Ringraziamo Joachim Erber per l&#39;introduzione di noi al paradigma dell&#39;apprendimento tattile di api mellifere. Questo lavoro è stato sostenuto dal cluster di 277 CITEC Excellence, finanziato nell&#39;ambito dell&#39;iniziativa eccellenza tedesca.

1. Preparazione delle api <ol><li> Bottinatrici nettare o polline sono catturati in campo sia da un alimentatore di saccarosio o direttamente dall&#39;ingresso alveare mentre tornava da un viaggio foraggiamento. Ogni singola ape viene catturata in una fiala di vetro che viene chiuso con un tappo di schiuma e presi immediatamente in laboratorio per ulteriori manipolazioni. </li><li> In laboratorio, le api catturate sono brevemente raffreddata in frigorifero a 4 ° C fino a quando i primi segni di immobilità. </li><li> Ogni singola ape immobilizzato è montato in un tubo metallico piccola con nastro adesivo tra la testa e il torace e sopra l&#39;addome. Si deve prestare attenzione che la proboscide e le antenne sono liberamente mobili. </li><li> Dipingere gli occhi composti e ocelli delle api fisso con vernice bianca (ad esempio, esente da solventi, Tipp-Ex) da occludere visione. </li><li> Aggiungere una goccia di cera fusa dietro la testa delle api per fissarlo al nastro tra la testa e il torace per evitare movimenti della testa durante le registrazioni. </li><li> Contrassegnare ogni singola ape con un numero sul nastro per una migliore identificazione e posizionare il tubo con l&#39;ape fisso in un ambiente umido per prevenire la disidratazione. </li><li> Alimentare ogni singola ape per 5 secondi con gocce di una soluzione di saccarosio al 30% presentato con una siringa e lasciare tutte le api recuperare per 30 min prima di iniziare con il protocollo condizionata tattile. </li></ol> 2. Condizionamento tattile <ol><li> Prima del condizionamento, ogni singola ape deve essere testato per la risposta estensione proboscide (PER) a uno stimolo di saccarosio 30% applicata alle antenne. In tal modo la punta della proboscide deve attraversare una linea virtuale tra le mandibole aperte. Eliminare tutte le api che non rispondono con un PER allo stimolo saccarosio. </li><li> Per il condizionamento tattile usare un cubo ottone (es. 3 x 5 mm) con una superficie liscia o un motivo inciso, ad esempio, scanalature orizzontali o verticali che formano un reticolo con 150 micron lunghezza d&#39;onda, come stimolo condizionato (CS). Fo lo stimolo incondizionato (US) utilizzare una soluzione di saccarosio al 30% (zucchero domestico, diluito in acqua). </li><li> Il cubo ottone (CS) è collocato in un supporto su un micromanipolatore (ad esempio, Märzhäuser MM33) per garantire l&#39;esatto posizionamento durante la procedura di condizionamento. L&#39;US è presentato al ape con una siringa riempita con una soluzione di saccarosio al 30%. </li><li> Il procedimento di condizionamento costituito da cinque coppie di stimolo tattile (CS) e soluzione di saccarosio (US), con un inter-trial intervallo (ITI) di 5 min. Posizionare una singola ape davanti al micromanipolatore con lo stimolo montato tattile (CS). Posizionare il CS lentamente, in modo tale che la superficie dello stimolo tattile è parallelo alla testa delle api (Figura 1 A e B). La distanza tra l&#39;animale e l&#39;oggetto tattile dovrebbe essere nell&#39;intervallo del raggio antennale lavoro dell&#39;ape testati, cioè l&#39;ape dovrebbe essere in grado di eseguire la scansione dello stimolo tattile in una posizione comoda wesimo entrambe le antenne. Nell&#39;esempio illustrato in figura 1, la distanza di 3 mm. Lasciate che l&#39;ape scansione lo stimolo tattile (CS) per 5 sec. Dopo i primi 3 sec, presentano una gocciolina di saccarosio 30% (US) soluzione con una siringa sotto la proboscide. Usare la punta della siringa per sollevare delicatamente la proboscide. Stimolazione Saccarosio sotto le proboscide susciterà l&#39;incondizionato PER 15. Lasciare l&#39;ape a leccare la ricompensa di saccarosio. Utilizzare un cronometro con un segnale di allarme per mantenere gli intervalli di tempo durante il condizionamento esatti. </li><li> Il PER condizionato viene usato come misura per il successo di apprendimento di un ape. Dopo gli accoppiamenti primo premiati, le api iniziano a rispondere alla presentazione CS per estensione dei loro proboscide, che indica che si aspettano la ricompensa futura. A proboscide massima estensione osservati in qualsiasi momento durante la finestra 3 sec Tempo di presentazione dello stimolo tattile e prima della presentazione saccarosio è segnato come una risposta positiva. Nessuna risposta è negativa contato. Il occurrence della PER Va osservato dallo sperimentatore. La percentuale di api che mostrano il PER in occasione della presentazione CS è tracciata per ogni prova. </li></ol> 3. Registrazioni cinematici <ol><li> Movimenti antennale di un&#39;ape sfruttata sono registrati con una videocamera digitale con un obiettivo macro adatto (per esempio Basler A602f-2 dotato di TechSpec VZM 200, operato a 50 fps tramite una connessione FireWire). La telecamera è posizionata sopra l&#39;animale in una vista dall&#39;alto in basso (Figura 1 A). In figura 1, la risoluzione spaziale delle registrazioni è di 0,02 mm / pixel. </li><li> Calibrare la fotocamera con la registrazione di immagini singole di una scacchiera 10 x 10 mm, con una lunghezza dello spigolo 1 mm da diversi orientamenti nel quadro dell&#39;obiettivo della fotocamera. La calibrazione può essere fatto con la cassetta degli attrezzi di calibrazione fotocamera Matlab 16. </li><li> Posizionare un un&#39;ape fissa sotto la lente della fotocamera. Presentare lo stimolo tattile, fissato ad un micromanipolatore, Per l&#39;animale. Procedere nello stesso modo descritto per il condizionamento tattile, e registrare il movimento antennale mentre l&#39;ape viene scansione dell&#39;oggetto. È importante che l&#39;intera gamma antennale lavoro e lo stimolo tattile sono visibili. Le scelte dei modelli di stimolo testato e numeri di prova dipende dal disegno sperimentale. </li></ol> 4. Analisi dei dati <ol><li> Il calcolo dello sfondo dell&#39;immagine è fatto in Matlab. Primo, il valore mediano di grigio nel tempo deve essere calcolato per ciascun pixel. Oggetti statici, come la testa fissa delle api e lo stimolo tattile, costituirà l&#39;immagine di sfondo. Oggetti in movimento, come due antenne, non sarà parte dello sfondo. </li><li> Ogni fotogramma del video registrato deve essere caricato in sequenza, e la differenza tra il frame corrente e lo sfondo dell&#39;immagine deve essere calcolata. Il risultato di questa sottrazione enfatizza quelle parti dell&#39;immagine che si sposta da frame a frame. Ideally, le antenne delle api sono le uniche aree di valori diversi da zero (Figura 1C). </li><li> Per l&#39;ulteriore elaborazione, i due più grandi aree con valori diversi da zero pixel vengono considerati le antenne. Per entrambe le antenne di una maschera binaria deve essere generato contenenti, per ciascun pixel un valore 1, se il pixel appartiene alla antenna e valore 0 altrimenti. Questa maschera serve come base per localizzare le punte antennali tardi. Per ottenere una maschera preliminare per l&#39;intera immagine del grigio-valore di ciascun pixel dell&#39;immagine differenza viene confrontata con una soglia predefinita. Dal momento che ci prendiamo cura di rumore entro la soglia viene scelto per essere piuttosto basso. La maschera preliminare poi porta ancora due tipi di errori: in primo luogo, a causa del rumore di immagine piccole regioni sono ancora parte della maschera. In secondo luogo, le aree che appartengono alla antenna potrebbe non necessariamente essere completamente collegato. Quest&#39;ultimo si verifica soprattutto se lo sfondo ha approssimativamente la stessa luminescenza come antenna. Per eliminare questi artefatti, standardoperazione di trattamento immagini morfologiche vengono applicate, ossia una combinazione di erosione e dilatazione dell&#39;immagine, basandosi sulle funzioni standard Matlab imerode e imdilate rispettivamente (vedi 17 pp 158-205 per ulteriori spiegazioni). Dopo il processo di denoising le ipotesi antenne sono ancora contenute all&#39;interno della maschera stessa. Quindi, come passo successivo la maschera binaria è in cluster per le aree disgiunte che utilizzano lo standard Matlab funzione bwlabel (vedi 17 pp 40-48 per ulteriori dettagli su l&#39;algoritmo di segmentazione di immagini). </li><li> Il numero di pixel per cluster viene contato e le due maggiori gruppi sono selezionati. Il centro di gravità è calcolata a distinguere tra l&#39;antenna sinistra e destra (Figura 1D). </li><li> La punta antennale per ciascuna antenna può essere definita come il pixel in un cluster con il valore massimo nella prossimale-distale direzione (vedi Figura 1D). </li></ol>

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	<li>Page, R. E., Scheiner, R., Erber, J., Amdam, G. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+and+evolution+of+division+of+labor+and+foraging+specialization+in+a+social+insect+(Apis+mellifera++L.).">The development and evolution of division of labor and foraging specialization in a social insect (Apis mellifera L.).</a> Curr. Top. Dev. Biol. 74, 253-286 (2006).</li><li>Menzel, R., M&#252;ller, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+and+memory+in+honeybees:+From+behavior+to+neural+substrates.">Learning and memory in honeybees: From behavior to neural substrates.</a> Annu. Rev. Neurosci. 19, 379-404 (1996).</li><li>Seeley, T. 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A. 181, 355-365 (1997).</li><li>Lambin, M., D&#233;glise, P., Gauthier, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antennal+movements+as+indicators+of+odor+detection+by+worker+honeybees.">Antennal movements as indicators of odor detection by worker honeybees.</a> Apidologie. 36, 119-126 (2005).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Preparazione delle api: raccogliere e fissare le api dovrebbe essere fatto rapidamente, al fine di mantenere il livello di stress di bassa animale. Lo stress ha un effetto sulla PER-risposta e, quindi, potrebbe avere un effetto indiretto sulle prestazioni di apprendimento delle api 19, 20. Il livello di stress può essere ridotta collocando i flaconi di vetro con le api direttamente su ghiaccio immediatamente dopo il prelievo per immobilizzare rapidamente. Si deve tenere conto che le api biso...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / materiale </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti </td></tr><tr><td> Bottinatrici di polline, Apis mellifera L. </td><td></td><td></td><td> Orticaria privati </td></tr><tr><td> Fiale di vetro (22 x 45 mm) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> X655.1 </td><td></td></tr><tr><td> Tubi in ottone, 10 x 30 mm </td><td></td><td></td><td> Auto-prodotto </td></tr><tr><td> Ottone cubo, 3 x 5 mm </td><td></td><td></td><td> Auto-prodotto </td></tr><tr><td> Tipp-Ex (senza solventi) </td><td> Tipp-Ex GmbH &amp; Co KG </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Soluzione di saccarosio (30%) </td><td></td><td></td><td> Suger domestica diluito in acqua </td></tr><tr><td> Etanolo (70%) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> 9.065,3 &lt;/ Td&gt; <td></td></tr><tr><td> Siringa (1 ml) e l&#39;ago (0,6 x 25) </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> 59,1 </td><td></td></tr><tr><td> Stop Watch </td><td> Carl Roth GmbH &amp; Co </td><td> L423.1 </td><td></td></tr><tr><td> Micromanipolatore </td><td> Märzhäuser MM33 </td><td> 00-42-101-0000 </td><td></td></tr><tr><td> Videocamera digitale </td><td> Basler A602f-2 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Obiettivo Macro per fotocamera </td><td> TechSpec VZM 200 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Matlab R2009b </td><td> The MathWorks </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

tactile conditioning and movement analysis of antennal sampling strategies in honey bees (apis mellifera l.)

Le api da miele (Apis mellifera L.) sono insetti eusociali e ben noti per la loro complessa divisione del lavoro e la capacità di apprendimento associativo 1, 2. Le api operaie trascorrere la prima metà della loro vita all&#39;interno dell&#39;alveare buio, dove sono le larve allattamento o la costruzione della regolare pettini esagonale per il cibo (ad esempio polline o nettare) e la covata 3. Le antenne sono straordinari antenne multisensoriali e svolgono un ruolo fondamentale in diversi compiti tattili mediate 4, tra cui lo sviluppo alveare 5 e riconoscimento di pattern 6. Più tardi nella vita, ogni singola ape lascia l&#39;alveare alla ricerca di cibo. Poi un ape deve imparare a discriminare redditizie fonti di cibo, memorizzare la loro posizione, e comunicare ai propri compagni di nido 7. Api utilizzano diversi segnali floreali come colori o odori 7, 8, ma anche tattili dalla superficie petalo 9 per formare memorie multisensoriali della fonte di cibo. In laboratorio conditions, le api possono essere addestrati in un paradigma di apprendimento appetitivo di discriminare le caratteristiche degli oggetti tattili, come i bordi o scanalature con le loro antenne 10, 11, 12, 13. Questo paradigma di apprendimento è strettamente legato al condizionamento classico olfattivo della risposta estensione proboscide (PER) in api bardati 14. Il vantaggio del paradigma dell&#39;apprendimento tattile in laboratorio è la possibilità di combinare esperimenti comportamentali sull&#39;apprendimento con varie misurazioni fisiologiche, compresa l&#39;analisi del modello di movimento antennale.

Nel seguente esperimento abbiamo studiato come l&#39;apprendimento tattile influenza il comportamento antennale campionamento di api mellifere. Per questo, abbiamo monitorato il movimento della punta antennale in api pretrattati e condizionati prima e durante la presentazione di uno stimolo tattile. Primo, il movimento spontaneo antennale di un gruppo di raccoglitori polline (N = 42) è stata registrata per 1 min. Metà delle api (N = 21) è stata poi condizionata accoppiando cinque volte un...

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

In questo protocollo si mostra come condizione sfruttata api a stimoli tattili e introdurre un 2D tecnica del motion capture per analizzare la cinematica di fine scala modello di campionamento antenne.

Condizionata tattile e Analisi del Movimento di strategie di campionamento antennale di api mellifere (<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 ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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