFP a montré un meilleur apprentissage (PC0) et mémoire (PC6) de fonctions que Tau surexprimant mouches.

<ol>
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Les deux géotaxie négatifs et des dosages de l&#39;APS sont robustes tests comportementaux pour mesurer l&#39;évolution de locomotion ou d&#39;apprentissage et les capacités de mémoire résultant de manipulations génétiques ou environnementaux. Cependant, il ya quelques inconvénients à ces épreuves qui attendent une optimisation plus poussée. En test géotaxie négative, des mutations dans certains gènes peuvent rendre dysfonctionnements moteurs sévères chez les mouches. Dans de tels cas, les mouches peuvent difficilement escalader les murs en réponse à la gravité sur l&#39;agitation. Autre comportement des dosages qui mesurent directement le mouvement peut être plus approprié. Ces tests comprennent comportement réflexe de redressement que les mesures de la paralysie et la saisie de 10, et le comportement optomoteur 11 qui enregistre une perte de coordination des mouvements. En test APS, le premier obstacle peut être vole au hasard s&#39;arrêter à l&#39;entrée de la chambre allumée sans avancer. Cela devient plus problématique si le vieillissement est l&#39;une des conditions étudiées, puisque plus des mouches sont moins actifs en général et ont tendance à s&#39;arrêter et se reposer pendant de longues périodes de temps. Dans ce cas, l&#39;expérimentateur doit fournir des stimuli mécaniques pour promouvoir le mouvement, qui n&#39;est pas toujours efficace. Deuxièmement, on pourrait soutenir que l&#39;échec pour aller à la chambre de résultats éclairée par une perte de phototaxie positif. Ce qui est rarement le cas, puisque les travaux antérieurs ont montré que les mouches retourner à la lumière une fois la réactivité négative est enlevée renforcent 4. Troisièmement, la durée de contact avec le stimulus aversif peuvent varier d&#39;un essai à. Cette variation peut généralement être réduite en encerclant la paroi intérieure de la chambre avec un papier filtre imprégné d&#39;empêcher les mouches de se soustraire à la quinine. En outre, l&#39;expérimentateur peut garantir que chaque volée passer assez de temps en contact avec le papier filtre en augmentant la quantité de temps passé dans la chambre de l&#39;indication contraire 1 minute. En résumé, géotaxie négatifs et des dosages de l&#39;APS sont des moyens simples et rapides d&#39;évaluation des déficits comportementaux et quantitativement indiquent locomoteur et de l&#39;apprentissage et les capacités de mémoire chez la drosophile. Ces tests sont particulièrement utiles dans la modélisation des maladies neurodégénératives humaines chez la drosophile.

<table border="1"><tbody><tr><th> Matériaux </th><th> Société </th><th> Nombre de catalogue </th><th> Commentaire </th></tr><tr><td> Flacon en polystyrène </td><td> Vial Capitole, Inc </td><td> 28Fly </td><td> 28,5 x 95 mm de polystyrène Vial, la qualité des documents importants, mauvaise si elle est trop glissante pour les mouches de grimper. </td></tr><tr><td> Dissection Stéréoscope </td><td> Zeiss </td><td> 000000-1432-979 </td><td> 2 Guide des branches de lumière en col de cygne (12V/30W) </td></tr><tr><td> Chlorhydrate de quinine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 6119-47-7 </td><td> Dissoudre dans l&#39;eau distillée. </td></tr><tr><td> Connecteurs rapide Débranchez </td><td> Nalgene (VWR) </td><td> 62868-021 </td><td> Polyéthylène haute densité </td></tr><tr><td> T-Maze </td><td> Simple systèmes comportementaux </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Monocanal 200 pipettes uL </td><td> Eppendorf </td><td> 022443305 </td><td></td></tr></tbody></table>

assaying locomotor, learning, and memory deficits in drosophila models of neurodegeneration

Les progrès dans les méthodes génétiques ont permis l&#39;étude de gènes impliqués dans des maladies neurodégénératives humaines en utilisant la drosophile comme système modèle 1. La plupart de ces maladies, y compris la maladie d&#39;Alzheimer, de Parkinson et la maladie de Huntington sont caractérisées par l&#39;âge-dépendant détérioration des fonctions d&#39;apprentissage et de mémoire et 2 la coordination des mouvements. Ici, nous utilisons des tests de comportement, y compris le dosage géotaxie négative 3 et le dosage aversifs de suppression phototaxic (APS test) 4,5, pour montrer que certaines des caractéristiques de comportement liés à une neurodégénérescence humaine peut être récapitulée dans mouches. Dans le dosage géotaxie négative, la tendance naturelle des mouches de se déplacer contre la gravité lorsqu&#39;il est agité est utilisé pour étudier les gènes ou les conditions qui peuvent entraver les capacités locomotrices. Dans le dosage de l&#39;APS, les fonctions d&#39;apprentissage et de mémoire sont testés dans positivement phototactiques mouches formés à associer la lumière avec aversifs goût amer et donc éviter cette tendance naturelle de se déplacer autrement, vers la lumière. Tester ces mouches formé 6 heures post-formation est utilisée pour évaluer les fonctions de mémoire. L&#39;utilisation de ces tests, la contribution de tous les facteurs génétiques ou environnementaux vers la neurodégénérescence développement peuvent être facilement étudiées chez les mouches.

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Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

Comportement des dosages pour mesurer des fonctions locomotrices, l&#39;apprentissage et les capacités de mémoire<em&gt; Drosophile</em&gt;.

Déficits locomoteur Dosage, apprentissage et mémoire dans Drosophile Modèles de la neurodégénérescence

Advances in genetic methods have enabled the study of genes involved in human neurodegenerative diseases using Drosophila as a model system1. Most of ...

assaying-locomotor-learning-memory-deficits-drosophila-models

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

33.2K vues.  University of Miami, Miller School of Medicine. Comportement des dosages pour mesurer des fonctions locomotrices, l'apprentissage et les capacités de mémoire Drosophile.

Vidéo: Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

Assaying Locomotor Activity to Study Circadian Rhythms and Sleep Parameters in Drosophila

Most life forms exhibit daily rhythms in cellular, physiological and behavioral phenomena that are driven by endogenous circadian (&equiv;24 hr) pacemakers or clocks. Malfunctions in the human circadian system are associated with numerous diseases or disorders. Much progress towards our understanding of the mechanisms underlying circadian rhythms has emerged from genetic screens whereby an easily measured behavioral rhythm is used as a read-out of clock function. Studies using Drosophila have made seminal contributions to our understanding of the cellular and biochemical bases underlying circadian rhythms. The standard circadian behavioral read-out measured in Drosophila is locomotor activity. In general, the monitoring system involves specially designed devices that can measure the locomotor movement of Drosophila. These devices are housed in environmentally controlled incubators located in a darkroom and are based on using the interruption of a beam of infrared light to record the locomotor activity of individual flies contained inside small tubes. When measured over many days, Drosophila exhibit daily cycles of activity and inactivity, a behavioral rhythm that is governed by the animal's endogenous circadian system. The overall procedure has been simplified with the advent of commercially available locomotor activity monitoring devices and the development of software programs for data analysis. We use the system from Trikinetics Inc., which is the procedure described here and is currently the most popular system used worldwide. More recently, the same monitoring devices have been used to study sleep behavior in Drosophila. Because the daily wake-sleep cycles of many flies can be measured simultaneously and only 1 to 2 weeks worth of continuous locomotor activity data is usually sufficient, this system is ideal for large-scale screens to identify Drosophila manifesting altered circadian or sleep properties.

Assaying Locomotor Activity to Study Circadian Rhythms and Sleep Parameters in Drosophila

We describe procedures for recording daily locomotor activity rhythms of Drosophila and subsequent data analysis. Locomotor activity rhythms are a reliable behavioral output of animal circadian clocks and are used as the standard readout of clock function when studying circadian mutants or examining how the environment regulates the circadian system.

Dosage activité locomotrice d&#39;étudier les rythmes circadiens et le sommeil dans les paramètres Drosophile</em

Most life forms exhibit daily rhythms in cellular, physiological and behavioral phenomena that are driven by endogenous circadian (&equiv;24 hr) ...

Recherche

Neurosciences

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#39;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including acquisition of spatial memoryand long-term spatial memory 1. The MWM is a relatively simple procedure typically consisting of six day trials, the main advantage being the differentiation between the spatial (hidden-platform) and non-spatial (visible platform) conditions 2-4. In addition, the MWM testing environment reduces odor trail interference 5. This has led the task to be used extensively in the study of the neurobiology and neuropharmacology of spatial learning and memory. The MWM plays an important role in the validation of rodent models for neurocognitive disorders such as Alzheimer&#x2019;s Disease 6, 7. In this protocol we discussed the typical procedure of MWM for testing learning and memory and data analysis commonly used in Alzheimer&#x2019;s disease transgenic model mice.

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#039;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze is a behavioral task to test hippocampal-dependent learning and memory. It has been widely used in the study of neurobiology, neuropharmacology and neurocognitive disorders in rodent models.

Test Morris Water Maze pour les déficits d&#39;apprentissage et de mémoire chez la souris modèle de la maladie d&#39;Alzheimer

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

D&#39;enregistrement optique de l&#39;activité neuronale supraliminaire avec une résolution à cellule unique et un seul pic

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

In the following we describe the methodological details of appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae. The setup, in combination with genetic interference, provides a handle to analyze the neuronal and molecular fundamentals of specifically associative learning in a simple larval brain.
Organisms can use past experience to adjust present behavior. Such acquisition of behavioral potential can be defined as learning, and the physical bases of these potentials as memory traces1-4. Neuroscientists try to understand how these processes are organized in terms of molecular and neuronal changes in the brain by using a variety of methods in model organisms ranging from insects to vertebrates5,6. For such endeavors it is helpful to use model systems that are simple and experimentally accessible. The Drosophila larva has turned out to satisfy these demands based on the availability of robust behavioral assays, the existence of a variety of transgenic techniques and the elementary organization of the nervous system comprising only about 10,000 neurons (albeit with some concessions: cognitive limitations, few behavioral options, and richness of experience questionable)7-10.
Drosophila larvae can form associations between odors and appetitive gustatory reinforcement like sugar11-14. In a standard assay, established in the lab of B. Gerber, animals receive a two-odor reciprocal training: A first group of larvae is exposed to an odor A together with a gustatory reinforcer (sugar reward) and is subsequently exposed to an odor B without reinforcement 9. Meanwhile a second group of larvae receives reciprocal training while experiencing odor A without reinforcement and subsequently being exposed to odor B with reinforcement (sugar reward). In the following both groups are tested for their preference between the two odors. Relatively higher preferences for the rewarded odor reflect associative learning - presented as a performance index (PI). The conclusion regarding the associative nature of the performance index is compelling, because apart from the contingency between odors and tastants, other parameters, such as odor and reward exposure, passage of time and handling do not differ between the two groups9.

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

Drosophila larvae are able to associate odor stimuli with gustatory reward. Here we describe a simple behavioral paradigm that allows the analysis of appetitive associative olfactory learning.

Appétitive apprentissage olfactif associatif en<em&gt; Drosophila</em&gt; Les larves

In the following we describe the methodological  details of appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae. The setup, in combination with ...

Drosophila Adult Olfactory Shock Learning

Drosophila have been used in classical conditioning experiments for over 40 years, thus greatly facilitating our understanding of memory, including the elucidation of the molecular mechanisms involved in cognitive diseases1-7. Learning and memory can be assayed in larvae to study the effect of neurodevelopmental genes8-10 and in flies to measure the contribution of adult plasticity genes1-7. Furthermore, the short lifespan of Drosophila facilitates the analysis of genes mediating age-related memory impairment5,11-13. The availability of many inducible promoters that subdivide the Drosophila nervous system makes it possible to determine when and where a gene of interest is required for normal memory as well as relay of different aspects of the reinforcement signal3,4,14,16.
Studying memory in adult Drosophila allows for a detailed analysis of the behavior and circuitry involved and a measurement of long-term memory15-17. The length of the adult stage accommodates longer-term genetic, behavioral, dietary and pharmacological manipulations of memory, in addition to determining the effect of aging and neurodegenerative disease on memory3-6,11-13,15-21.
Classical conditioning is induced by the simultaneous presentation of a neutral odor cue (conditioned stimulus, CS+) and a reinforcement stimulus, e.g., an electric shock or sucrose, (unconditioned stimulus, US), that become associated with one another by the animal1,16. A second conditioned stimulus (CS-) is subsequently presented without the US. During the testing phase, Drosophila are simultaneously presented with CS+ and CS- odors. After the Drosophila are provided time to choose between the odors, the distribution of the animals is recorded. This procedure allows associative aversive or appetitive conditioning to be reliably measured without a bias introduced by the innate preference for either of the conditioned stimuli. Various control experiments are also performed to test whether all genotypes respond normally to odor and reinforcement alone.

Drosophila Adult Olfactory Shock Learning

The method to measure adult Drosophila associative memory is described. The assay is based on the ability of the fly to associate an odor presented with a negative reinforcer (electric shock) and then recall this information at a later time, allowing memory to be measured.

Drosophile adulte olfactive apprentissage choc

Drosophila have been used in classical conditioning experiments for over 40 years, thus greatly facilitating our understanding of memory, including the ...

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such behavior is spontaneous locomotor activity. Here we describe our protocol that utilizes Drosophila population monitors and a tracking system that allows continuous monitoring of the spontaneous locomotor activity of flies for several days at a time. This method is simple, reliable, and objective and can be used to examine the effects of aging, sex, changes in caloric content of food, addition of drugs, or genetic manipulations that mimic human diseases.

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster are useful in studying genetic or environmental manipulations that affect behaviors such as spontaneous locomotor activity.&#160; Here we describe a protocol that utilizes monitors with infrared beams and data analysis software to quantify spontaneous locomotor activity.&#160;

Détermination de l&#39;activité locomotrice spontanée,<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution has been a long sought tool for neuroscientists in the systems-level search for the neural circuitry governing complex behavioral states. Optogenetics is a cutting-edge tool that is revolutionizing the field of neuroscience and represents one of the first systematic approaches to enable causal testing regarding the relation between neural signaling events and behavior. By combining optical and genetic approaches, neural signaling can be bi-directionally controlled through expression of light-sensitive ion channels (opsins) in mammalian cells. The current protocol describes delivery of specific wavelengths of light to opsin-expressing cells in deep brain structures of awake, freely-moving rodents for neural circuit modulation. Theoretical principles of light transmission as an experimental consideration are discussed in the context of performing in vivo optogenetic stimulation. The protocol details the design and construction of both simple and complex laser configurations and describes tethering strategies to permit simultaneous stimulation of multiple animals for high-throughput behavioral testing.

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

Optogenetics has become a powerful tool for use in behavioral neuroscience experiments. This protocol offers a step-by-step guide to the design and set-up of laser systems, and provides a full protocol for carrying out multiple and simultaneous in vivo optogenetic stimulations compatible with most rodent behavioral testing paradigms.

In vivo optogénétiques stimulation du système nerveux central pour rongeurs

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Mass Histology to Quantify Neurodegeneration in Drosophila

Progressive neurodegenerative diseases like Alzheimer&#39;s disease (AD) or Parkinson&#39;s disease (PD) are an increasing threat to human health worldwide. Although mammalian models have provided important insights into the underlying mechanisms of pathogenicity, the complexity of mammalian systems together with their high costs are limiting their use. Therefore, the simple but well-established Drosophila model-system&#160;provides an alternative for investigating the molecular pathways that are affected in these diseases. Besides behavioral deficits, neurodegenerative diseases are characterized by histological phenotypes such as neuronal death and axonopathy. To quantify neuronal degeneration and to determine how it is affected by genetic and environmental factors, we use a histological approach that is based on measuring the vacuoles in adult fly brains. To minimize the effects of systematic error and to directly compare sections from control and experimental flies in one preparation, we use the &#39;collar&#39; method for paraffin sections. Neurodegeneration is then assessed by measuring the size and/or number of vacuoles that have developed in the fly brain. This can either be done by focusing on a specific region of interest or by analyzing the entire brain by obtaining serial sections that span the complete head. Therefore, this method allows one to measure not only severe degeneration but also relatively mild phenotypes that are only detectable in a few sections, as occurs during normal aging.

Mass Histology to Quantify Neurodegeneration in Drosophila

Drosophila is widely used as a model system to study neurodegeneration. This protocol describes a method by which degeneration, as determined by vacuole formation in the brain, can be quantified. It also minimizes effects due to the experimental procedure by processing and sectioning control and experimental flies as one sample.

Mass histologie à Quantifier neurodégénérescence<em&gt; Drosophila</em

Progressive neurodegenerative diseases like Alzheimer&#39;s disease (AD) or Parkinson&#39;s disease (PD) are an increasing threat to human health ...

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, interest in the cognitive processes of nonmodel species, typically within an ecological context, has also become an emerging field of study. In particular, interest in the cognitive processes in reptiles is growing although experimental studies on reptilian cognition are sparse. The few reptilian studies that have experimentally tested for spatial learning and memory have used rodent paradigms modified for use in reptiles. However, ecologically important aspects of the physiology and behavior of this taxonomic group must be taken into account when testing for spatially based cognition. Here, we describe modifications of the dry land Barnes maze and associated testing protocol that can improve performance when probing for spatial learning and memory ability in small squamate reptiles. The described paradigm and procedures were successfully used with male side-blotched lizards (Uta stansburiana), demonstrating that spatial learning and memory can be assessed in this taxonomic group with an ecologically relevant apparatus and protocol.

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Évaluation de l&#39;apprentissage spatial et la mémoire dans les petits squamate Reptiles

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, ...

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model organisms such as the fruit fly, Drosophila melanogaster. Drosophila is useful for understanding the basic neurobiology underlying cognitive deficits resulting from mutations in genes associated with human cognitive disorders, such as intellectual disability (ID) and autism. This work describes a methodology for testing learning and memory using a classic paradigm in Drosophila known as courtship conditioning. Male flies court females using a distinct pattern of easily recognizable behaviors. Premated females are not receptive to mating and will reject the male&#39;s copulation attempts. In response to this rejection, male flies reduce their courtship behavior. This learned reduction in courtship behavior is measured over time, serving as an indicator of learning and memory. The basic numerical output of this assay is the courtship index (CI), which is defined as the percentage of time that a male spends courting during a 10 min interval. The learning index (LI) is the relative reduction of CI in flies that have been exposed to a premated female compared to na&#239;ve flies with no previous social encounters. For the statistical comparison of LIs between genotypes, a randomization test with bootstrapping is used. To illustrate how the assay can be used to address the role of a gene relating to learning and memory, the pan-neuronal knockdown of Dihydroxyacetone phosphate acyltransferase (Dhap-at) was characterized here. The human ortholog of Dhap-at, glyceronephosphate O-acyltransferase (GNPT), is involved in rhizomelic chondrodysplasia punctata type 2, an autosomal-recessive syndrome characterized by severe ID. Using the courtship conditioning assay, it was determined that Dhap-at is required for long-term memory, but not for short-term memory. This result serves as a basis for further investigation of the underlying molecular mechanisms.

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

This protocol describes a Drosophila learning and memory assay called courtship conditioning. This classic assay is based on a reduction of male courtship behavior after sexual rejection by a non-receptive premated female. This natural form of behavioral plasticity can be used to test learning, short-term memory, and long-term memory.

Drosophila Courtship Conditionnement en tant que mesure de l&#39;apprentissage et de la mémoire

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model ...