Wir danken Daniel Veit für technische Hilfe und Pedro Gouveia am Electricidade Em Po (electricidadeempo.net) für die Anpassung der Tracking-Software für unsere Anforderungen. Wir danken auch Tom Retzke für die Unterstützung während der Dreharbeiten. Diese Studie wurde von der Max-Planck-Gesellschaft unterstützt.

Der Aufbau und die technischen Details der Flywalk habe an anderer Stelle 26 (im Falle von Problemen der Gründung dieser Einrichtung, weitere Informationen erhalten Sie von MK erhalten werden) beschrieben worden. Hier konzentrieren wir uns auf detaillierte Anweisungen für den Umgang mit dem Paradigma, das hilft, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten wird. 1. Fly Handhabung <ol><li> Rück fliegt in niedriger bis mittlerer Dichte Kulturen auf Nahrungsmedium 27 unter einem 12 Stunden: 12 Stunden Licht: dark-Regime bei 23-25 ​​° C und 70% relativer Luftfeuchtigkeit. Zu diesem Zweck lassen 20-30 neu entstandenen erwachsenen Fliegen in einem großen Lebensmittelfläschchen für 1 Woche zu reproduzieren und wirf dann erwachsenen Fliegen und warten Nachkommen entstehen. </li><li> Sammeln Sie 30 bis 40 neu entstandenen (Alter &lt;24 h) erwachsenen Fliegen und Alter sie auf in neue ein Gefäß Nahrungsmedium 27 für 3-5 Tage. </li><li> Vierundzwanzig Stunden vor dem Start des Verhaltensexperiment: Übertragen Sie alle 30-40 zuvor gesammelten 3-5 d alt (siehe 2.2) fliegt zu einem neuen vial, die eine feuchte Schaumgummi-Stecker oder ein feuchtes Tissue-Papier unter Verwendung eines Gebläses. HINWEIS: betäuben Nicht Fliegen mit CO 2. </li></ol> 2. Herstellung des Flywalk Einrichtungs <ol><li> Verwenden Sie 250 ml Flaschen als Luftbefeuchter. Füllen Luftbefeuchter mit 100 ml destilliertem Wasser. </li><li> Bereiten Geruchsdurchstechflaschen. <ol><li> Vorzubereiten 500 ul 10 -3 Verdünnungen der reinen Geruchs Ethylacetat, Ethylbutyrat, Isopentylacetat und 2,3-Butandion in dem Lösungsmittel Mineralöl. </li><li> Befestigen Sie zwei Kugelventile pro Geruch Fläschchen. Beachten Sie, dass Rückschlagventile erlauben nur unidirektionale Luftstrom. Daher verbinden Rückschlagventile in der Weise, dass Luft in das Fläschchen auf einer Seite eingeben und lassen Sie es auf der anderen Seite. </li><li> Entfernen Sie den Deckel von einem 200 &amp; mgr; l PCR-Reaktionsgefäß. Je 100 &amp; mgr; l von jedem Geruch Verdünnung in einem separaten Reaktionsrohr und legen Sie die Röhrchen in getrennte Geruchsdurchstechflaschen. Auch bereiten einen Geruch Ampulle, die nur das Lösungsmittel mineral oil. </li><li> Dicht verschließen Geruch Fläschchen durch Schließen sie mit Edelstahl-Steckern und Gummidichtungen. </li><li> Schließen Sie die 5 Geruchsfläschchen (4 enthält, Gerüche und 1, die Mineralöl), um den Geruch Delivery-System. Achten Sie darauf, sie in die richtige Durchflussrichtung zu verbinden. Ein Falschanschluss wird nicht nur beeinträchtigen die geplanten Experiment, aber es kann auch verunreinigen das Liefersystem. </li></ol></li><li> Dichtheit prüfen durch Abdichten der Auslass der Mischkammer des Stimulus-Gerät. Stellen Sie sicher, dass alle Luftströme vor dem Stimulus-Gerät nun schrittweise bis auf Null sinken. Wenn nicht, auf Dichtheit prüfen, die nun durch die zischendes Geräusch von Luft, die aus dem System identifiziert werden können. </li><li> Sorgfältig über 15 Einzel Fliegen zu 15 einzelnen Glasröhrchen unter Verwendung eines Gebläses und in der Nähe Glasröhren auf beiden Seiten mit den entsprechenden Adaptern. Hinweis: Da das System muss hermetisch für erfolgreiche Experimente abgedichtet werden, sicherzustellen, dass Adapter passen Glasröhrchen festund beachten Sie, dass Glasröhrchen können bei diesem Schritt zu brechen. Achten Sie darauf, um Verletzungen von Schutzhandschuhen und Schutzbrillen tragen zu vermeiden. </li><li> Schließen Sie die Glasrohre an den Flywalk und Setup, von hier aus, warten Sie mindestens 15 Minuten vor dem Start des Experiments, damit Fliegen um an die neue Umgebung zu gewöhnen. </li><li> Nach dem Anbringen Glasröhren: überprüfen Sie das Auslesen der nachgeschalteten digitalen Durchflussmesser auf dem Computer 1, wenn die Luftströme 16, nachdem die Glasröhren summieren sich zu dem Luftstrom in das System gelangen. Sie können auch auf Computer 1, wenn die Luftfeuchtigkeit zwischen 60% und 80%. </li><li> Design Stimulusprotokoll Steuern der Reihenfolge und den Zeitpunkt von Geruchsreize den Fliegen dargestellt. Um beispielsweise den beschriebenen, vorliegenden 4 Gerüche und der Steuerung (Mineralöl) einzeln und alle möglichen ternären und quaternären Mischungen der Gerüche gleichzeitig 40mal jeweils erhalten. Stellen Impulsdauer auf 500 ms bei einem Interstimulusintervall von 90 sec und randomisieren Reizfolge. </li><li> Schalten Sie den light Quelle (LED-Cluster; λ = 630). Achten Sie darauf, genügend Licht für ein effizientes Tracking ohne Erhöhung der Temperatur im Inneren der Glasröhren bereitzustellen. </li><li> Einen interessierenden Bereich des Verfolgungssystems durch Ziehen eines Rahmens über die Fläche in einer solchen Weise, dass alle 15 Glasrohre enthalten überwacht und etwa 5 mm von den Kanten der Rohre sind ausgeschlossen eingestellt. </li><li> Bis 14 parallele Trennlinien zwischen den einzelnen Rohren in dem Verfolgungssystem durch Änderung der Y-Position in der dazugehörigen Skript einzelne Halten gesetzt fliegt während des gesamten Versuchs erkennbar. Achten Sie darauf, um sie so zu positionieren, dass es immer ein Glasrohr zwischen zwei solchen Trennlinien, da nur eine Fliege zwischen jedem Satz von zwei Linien verfolgt werden. </li><li> Achten Sie darauf, Kameraparameter in einer Weise, die zuverlässig in den Glasröhren Verfolgt werden fliegt gesetzt. Wenn Fliegen werden an den Rändern der Region von Interesse verloren, erhöhen die Helligkeit oder die Verstärkung des Tracking-software. Vermeidung von mechanischen Schwingungen des Verfolgungssystems. Verfolgen Sie mit Hilfe kommerzieller Software nach Herstellerprotokoll. </li><li> Starten Experiment durch Starten des Stimulus-Protokoll. Nehmen flies&#39; XY-Koordinaten bei 20 fps (Bilder pro Sekunde) und melden Sie sich in Verbindung mit dem Geruch Ventilstatus in Textdateien. </li></ol> 3. Datenanalyse Hinweis: die folgenden Schritte in der Datenanalyse werden automatisiert mit speziell geschriebenen Routinen in R. programmiert Da diese Schritte sind entscheidend, um aussagekräftige Ergebnisse der Analyse wird jedoch in einer Schritt-für-Schritt-Weise präsentiert zu bekommen. Die Rohdaten für die Analyse sind CSV-Dateien, die synchronisiert Informationen zu Geruchsventilstatus, Impulszahl in dem Experiment und 15 fly x-Positionen in cm auf einer gemeinsamen Zeitachse für einen Geruchsstimulationszyklus. Benutzerdefinierten Code für die Datenanalyse können auf Anfrage bereitgestellt werden. <ol><li> Offene .csv-Datei zu finden Zeitpunkt der Ventilöffnung durch einen cha bezeichnetnge in der Spalte, die die Ventilstatus. </li><li> Berechnung der linearen Funktion der Geruchs Position der Form f (t) = s * t + i wobei t die Zeit in der Stimulationszyklus, s die Windgeschwindigkeit (hier 20 cm / sec) und der Schnittpunkt i kann unter Verwendung der Zeit-Punkt der Geruch an der Position 0 (Ventilöffnung sowie Delay) tritt in die Rohre berechnet werden. </li><li> Finden Sie den Zeitpunkt, an dem Geruch und Fliegen x-Position schneiden für jeden fliegen und setzen Sie diesen Zeitpunkt auf 0. Hinweis: Auf diese Weise fly Positionen werden zu jedem individual&#39;s ausgerichtet Begegnung mit dem Geruch. </li><li> Fliegen sitzen an den sehr Ränder der Region von Interesse auszuschließen. </li><li> Berechnen Geschwindigkeit von X-Positionen durch Dividieren Verschiebung entlang der x-Achse durch das Zeitintervall (100 ms) und Prozedur für jedes Stimulationszyklus. </li><li> Um die Geschwindigkeit der Zeit-Kurse wie in 2E gezeigt, zu erhalten berechnen mittlere Geschwindigkeit der Zeitverlauf für jede Fliege und Geruch und von denen die mittlere Zeit-Kurs für einen bestimmten Geruch. </li><li> Netto Verschiebung, wie in 3C gezeigt, zu erhalten berechnen die Nettoverschiebung innerhalb von 4 Sekunden nach der Geruchsimpuls für jeden Tracking-Ereignis und anschließend die mittlere Nettoverschiebung pro Fliege und Geruch. </li></ol> 4. Reinigungsverfahren <ol><li> Saubere Glas-Tubes <ol><li> Fliegen und Adapter Remove von Glasröhren und genießen Glasröhren in Reinigungsmittel. </li><li> Glasröhrchen unter fließendem destilliertem Wasser und trocknen Sie sie mit Druckluft. </li><li> Wärmeglasröhrchen bei 200 ° C für 8 h. </li></ol></li><li> Saubere Geruch Delivery System <ol><li> Entfernen Sie alle Geruchs Fläschchen und Schläuche von der zentralen Mischkammer. </li><li> Entfernen Schlauch-Adapter aus der Mischkammer. </li><li> Sauberen Mischkammer durch Spülung mit Laborreinigungslösung und Lösungsmittel (zB Ethanol, Aceton). Führen Sie diese Schritte unter dem Laborabzug. </li><li> Trockenmischkammer mit Druckluft und erhitzen auf 200 ° C für 8 h. </li></ol></li><li> Saubere Geruch Vials und Rückschlagventile <ol><li> Entfernen Stahlstecker (Discard Gummidichtung) und Rückschlagventile aus Phiolen Geruch und genießen Sie alle Komponenten im Laborreinigungslösung. </li><li> Beschallen Komponenten in einem Ultraschallbad und spülen Sie sie mit destilliertem Wasser. </li><li> Reinigen Sie alle Komponenten außer Rückschlagventile mit Ethanol und Aceton. Führen Sie diese Schritte unter dem Laborabzug. </li><li> Trockenen Komponenten unter Verwendung von Druckluft und erhitzen auf 200 ° C für 8 h. </li><li> Sauber Rückschlagventile auf der Innenseite durch Spülen sie mit Ethanol und Aceton mit einer Spritze (berücksichtigen Flussrichtung). Führen Sie diese Schritte unter dem Laborabzug tragen Laborschutzbrille tragen. Da Aceton greift Gummiteile, sofort trocken Rückschlagventile durch Spülen sie mit Druckluft. </li><li> Rückstände von Gerüchen durch Pulsen Luft durch Rückschlagventile für mehrere Tage. Verwenden Sie einen Brutschrank bei 60 ° C und einer 1 sec Luft auf / 1 Sekunde Luft off-Regimes für diese Reinigungsschritt. </li></ol&gt; </li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

Obwohl die Flywalk System auf den ersten Blick eher anspruchsvoll erscheint, einmal eingerichtet und es läuft ist einfach zu bedienen und erzeugt sehr robuste Ergebnisse. Um die Konsistenz der Ergebnisse mit der Biotest produziert betonen, kann man sagen, dass die hier gezeigten repräsentativen Ergebnisse wurden fast 2 Jahren, nachdem einige der in einer früheren Studie 29 mit einem modifizierten Setup mit einer neuen Tracking-Software und Lichtquelle gezeigten Ergebnisse erhalten werden. Dennoch sind die ...

Das übergeordnete Ziel einer jeden neuroethologischen Forschung ist es, einen ursächlichen Zusammenhang zwischen den Aktivitätszuständen einzelner Neuronen oder neuronalen Schaltkreisen und dem Verhalten eines Organismus etablieren. Um dieses Ziel zu erreichen, die neuronale Aktivität und Verhalten sollte unter identischen Reizbedingungen überwacht werden und diese Reizbedingungen sollten idealerweise ähnlich denen das Nervensystem auf dem Prüfstand entwickelt, um Sinn zu machen. Besonders, wenn es um Verhaltens Biotests kommt, haben diese Anforderungen historisch in Drosophila melanogaster als recht anspruchs olfaktorischen Neuroethologie. Einmal von der Quelle freigesetzt, Geruchswolken rasch zerfallen in dünne Filamente mit turbulente Diffusion durch Luftbewegung ist der wichtigste Faktor für die Geruchsverteilung 1 verursacht. Als Ergebnis wurde ein Insekten Navigieren zu einer Geruchsquelle erfährt intermittierende Stimulation mit Geruchs Paketen mit variablen Abständen von Reinluft durchsetzt. BeideFuß und fliegenden Insekten - einschließlich Drosophila - wurde gezeigt, dass diese intermittierende Stimulationsregime für die Navigation durch die nach plume Begegnung wogenden gegen den Wind und vor allem bewegte Seitenwind in der Abwesenheit von Gerüchen 2 nutzen - 5. Der Erwägung, dass die Stimulation Verfahren in physiologischen Experimenten weitgehend imitieren die ein Insekt kann in seiner natürlichen Umgebung entweder durch Bereitstellung von einzelnen Zügen von Gerüchen mit längerer saubere Luft oder dynamische Stimulationssequenzen 6 durchsetzt erleben - 11, viele Verhaltens Biotests in Drosophila Neuroethologie verwendet wie Trap-Assay , Open-field-Arenen oder T-Labyrinth verlassen sich auf geruchs Gradienten 12-15. Da jedoch Geruchs Gradienten definitions sind variabel in Konzentration in Abhängigkeit vom Abstand von der Geruchsquelle, ein bestimmtes Verhalten nicht auf eine genaue Geruchskonzentration unter Verwendung dieser Paradigmen zurückzuführen. Darüber hinaus ist die Steigung derein Geruch Gradienten kritisch, hängt von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Geruchsstoff. Ein Gradient von einem sehr volatilen Verbindung wird flacher als die von einer weniger flüchtigen Verbindung und damit auch schwieriger für einen Organismus unter Berufung auf Messen Konzentrationsunterschiede im Raum als das einzige Mittel der Navigation 16 zu verfolgen - 20, was zu einer Fehlinterpretationen führen kann der Geruchspräferenzen insbesondere in Wahl-Assays. Dieser Effekt ist auch sehr nachteilig bei der Untersuchung von Verhalten gegenüber Geruchsmischungen, da sie zu unterschiedlichen Mischungskomponente Verhältnisse an jedem Punkt im Raum und damit wieder schließt eine klare Korrelation zwischen Physiologie und Verhalten. Während Fruchtfliegen sind in der Regel auf gärenden Früchten aggregieren, sind sie einsam in ihrer Navigation in Richtung Nahrungsquellen und Eiablage Websites. Dennoch in Drosophila neuroetholo verwendet, anstatt die Prüfung einzelner Tiere viele Verhaltensparadigmengy prüft die Art der Duft Verhalten Kohorten von Fliegen und Anziehung als die Fraktion von Fliegen Wahl der Geruch über einen Steuer Stimulus erzielt. Diese Kohorte Experimente haben wesentlich zum Verständnis der Fliege Neuroethologie beigetragen und viele der Beobachtungen durch Verwendung von diesen hergestellt könnte in Einzel fly Experimenten bestätigt werden. Allerdings hat sich gezeigt, daß sich gegen other&#39;s Entscheidung 21 beeinflussen und im Extremfall die Auswertung eines Geruchs aus Gleichgültigkeit wechseln je nach Bevölkerungsdichte 22 bis Vermeidung fliegt. Zusätzlich ergibt sich aus dieser Art von Experimenten bieten oft nur den Endpunkt einer Abfolge von Verhaltensentscheidungen anstatt zu beobachten, was die Flug tut, während sie es tut, was wünschenswert wäre, wenn versucht wird, das Verhalten, die mit neuronaler Aktivität korrelieren. Diese eher niedriger Auflösung Kohorten Experimente werden durch hochauflösende Single-fly Methoden wie Fesselflug Arenen und Laufbänder, die erlauben, gegenübergestelltfür eine direkte Beobachtung der Verhaltensreaktion zum Zeitpunkt der dargeboten wird, 20,23,24. Dennoch sind Kohorten Versuche immer noch beliebt, denn sie sind sehr effizient und bieten robuste Ergebnisse auch bei vergleichsweise geringen Stichprobengrößen, weil interindividuelle und interTestVariabilität sind teilweise sich durch die Beobachtung von Populationen über einen längeren Zeitraum gemittelt. Während Fesselflug und Laufband wahrscheinlich bieten die Goldstandard zur Reizdarbietung und zeitlicher Auflösung, die verwendeten Arenen für Einzeltiere konzipiert und daher zeitaufwändig, zu erhalten Probengrößen, die für eine statistische Analyse ist. Mehrere andere Ansätze wurden kürzlich entwickelt, dass eine effiziente Übernahme von hochauflösenden Verhaltensdaten in Kombination mit einem gut definierten Stimulus-Regime zu ermöglichen. Dazu gehören unbeaufsichtigt 3D-Verfolgung mehrerer Fruchtfliegen in einem Windkanal in Kombination mit einer genauen 3D-Modell der Geruchsfahne 5 </sup&gt;, Verfolgung mehrerer Einzel Fliegen in Wahl Kammern mit Luftströmen von beiden Seiten 25 und der Flywalk Paradigmen 26 zugeführt. In Flywalk werden 15 einzelne Fliegen in Glasröhrchen entfernt und kontinuierlich von einem Overhead-Kamera unter Rotlichtbedingungen überwacht. Gerüche zu einem kontinuierlichen Luftstrom von 20 cm / s aufgenommen und wandern durch den Glasrohren mit einer konstanten Geschwindigkeit. Der Luftstrom wird durch Hindurchleiten durch 250 ml-Flaschen vor dem Eintritt in den Geruch Abgabesystem destilliertem Wasser (Befeuchter) enthält befeuchtet. Die flies&#39; Positionen innerhalb eines quadratischen Bereichs von Interesse (ROI) umfassende Großteil der Länge der Geruchsrohre (aber ohne die Außenränder der Rohre (etwa 5 mm auf jeder Seite), wobei die Fliegen nicht weiter aufwärts bewegen oder aufgezeichneten Windrichtung) um die Zeit der Geruch Präsentation (1A, B). Fliegen Identitäten werden durch das Trackingsystem t konstant gehalten wirdberall das Experiment auf der Grundlage der Y-Positionen (dh ihre Glasrohr Grenzen). Geruchsstimulation unter Verwendung eines Mehrkomponenten-Reizeinrichtung, welche die Darstellung von bis zu 8 Einzel Gerüche und alle möglichen Mischungen davon 26,29 (1B) können erreicht werden. Der Verlauf eines Experiments wird von einem Computer zur Regelung der Geruchsabgabesystems und zur Temperatur und Feuchtigkeitsinformation (Computer 1, 1C) gesteuert werden. Dieser Computer steuert auch einen Datenlogger (Aufnahme starten / stoppen) auf einem zweiten Computer, der kontinuierlich verfolgt fly Positionen bei 20 Frames pro Sekunde (Computer 2). Fliegen Positionen, Geruch Ventilstatus (dh Zeitpunkt der Ventilöffnung), Geruch ID, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung von Geruchsstimulationszyklen auf Computer 2. Auf diese Weise Informationen über Geruchsloggt und fliegen Positionen synchronisiert und als .csv-Dateien exportiert die weiter verarbeitet werden und mit Hilfe speziell geschriebenen Analyseroutinen analysiert. weildas ganze System computergesteuert ist, ist keine menschliche Intervention während einer experimentellen Sitzung notwendig.

<table><tbody><tr><td>Flywalk setup</td><td>Custom</td><td></td><td>details available upon request</td></tr><tr><td>stimulus device</td><td>Custom</td><td></td><td>details available upon request</td></tr><tr><td>LED cluster</td><td>Custom</td><td></td><td>details available upon request</td></tr><tr><td>HD Pro Webcam C920</td><td>Logitech, Lausanne, Switzerland</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2 Computers</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Flywalk Reloaded v1.0 software</td><td>Electricidade Em P&amp;oacute; (electricidadeempo.net)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Labview 11.0 software</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard fly food</td><td>Custom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard fly vials</td><td>Greiner bio-one GmbH, Frickenhausen, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard fly vials</td><td>Greiner bio-one GmbH, Frickenhausen, Germany</td><td></td><td></td></tr><tr><td>aspirator</td><td>Custom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>mineral oil</td><td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>odors</td><td>Sigma-Aldrich (www.sigmaaldrich.com)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>200 &amp;micro;l PCR reaction tubes</td><td>Biozym Scientific GmbH, Oldendorf, Germany</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

high-resolution quantification of odor-guided behavior in drosophila melanogaster using the flywalk paradigm

In ihrer natürlichen Umgebung, Insekten wie der Essig Drosophila melanogaster sind mit einer riesigen Menge an chemisch verschiedenen Geruchsstoffen bombardiert. Um die Sache noch weiter zu komplizieren, die von der Insektennervensystems erkannt Gerüche in der Regel nicht einzelne Verbindungen, sondern Gemische, deren Zusammensetzung und Konzentrationsverhältnisse variieren. Dies führt zu einer nahezu unbegrenzten Anzahl unterschiedlicher olfaktorischer Stimuli, die durch das Nervensystem untersucht werden müssen. Zu verstehen, welche Aspekte eines Geruchsreiz bestimmen dessen Auswertung durch die Fliege, ist es daher wünschenswert, geruchs geführt Verhalten gegenüber vielen Riechstoffe und Geruchsmischungen effizient überprüft werden. Um Verhalten neuronaler Aktivität direkt korrelieren, sollte das Verhalten in einem vergleichbaren Zeitrahmen und unter identischen Stimulus Bedingungen wie in neurophysiologischen Experimenten quantifiziert werden. Viele derzeit verwendete Geruchs Biotests in Drosophila Neuroethologie sind jedoch eher specialized entweder in Richtung Effizienz oder zur Auflösung. Flywalk, ein automatisiertes Geruchs Lieferung und Tracking-System, schließt die Lücke zwischen Effizienz und Auflösung. Es ermöglicht die Bestimmung, wann genau ein Geruch Paket stimuliert ein frei herumlaufenden Fliege und die animal&#39;s bestimmen dynamische Verhaltensreaktion.

Wegen entfernt sind erlaubt, sich frei in ihrem Glasröhrchen zwischen Geruchsimpulse und der Geruch Impuls wandert durch den Glasrohren verteilen mit einer konstanten Geschwindigkeit fliegt begegnen, den Geruch zu unterschiedlichen Zeitpunkten je nach ihrer x-Position zum Zeitpunkt der Stimulation. Als Ergebnis werden die Onsets der Aufwind Trajektorien durch eine 500 ms Impuls von einem attraktiven 10 -3 Verdünnung Ethylacetat hervorgerufen werden, indem etwa 1 sec für Fliegen an der Lee Ende der Glasrohr...

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High-resolution Quantification of Odor-guided Behavior in Drosophila melanogaster Using the Flywalk Paradigm

Das automatisierte Nachführsystem Flywalk ist für hochauflösende Quantifizierung der Art der Duft Verhalten in Drosophila melanogaster verwendet.

Hochaufgelöste Quantifizierung der Geruchsgelenkten Verhalten in<em&gt; Drosophila melanogaster</em&gt; Verwenden der<em&gt; Flywalk</em&gt; Paradigm

In their natural environment, insects such as the vinegar fly Drosophila melanogaster are bombarded with a huge amount of chemically distinct odorants. To ...

high-resolution-quantification-odor-guided-behavior-drosophila

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-resolution Quantification of Odor-guided Behavior in Drosophila melanogaster Using the Flywalk Paradigm

9.2K Aufrufe.  Max Planck Institute for Chemical Ecology.  Das automatisierte Nachführsystem Flywalk ist für hochauflösende Quantifizierung der Art der Duft Verhalten in Drosophila melanogaster verwendet. 

Serie: High-resolution Quantification of Odor-guided Behavior in Drosophila melanogaster Using the Flywalk Paradigm

High-resolution Measurement of Odor-Driven Behavior in Drosophila Larvae

Olfactory responses in Drosophila larvae have been traditionally studied in Petri dishes comprising a single peripheral odor source. In this behavioral paradigm, the experimenter usually assumes that the rapid diffusion of odorant molecules from the source leads to the creation of a stable gradient in the dish. To establish a quantitative correlation between sensory inputs and behavioral responses, it is necessary to achieve a more thorough characterization of the odorant stimulus conditions. In this video article, we describe a new method allowing the construction of odorant gradients with stable and controllable geometries. We briefly illustrate how these gradients can be used to screen for olfactory defects (full and partial anosmia) and to study more subtle features of chemotaxis behavior.

In this video article, we describe a new method allowing the construction of odorant gradients with stable and controllable geometries. We briefly illustrate how these gradients can be used to screen for olfactory defects (full and partial anosmia) and to study more subtle features of chemotaxis behavior.

Hochauflösende Messung von Odor-Driven Behavior in Drosophila-Larven

Olfactory responses in Drosophila larvae have been traditionally studied in Petri dishes comprising a single peripheral odor source. In this behavioral ...

Forschung

Biologie

Calcium Imaging of Odor-evoked Responses in the Drosophila Antennal Lobe

The antennal lobe is the primary olfactory center in the insect brain and represents the anatomical and functional equivalent of the vertebrate olfactory bulb1-5. Olfactory information in the external world is transmitted to the antennal lobe by olfactory sensory neurons (OSNs), which segregate to distinct regions of neuropil called glomeruli according to the specific olfactory receptor they express. Here, OSN axons synapse with both local interneurons (LNs), whose processes can innervate many different glomeruli, and projection neurons (PNs), which convey olfactory information to higher olfactory brain regions.
Optical imaging of the activity of OSNs, LNs and PNs in the antennal lobe - traditionally using synthetic calcium indicators (e.g. calcium green, FURA-2) or voltage-sensitive dyes (e.g. RH414) - has long been an important technique to understand how olfactory stimuli are represented as spatial and temporal patterns of glomerular activity in many species of insects6-10. Development of genetically-encoded neural activity reporters, such as the fluorescent calcium indicators G-CaMP11,12 and Cameleon13, the bioluminescent calcium indicator GFP-aequorin14,15, or a reporter of synaptic transmission, synapto-pHluorin16 has made the olfactory system of the fruitfly, Drosophila melanogaster, particularly accessible to neurophysiological imaging, complementing its comprehensively-described molecular, electrophysiological and neuroanatomical properties2,4,17. These reporters can be selectively expressed via binary transcriptional control systems (e.g. GAL4/UAS18, LexA/LexAop19,20, Q system21) in defined populations of neurons within the olfactory circuitry to dissect with high spatial and temporal resolution how odor-evoked neural activity is represented, modulated and transformed22-24.
Here we describe the preparation and analysis methods to measure odor-evoked responses in the Drosophila antennal lobe using G-CaMP25-27. The animal preparation is minimally invasive and can be adapted to imaging using wide-field fluorescence, confocal and two-photon microscopes.

Calcium Imaging of Odor-evoked Responses in the Drosophila Antennal Lobe

We describe an established technique to measure and analyze odor-evoked calcium responses in the antennal lobe of living Drosophila melanogaster.

Calcium Imaging von geruchs-evozierte Potentiale in der Drosophila Antennallobus

The antennal lobe is the primary olfactory center in the insect brain and represents the anatomical and functional equivalent of the vertebrate olfactory ...

Neurowissenschaften

High-Resolution Video Tracking of Locomotion in Adult Drosophila Melanogaster

Flies provide an important model for studying complex behavior due to the plethora of genetic tools available to researchers in this field. Studying locomotor behavior in Drosophila melanogaster relies on the ability to be able to quantify changes in motion during or in response to a given task. For this reason, a high-resolution video tracking system, such as the one we describe in this paper, is a valuable tool for measuring locomotion in real-time. Our protocol involves the use of an initial air pulse to break the flies momentum, followed by a thirty second filming period in a square chamber. A tracking program is then used to calculate the instantaneous speed of each fly within the chamber in 10 msec increments. Analysis software then compiles this data, and outputs a variety of parameters such as average speed, max speed, time spent in motion, acceleration, etc. This protocol will discuss proper feeding and management of flies for behavioral tasks, handling flies without anesthetization or immobilization, setting up a controlled environment, and running the assay from start to finish.

The study of complex locomotor behavior in Drosophila melanogaster is dependent upon the ability to quantify changes in a given fly's movement. This article demonstrates how to do this using a high-resolution tracking system.

Hochauflösendes Video Tracking von Locomotion in Adult Drosophila melanogaster

Flies provide an important model for studying complex behavior due to the plethora of genetic tools available to researchers in this field.  Studying ...

Visually Mediated Odor Tracking During Flight in Drosophila

Flying insects use visual cues to stabilize their heading in a wind stream. Many animals additionally track odors carried in the wind. As such, visual stabilization of upwind tracking directly aids in odor tracking. But do olfactory signals directly influence visual tracking behavior independently from wind cues? Additionally, recent advances in olfactory molecular genetics and neurophysiology have motivated novel quantitative behavioral analyses to assess the behavioral influence of (e.g.) genetically inactivating specific olfactory activation circuits. We modified a magnetic tether system originally devised for vision experiments by equipping the arena with narrow laminar flow odor plumes. Here we focus on experiments that can be performed after a fly is tethered and is able to navigate in the magnetic arena. We show how to acquire video images optimized for measuring body angle, how to judge stable odor tracking, and we illustrate two experiments to examine the influence of visual cues on odor tracking.

Here we describe how to optimize the acquired video image for an olfactory magnetic-tether (OMT) apparatus. We also describe two sample experimental protocols for studying visuo-olfactory fusion.

Visuell vermittelte Odor-Tracking während des Fluges in Drosophila

Flying insects use visual cues to stabilize their heading in a wind stream. Many animals additionally track odors carried in the wind. As such, visual ...

A Single-fly Assay for Foraging Behavior in Drosophila

For many animals, hunger promotes changes in the olfactory system in a manner that facilitates the search for appropriate food sources. In this video article, we describe an automated assay to measure the effect of hunger or satiety on olfactory dependent food search behavior in the adult fruit fly Drosophila melanogaster. In a light-tight box illuminated by red light that is invisible to fruit flies, a camera linked to custom data acquisition software monitors the position of six flies simultaneously. Each fly is confined to walk in individual arenas containing a food odor at the center. The testing arenas rest on a porous floor that functions to prevent odor accumulation. Latency to locate the odor source, a metric that reflects olfactory sensitivity under different physiological states, is determined by software analysis. Here, we discuss the critical mechanics of running this behavioral paradigm and cover specific issues regarding fly loading, odor contamination, assay temperature, data quality, and statistical analysis.

A Single-fly Assay for Foraging Behavior in Drosophila

In this video article, we describe an automated assay to measure the effect of hunger or satiety on olfactory dependent food search behavior in the adult fruit fly Drosophila melanogaster.

Ein Single-fly-Assay für Sammelverhalten in<em&gt; Drosophila</em

For many animals, hunger promotes changes in the olfactory system in a manner that facilitates the search for appropriate food sources. In this video ...

Testing Drosophila Olfaction with a Y-maze Assay

Detecting signals from the environment is essential for animals to ensure their survival. To this aim, they use environmental cues such as vision, mechanoreception, hearing, and chemoperception through taste, via direct contact or through olfaction, which represents the response to a volatile molecule acting at longer range. Volatile chemical molecules are very important signals for most animals in the detection of danger, a source of food, or to communicate between individuals. Drosophila melanogaster is one of the most common biological models for scientists to explore the cellular and molecular basis of olfaction. In order to highlight olfactory abilities of this small insect, we describe a modified choice protocol based on the Y-maze test classically used with mice. Data obtained with Y-mazes give valuable information to better understand how animals deal with their perpetually changing environment. We introduce a step-by-step protocol to study the impact of odorants on fly exploratory response using this Y-maze assay.

Testing Drosophila Olfaction with a Y-maze Assay

We present a choice test to reveal the influence of odorants on Drosophila behavior using a Y-maze assay.

Testen<em&gt; Drosophila</em&gt; Riechen mit einem Y-Labyrinth-Test

Detecting signals from the environment is essential for animals to ensure their survival. To this aim, they use environmental cues such as vision, ...

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;

Bestimmung der spontanen lokomotorischen Aktivität in<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 ...

Olfactory Behaviors Assayed by Computer Tracking Of Drosophila in a Four-quadrant Olfactometer

A key challenge in neurobiology is to understand how neural circuits function to guide appropriate animal behaviors. Drosophila melanogaster is an excellent model system for such investigations due to its complex behaviors, powerful genetic techniques, and compact nervous system. Laboratory behavioral assays have long been used with Drosophila to simulate properties of the natural environment and study the neural mechanisms underlying the corresponding behaviors (e.g. phototaxis, chemotaxis, sensory learning and memory)1-3. With the recent availability of large collections of transgenic Drosophila lines that label specific neural subsets, behavioral assays have taken on a prominent role to link neurons with behaviors4-11. Versatile and reproducible paradigms, together with the underlying computational routines for data analysis, are indispensable for rapid tests of candidate fly lines with various genotypes. Particularly useful are setups that are flexible in the number of animals tested, duration of experiments and nature of presented stimuli. The assay of choice should also generate reproducible data that is easy to acquire and analyze. Here, we present a detailed description of a system and protocol for assaying behavioral responses of Drosophila flies in a large four-field arena. The setup is used here to assay responses of flies to a single olfactory stimulus; however, the same setup may be modified to test multiple olfactory, visual or optogenetic stimuli, or a combination of these. The olfactometer setup records the activity of fly populations responding to odors, and computational analytical methods are applied to quantify fly behaviors. The collected data are analyzed to get a quick read-out of an experimental run, which is essential for efficient data collection and the optimization of experimental conditions.

Olfactory Behaviors Assayed by Computer Tracking Of Drosophila in a Four-quadrant Olfactometer

We describe here a behavioral setup and data analysis method for assaying olfactory responses of up to 100 vinegar flies (Drosophila melanogaster). This system may be used with single or multiple olfactory stimuli, and adaptable for optogenetic activation or silencing of neuronal subsets.

Olfaktorischen Behaviors Assayed von Computer-Tracking<em&gt; Drosophila</em&gt; In einem Vier-Quadranten-Olfaktometer

A key challenge in neurobiology is to understand how neural circuits function to guide appropriate animal behaviors. Drosophila melanogaster is an ...

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons

The ability of insects to navigate toward odor sources is based on the activities of their first-order olfactory receptor neurons (ORNs). While a considerable amount of information has been generated regarding ORN responses to odorants, the role of specific ORNs in driving behavioral responses remains poorly understood. Complications in behavior analyses arise due to different volatilities of odorants that activate individual ORNs, multiple ORNs activated by single odorants, and the difficulty in replicating naturally observed temporal variations in olfactory stimuli using conventional odor-delivery methods in the laboratory. Here, we describe a protocol that analyzes Drosophila larval behavior in response to simultaneous optogenetic stimulation of its ORNs. The optogenetic technology used here allows for specificity of ORN activation and precise control of temporal patterns of ORN activation. Corresponding larval movement is tracked, digitally recorded, and analyzed using custom written software. By replacing odor stimuli with light stimuli, this method allows for a more precise control of individual ORN activation in order to study its impact on larval behavior. Our method could be further extended to study the impact of second-order projection neurons (PNs) as well as local neurons (LNs) on larval behavior. This method will thus enable a comprehensive dissection of olfactory circuit function and complement studies on how olfactory neuron activities translate in to behavior responses.

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons

This protocol analyzes navigational behavior of Drosophila larva in response to simultaneous optogenetic stimulation of its olfactory neurons. Light of 630 nm wavelength is used to activate individual olfactory neurons expressing a red-shifted channel rhodopsin. Larval movement is simultaneously tracked, digitally recorded, and analyzed using custom-written software.

Tracking von Drosophila Larven Verhalten als Reaktion auf optogenetische Stimulation der olfaktorischen Neuronen

The ability of insects to navigate toward odor sources is based on the activities of their first-order olfactory receptor neurons (ORNs). While a ...

Tracking Freely Walking Flies: A Method to Assess Locomotion in Drosophila

Source: Sun, M. and Chen, L. L. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/video/55602/" target="_blank">A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila</a>. J. Vis. Exp. (2017).
This video describes how to track freely walking flies to assess their general locomotion ability. The featured protocol demonstrates the assay&#39;s setup and data analysis using video tracking software.

Verfolgung frei laufender Fliegen: Eine Methode zur Beurteilung der Fortbewegung bei Drosophila

Source: Sun, M. and Chen, L. L. A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila. J. Vis. Exp. (2017).
This video describes how to ...

Hochaufgelöste Quantifizierung der Geruchsgelenkten Verhalten in

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

Hochauflösende Messung von Odor-Driven Behavior in Drosophila-Larven

Calcium Imaging von geruchs-evozierte Potentiale in der Drosophila Antennallobus

Hochauflösendes Video Tracking von Locomotion in Adult Drosophila melanogaster

Visuell vermittelte Odor-Tracking während des Fluges in Drosophila

Ein Single-fly-Assay für Sammelverhalten in

Testen

Bestimmung der spontanen lokomotorischen Aktivität in

Olfaktorischen Behaviors Assayed von Computer-Tracking

Tracking von Drosophila Larven Verhalten als Reaktion auf optogenetische Stimulation der olfaktorischen Neuronen

Verfolgung frei laufender Fliegen: Eine Methode zur Beurteilung der Fortbewegung bei Drosophila