Тактильные кондиционирования и анализа движения усиков стратегии отбора проб в медоносных пчел (<em&gt; Apis MELLIFERA</em&gt; L.)

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

doi:10.3791/50179

АВТОРЫ

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

Method Article

Тактильные кондиционирования и анализа движения усиков стратегии отбора проб в медоносных пчел (

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.

Резюме

В этом протоколе мы покажем, как условие использованы медоносных пчел на тактильные раздражители и ввести 2D техники захвата движения для анализа кинематики мелкомасштабных усиков модель выборки.

Аннотация

Медоносные пчелы (Apis MELLIFERA L.) eusocial насекомых и хорошо известны своим сложным разделением труда и ассоциативных обучаемость ^{1, 2.} Рабочие пчелы проводят первую половину своей жизни внутри темного улья, где они кормят личинок или создания правильной шестиугольной гребни для пищи (например, пыльцу или нектар) и выводок ^3. Антенны являются внеочередными мультисенсорного щупальца и играют ключевую роль в различных тактильных опосредованное задач ^4, в том числе улья здания ⁵ и распознавания ^6. Позже в жизни, каждая отдельная пчела покидает улей, чтобы корм для пищи. Тогда пчелы должны научиться различать доходных источников пищи, запомните их расположение, и довести его до своих товарищей гнездо ^7. Пчелы используют различные цветочные сигналы, такие как цвет или запах ^{7, 8,} но и тактильные сигналы от поверхности лепестка ⁹ до образования мультисенсорного воспоминания источника пищи. В лабораторных сотрудничестваnditions, пчелы могут быть обучены аппетит парадигмы обучения к дискриминации тактильные особенности объекта, такие как ребра или канавки с их антеннами ^{10, 11, 12, 13.} Эта парадигма обучения тесно связан с классическим обонятельные кондиционирования хоботка ответ расширение (PER) в запряженной пчел ^14. Преимущество тактильные парадигму обучения в лаборатории является возможность совмещения поведенческих экспериментов по изучению различных физиологических измерений, в том числе анализ усиков картину движения.

протокол

1. Подготовка пчел

Нектара или пыльцы комбайны попали в поле либо из сахарозы подачи или непосредственно из улья входа при возвращении с пищей поездки. Каждая отдельная пчела захватили в стеклянный флакон, который закрыт с пеной вилку и приняты сразу в лабораторию для дальнейшей обработки.
В лаборатории, захваченной пчел кратко охлаждают в холодильнике при температуре 4 ° C, пока они не показывают первые признаки неподвижности.
Каждая отдельная пчела иммобилизованных установлен в небольшой металлической трубки с помощью клейкой ленты между головой и грудной клеткой и на животе. Следует проявлять осторожность, чтобы хоботок и усики свободно перемещаться.
Краска сложные глаза и глазки фиксированной пчелы с белой краской (например, растворителей Tipp-Ex), чтобы закрывать видение.
Добавить небольшую каплю расплавленного воска позади головы пчела, чтобы исправить это на ленте между головой и грудной клеткой для предотвращения движения головы во время записи.
Отметить каждая отдельная пчела с номером на ленту для лучшей идентификации и поместить трубку с фиксированным пчел в влажной атмосферы, чтобы предотвратить обезвоживание.
Поток каждой отдельной пчелы в течение 5 секунд с каплями 30% раствора сахарозы представлены с помощью шприца и пусть все пчелы восстановиться в течение 30 минут, прежде чем начать с тактильной протокол кондиционирования.

2. Тактильные принадлежности

Перед кондиционирования, каждая отдельная пчела должна быть проверена на хоботок ответ расширение (PER) до 30% сахарозы стимулы применяются к антеннам. Тем самым кончиком хобота должен пересечь линию между виртуальными открыл челюстями. Отменить все пчелы, которые не реагируют с PER на сахарозу стимул.
Для тактильных кондиционирования использовать латунный куб (например, 3 х 5 мм) с гладкой или гравированные картины, например, горизонтальные или вертикальные пазы формирования решетки с длиной волны 150 мкм, как на условный раздражитель (CS). Фаили безусловного раздражителя (США) используют 30% раствор сахарозы (бытовая сахара, разведенного в воде).
Латунный куб (CS) помещают в держатель на микроманипулятора (например, Märzhäuser MM33), чтобы обеспечить точное позиционирование во время процедуры кондиционирования. США представлен пчела с шприц с 30% раствором сахарозы.
Кондиционирование процедура состоит из пяти пар из тактильный раздражитель (CS) и раствор сахарозы (США) с между судом интервал (ITI) 5 мин. Поместите одну пчелу перед микроманипулятора с установленными тактильный раздражитель (CS). Установите CS медленно, так, что на поверхности тактильный стимул параллельно глава пчел (рис. 1, Б). Расстояние между животным и тактильные объект должен быть в диапазоне от усиков рабочий радиус испытания пчел, то есть пчелы должны быть в состоянии сканировать тактильных стимулов в удобное положение Wго обе антенны. В примере, показанном на рисунке 1, расстояние 3 мм. Пусть пчелы сканирование тактильный раздражитель (CS) в течение 5 сек. После первых 3 секунд, представляют собой капли 30% сахарозы (США) раствор с помощью шприца в соответствии с хоботком. Используйте кончик шприца аккуратно поднять хобот. Сахароза стимуляции под хоботок будет вызывать безусловный за ^15. Разрешить пчелы лизать сахарозы награды. Используйте секундомер с сигналом тревоги для поддержания точных интервалов времени, в течение кондиционирования.
Кондиционер PER используется как мера для обучения успехом пчелы. После первого вознаграждены пар, пчелы начинают реагировать на CS выступление расширение их хоботком, указывая, что они ожидают, что предстоящая награда. Полностью вытянутой хоботком наблюдается в любое время в течение 3 сек временном окне презентации тактильных стимулов и, прежде чем сахароза презентации оценивается как положительный ответ. Нет ответа считается отрицательным. ОККurrence из PER Следует отметить, экспериментатором. Процент пчел показывает PER во время презентации CS построена для каждого испытания.

3. Кинематическая Recordings

Антеннальный движений одной пчелы использованы записанные с цифровой видеокамерой с подходящим макро-объектив (например, Basler A602f-2 оснащен TechSpec ВЗМ 200, работает на 50 кадров в секунду с помощью соединительного провода огня). Камера расположена над животными в вид сверху вниз (рис. 1). На рисунке 1, пространственное разрешение записи составляет 0,02 мм / пиксель.
Калибровка камеры, запись одной фотографии 10 х 10 мм шахматной доски с длиной ребра 1 мм от различных ориентаций под объектив камеры. Калибровка может быть сделано с помощью инструмента калибровки камеры окна Matlab ^16.
Поместите одну фиксированную пчелы ниже объектива камеры. Представьте тактильных стимулов, прикрепленные к микроманипулятора, К животным. Действуйте так же, как описано для тактильного кондиционер и записывать движения усиков в то время как пчелы сканирования объекта. Важно, что полный усиков рабочий диапазон и тактильных стимулов видны. Выбор модели стимула испытания и пробные номера зависят от эксперимента.

4. Анализ данных

Вычисление фоновое изображение делается в Matlab. Во-первых, медианное значение оттенках серого с течением времени должна быть рассчитана для каждого пикселя. Статические объекты, такие как фиксированный глава пчел и тактильных стимулов, будет представлять собой фоновое изображение. Движущиеся объекты, как две антенны, а не будет частью фона.
Каждый кадр записанного видео должен быть загружен последовательно, а разница между текущим кадром и фоновые изображения должен быть вычислен. В результате этого вычитания подчеркивает те части изображения, которые переходят от кадра к кадру. Ideally, антенны пчелы являются единственными области ненулевых значений (рис. 1С).
Для дальнейшей обработки, два крупнейших районов с ненулевыми значениями пикселов считаются антеннами. Для обеих антенн двоичной маски, которые будут созданы содержащие для каждого пикселя значение 1, если пиксель относится к антенне и значение 0 в противном случае. Эта маска служит основой для локализации усиков советов позже. Чтобы получить предварительное маска для всего изображения серо-значение каждого пикселя изображения разницы по сравнению с заранее определенным порогом. Так как мы заботимся шума в конце этого порога выбрана достаточно низкой. Предварительные маски тогда еще несет в себе два вида ошибок: во-первых, из-за шума на изображении небольших регионов все еще являются частью маски. Во-вторых, районы, которые принадлежат к антенне, не обязательно может быть полностью подключен. Последнее в основном происходит, если фон имеет примерно такое же свечение в качестве антенны. Для устранения этих артефактов, стандартноеобработки изображений морфологические операции применяются, т.е. сочетание эрозии изображений и расширение, опираясь на стандартные функции Matlab imerode и imdilate соответственно (см. ¹⁷ стр. 158-205 для дальнейшего объяснения). После удаления шума процесс антенн гипотезы по-прежнему содержится в ту же маску. Таким образом, в качестве следующего шага двоичной маски для кластерных непересекающихся областей, используя стандартные функции Matlab bwlabel (см. ¹⁷ стр. 40-48 для более подробной информации по алгоритму сегментации изображений).
Количество пикселей на кластер считается и двух крупнейших кластеров выбран. Центр тяжести рассчитывают провести различие между левой и правой антенны (рис. 1D).
Усиков наконечник для каждой антенны может быть определен как пиксель в кластере с наибольшим значением в проксимальных к дистальным направлении (см. рисунок 1D).