果蝇-热迷宫

热迷宫是一种研究黑腹果蝇学习和记忆的新型行为范式。该迷宫由 Julien、James 和 Frederic （2010） 开发，其原理是果蝇能够进行视觉场所学习和记忆。

热迷宫在概念上基于莫里斯水迷宫 （MWM），其中受试者面临的挑战是在远端线索的帮助下游到一个隐藏的平台。在热迷宫中，高温被用作负强化剂，迫使对象逃离高温并导航到安全的地方。

迷宫由一个圆形台面组成，带有近端和远端线索。竞技场可以进行温度调节以激励受试者寻找安全区。

热迷宫用于研究影响果蝇导航策略的遗传、行为和环境因素。

热迷宫由一个圆形的亚克力竞技场（直径 18 厘米）组成。

迷宫的地板由帕尔贴元件阵列（网格 5×5;dm 4x4cm）组成，通过控制箱连接到电源。温度使用我们的 软件进行控制。在实验中，地板被加热到 37ºC（不安全区），安全区 （4x4cm） 的温度保持在 20ºC。

*不包括滑石粉涂层金属环（高 5 厘米）和空白白纸（高 20 厘米）。

配置

底座尺寸：60*60*60厘米

迷宫直径：18厘米

底板：Peltier网格5*5；直径4*4厘米——连接到电源

温度控制器：控制箱和软件

盖子

（迷宫墙壁和地面可以包含用于空间学习的近端及远端提示）

实验方法

在室温下以 12L：12D 循环将成蝇分成 20 只或更少的一组。随意提供食物和水。

受试者接受空间（7 次试验，每次 5 分钟）和非空间（3 次试验，每次 10 分钟）学习的训练试验。试验间隔为 10 秒。

热迷宫非空间学习任务

这项任务研究了果蝇在近端和远处线索的帮助下在迷宫中定位安全区的能力。对于近端线索，在安全区中心的地板上标记一个绿点，在不安全区标记一个红点。保持迷宫的墙壁空白。对于远端线索，用四种图案（垂直和水平条纹，钻石和16个分支的星星）覆盖迷宫的墙壁，其中星形和菱形图案显示安全区域。在除安全区之外的所有点加热圆形竞技场，并将受试者放入设备中。允许对象在竞技场中飞行并找到安全区域以试图逃避高温。注意到达安全区并保持接触的时间。

热迷宫空间学习任务

将果蝇分为控制组、测试组和随机组，并允许单独进入迷宫。使用空白的地板和墙壁图案，其中图案用作安全区域。对于 “对照组 ”，表示安全区的壁图案的位置在整个试验过程中保持不变;对于 'test' 组，在最后一次试验中，位置旋转了 180º;对于 'random' 组，竞技场墙壁是随机旋转的，因此墙壁图案保持随机且不可靠，无法提供任何空间提示。测量找到安全区的时间。

果蝇海马相关能力和潜在神经回路分析

行为和神经生物学现象在哺乳动物（啮齿动物、猴子和人类）和昆虫（蜜蜂和蚂蚁）等模式物种中被广泛研究。尽管被引用为学习和神经生物学研究的模型物种（Pitman et al.， 2009;Vosshall， & Stocker， 2007），在果蝇中几乎没有探索过空间学习。科学探针是了解塑造各种物种学习能力所涉及的基因、大脑区域和生态进化因素的关键。它还提供了对动物用于导航到平台的学习策略的见解。

Julien 等人（2010 年）开发了热迷宫来研究果蝇的海马相关能力和潜在的神经回路。视觉是有关周围环境及其显着特征（如颜色、大小和轮廓）的最丰富信息来源。

研究人员以健康的成年果蝇为对象，以测试果蝇利用视觉来发展、保留和回忆特定位置的程度。果蝇在冰上被麻醉，它们的夹子在实验前 12-24 小时展翅。通过训练，果蝇能够在范式的炎热环境中识别安全目标。实验者得出结论，果蝇具有视觉位置记忆和空间导航能力。在自然环境中，它们使用视觉地标来定位巢穴或安全的地方。

热视觉领域果蝇视觉位置学习的识别

在类似的实验中，Tyler、Charles 和 Michael （2011） 在玻璃盘覆盖的热视觉竞技场中引入了 15 只果蝇。在最初的 5 分钟内，几乎所有的果蝇 （94%） 都能够找到“酷目标”。在随后的试验中，目标和相应的视觉线索被旋转（90º 顺时针或逆时针）。随后的 10 项试验数据显示位置识别有所改善。果蝇能够通过采取更短、更直接的路线快速定位并到达目标。

使用田纳西威廉姆斯迷宫研究蟋蟀的地方记忆

Jan、Michael 和 Barbara （2008） 将雌性蟋蟀 （Gryllus bimaculatus） 放入由位于水箱顶部的金属地板组成的加热范式 （Tennessee Williams） 中。金属地板的底部被加热到 50ºC，这反过来又加热了金属地板。地板上有一个视觉上看不见的凉爽点。

对象被放到竞技场中，那里的热量促使他快速寻找凉爽的地方。经过大约 10 次试验，受试者在靶点位置和快速进入方面表现出很大的改善。

Heat-Box 中果蝇的记忆研究

Garbriel 和 Martin （2002） 在称为 Heat Box 的类似设置中分析了学习和记忆动力学。该盒子由一系列 15 个腔室组成，顶部和底部都有 Peltier 元件。50% 的商会被定义为“受罚”，而其余 50% 被定义为“未受罚”的一方。在预测试阶段，让果蝇探索盒子（加热 20ºC）20 秒。在训练阶段，每当果蝇进入受罚的一侧时，温度就会飙升至 40ºC。在测试阶段，计算性能指数以分别找到在受罚区和未受罚区花费的时间之间的差异。

优势

Heat Maze 是一项易于组装的任务。简单的设计需要最少的处理。

它可用于评估和区分果蝇的空间和非空间学习。协议中的变化和修改（视觉提示和控制以及随机分组）全面展示了果蝇使用自我中心和同种异体中心策略导航到安全区域的能力。该任务在两种配置中都提供了可靠和准确的结果。

任务中的热量是分析苍蝇避开不幸情况的能力的负面强化剂。迷宫温度可以手动或计算机控制和调节，以确保它不会过热或过热，因为温度变化会影响性能和结果。该任务在非致命温度下进行。

局限性

加热会给苍蝇带来压力。尽管热暴露时间短，而且定位和到达安全区的时间很短，但这项任务使果蝇处于压力状态。热应激通过影响新陈代谢和生理功能来消耗能量。Peter、Martina、Yanjun 和 Ronald （2016） 发现暂时的热应激或永久升高的温度会导致体内脂肪消耗。如果热应激与食物剥夺相结合，则会导致果蝇的预期寿命缩短。

热应激也会影响果蝇的繁殖力，并增加过早和永久不育的机会。

热迷宫突出了雄性和雌性苍蝇之间导航的性别差异。与雄性果蝇相比，雌性果蝇在定位区并不活跃。需要对设计进行更多修改，以评估昆虫基于性别的空间学习。