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蜜蜂学习与记忆实验

已有 10984 次阅读 2011-7-10 05:33 |个人分类:昆虫神经|系统分类:科研笔记| 记忆, 学习, 蜜蜂

 

 

前些日子,参加了一个蜜蜂生物学课程,讲授教师是德国柏林自由大学的知名昆虫神经科学家Randolf Menzel http://www.neurobiologie.fu-berlin.de/menzel/menzel.html 。此次他讲授的主要内容有蜜蜂生物学、蜜蜂舞蹈通讯、蜜蜂导航、蜜蜂学习与记忆、蜜蜂学习和记忆的脑神经生物学。PPT课件可拷贝,如果感兴趣,可跟我联系,我会从负责人那里拷贝一些。由于受到语言能力和专业知识水平的限制,我只是肤浅的认识了一下蜜蜂,而没有学习和探讨深层次的知识。

 

现在,我仅把蜜蜂学习与记忆实验课的过程,简单写一写,与大家分享。

 

具体的说是蜜蜂对气味的学习和记忆,即经典的巴甫洛夫条件学习。使用糖水和气味结合训练蜜蜂,蜜蜂能识别并记住气味。糖水为非条件刺激(unconditioned stimulus, US),气味为条件刺激(conditioned stimulus, CS)。糖水刺激蜜蜂触角时,蜜蜂会伸展喙,取食糖水。在给蜜蜂糖水刺激之前,先给气味刺激。经过反复几次这样的训练后,只给蜜蜂气味刺激,如果蜜蜂有喙展反射(Proboscis extension reflex, PER),做出取食动作,则表明蜜蜂已获得学习。然后间隔特定时间,再给气味刺激,测蜜蜂的记忆时程。

 

准备试虫

 

制作固定蜜蜂的小管(Randolf Menzel已提前准备好),如图。

从蜂箱取蜜蜂(Randolf Menzel取)

 

 

把蜜蜂放在冰上冷冻,待蜜蜂不动了,即可进行操作,把蜜蜂固定在小管内,蜜蜂头露在外面,触角和喙可以自由活动。

 

每组10只蜜蜂, 5组,共50只蜜蜂。由于操作原因或蜜蜂本身条件,有的蜜蜂不可用。所以需要多准备一些。

 

固定完成后,用糖水喂蜜蜂。饲喂时,用牙签蘸糖水,刺激蜜蜂触角顶端,蜜蜂就会展开喙取食糖水。喂到蜜蜂满足为止。不能伸展喙的蜜蜂,不能用于实验。

 

饲喂后,蜜蜂过夜。第二天进行学习训练。

 

准备气味和糖水

 

把带有气味的滤纸小片放在20ml注射器内,一气味一注射器,避免污染。准备2种气味。

 

画记录表格

 

学习训练

 

在给蜜蜂气味刺激前,等待20秒,以让蜜蜂恢复平静。

 

使用气味1刺激蜜蜂触角,刺激4秒,当刺激到3秒时,给糖水刺激,并让蜜蜂吸取糖水3秒,即奖赏。条件刺激和无条件刺激有1秒重叠。气味1+糖水配对训练,记为CS+,即forward conditioning。刺激同时观察蜜蜂喙是否伸展,即PER反射。如果仅给气味刺激时,蜜蜂表现PER反射,则记录+,如无反射,则记录-。如果蜜蜂对糖水也没有反应,则将该只蜜蜂剔除。

 

气味1+糖水配对训练完小组10只蜜蜂后,再按同样的顺序使用气味2刺激依次蜜蜂触角4秒。仅用气味刺激,而无糖水,记为 CS-,即Backward conditioning

 

重复上面的forward conditioningBackward conditioning4加强训练。

 

加强训练完成后,将10只蜜蜂分成2组,每组5只。1组做对照,1组做扩展训练extension,即使用气味1刺激蜜蜂4秒。蜜蜂受到气味刺激后,表现PER反射,则说明蜜蜂已获得学习。

 

然后间隔2小时,6小时,12小时或更 长时间,再次给气味刺激,测记忆时长。

 

分析数据

 

5组数据汇总,计算蜜蜂表现PER反射的百分比。以训练次数或时间为横轴,以反应百分比为纵轴,做曲线图,分析蜜蜂学习能力和记忆能力。

 

 

小故事

 

上课期间Randolf讲述了发现控制蜜蜂学习神经的故事。相关故事,此前也从别人那听到一些。这里我仅简单写写介绍给大家。

 

蜜蜂脑内参与控制学习的神经是VUMmx1 (ventral unpaired median cell of maxillary neuromere1,下颚神经髓腹侧非成对中央细胞)1993年发表在Nature (366: 59-63)上。如图。

 

Martin Hammer使用细胞内记录和染色标记技术发现的,最初发现这神经时,感到很奇怪,如此巨大的神经到底有什么功能呢?他们花了2周的时间专门考虑这神经功能可能是什么。神经在味觉中枢,嗅觉中枢和学习中枢都有分支,于是他们猜测这神经与蜜蜂气味学习有关。Martin Hammer继续记录这个神经,并给予相关试验测定,明确了这个神经与蜜蜂学习相关。具体可参见他的Nature文章。值得提的是,这么个独特的神经,1年内,Martin Hammer记录和染色标记成功得到24个。由于意外,Martin Hammer车祸身亡。在他死后,他们实验室曾设立全职博士后职位,专门记录这个神经,但没有成功。

 

到目前,文章发表后,18年过去了,还没有第二个人在蜜蜂或其他昆虫内重复发现该神经细胞。也许正同大家所说的Martin Hammer是个天才。但我感觉是,后来人畏惧困难而投入不够是主要原因。(昆虫前沿)



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