O PERANTE K ONDITIONIERUNG DER M USKELAKTIVITÄT DES F LEXORS

Operant konditioniertes Abtastverhalten wurde in diesen Experimenten auf die Konditionie-rung der Aktivität eines einzelnen Antennenmuskels reduziert (siehe Abschnitt 2.5). In den Verhaltensexperimenten konnten Bienen operant konditioniert werden, ein Objekt in der Reichweite der Antennen vermehrt abzutasten. Weil der schnelle Flexormuskel (fast flagel-lum flexor muscle) dieses Antennenabtastverhalten stark dominiert, wurde in den hier

vorge-conditioning of a single animal

0 5 10 15 20 min

Abbildung 3.15: Konditionierung der Muskelaktivität eines exemplarisch ausgewählten Tieres. Dargestellt ist die Häufigkeit der Potentiale des schnellen Flagellum-Flexors vor, während und nach operanter Konditio-nierung. Die Ordinate zeigt die Anzahl der Muskelpotentiale / 10 s und die Abszisse zeigt die Zeit in Minu-ten. (A) Spontane Aktivität vor der Konditionierung über zehn Minuten . (B) Aktivität während der Konditio-nierungsphase. Die Schwelle der Belohnung ist angegeben und war definiert als t = xpre ± 1spre. Die Beloh-nungen sind als Sterne gekennzeichnet, die minimale Zeit zwischen zwei BelohBeloh-nungen war festgelegt auf zwei Minuten . (C) Aktivität des Flexors nach zehn Konditionierungen, aufgenommen über zehn Minuten .

stellten elektrophysiologischen Experimenten operantes Lernen an diesem Muskel und dem dazugehörigen identifizierten Motoneuron analysiert.

Im Konditionierungsexperiment wurde die Biene immer dann belohnt, wenn die momentane Anzahl der Potentiale pro 10 s im schnellen Flexormuskel des Flagellums die definierte Schwelle der Belohnung überschritt. Die Ergebnisse eines exemplarisch ausgewählten Tieres sind in Abbildung 3.15 dargestellt. Im Vortest betrug die durchschnittliche Anzahl etwa 36 Potentiale / 10 s (xpre = 36.0 ± 32.7, Abb. 3.15 A). Während der zehn Konditionierungen wurde die Schwelle der Belohnung als t = xpre ± 1spre definiert. Obwohl das zeitliche Mini-mum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belohnungen mit zwei Minuten festgesetzt war, dauerte es weniger als 25 Minuten, das Tier zehnmal zu konditionieren (Abb. 3.15 B). Nach zehn Konditionierungen stieg der Mittelwert der Flexorpotentiale (xpost = 99.4 ± 38.5, Abb. 3.15 C) für dieses Tier signifikant an ( p < 0.001; zweiseitiger t-Test).

mean muscle activity

0 1 2 3 4 5 6 min

flexor spikes / 10 s

0 10 20 30 40 50 60 70

conditioning group yoke control

pretest 10 20

30 posttest

A B

** ** * *

30 time after conditioning before and after conditioning

Abbildung 3.16: Konditionierung der Flexoraktivität für eine konditionierte Gruppe und eine Kontrollgrup-pe. Dargestellt ist die Muskelpotentialfrequenz (x±SEM ) für Gruppen von Bienen aus der Konditionie-rungs- und der Lerngruppe. (A) Muskelpotentialfrequenz vor und nach operanter Konditionierung. Vor- und Nachtest dauerten zehn Minuten. Die signifikanten Unterschiede zwischen Vor- und Nachtests der Konditio-nierungsgruppe sind angegeben (** p < 0.01; zweiseitiger t-Test). Zehn Tiere wurden in jeder Gruppe getes-tet. (B) Muskelpotentialfrequenz in den folgenden 30 Minuten. Signifikante Unterschiede zwischen Vor- und Nachtest für die Konditionierungsgruppe sind angegeben (* p < 0.05; ** p < 0.01; zweiseitiger t-Test).

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Konditionierungsexperimente am Flexor der Bie-nenantenne und ein Vergleich mit der Jochkontrolle ist in Abbildung 3.16 dargestellt. Die Konditionierungsgruppe (Abb. 3.16 A) zeigt eine signifikante Zunahme der Frequenz der Flexorpotentiale verglichen mit dem Vortest nach der Konditionierung (p < 0.01; zweiseitiger t-Test), während die Kontrollgruppe keine signifikanten Änderungen im Nachtest verglichen zum Vortest aufweist (p > 0.05; zweiseitiger t-Test). Die Anzahl der Flexorpotentiale pro 10s von der konditionierten Gruppe unterscheidet sich nach der Konditionierung signifikant von der Kontrollgruppe ( p < 0.01; zweiseitiger t-Test). Nicht nur während der ersten zehn Minu-ten nach der Konditionierung unterscheidet sich die mittlere Häufigkeit der PoMinu-tentiale von der Lerngruppe signifikant zum Vortest (p < 0.01; zweiseitiger t-Test). Auch nach 20 Minuten und 30 Minuten sind noch signifikante Effekte durch das Konditionieren in der Lerngruppe gegenüber dem Vortest nachzuweisen (p < 0.05; zweiseitiger t-Test, Abb. 3.16 B).

Die Festlegung von einem oder von beiden Gelenken einer Bienenantenne hat signifikante Effekte auf die Konditionierung. Die Abbildungen 3.17 und 3.18 zeigen die Ergebnisse dieser Experimente im Überblick. Um die jeweiligen Veränderungen durch die unterschiedliche Bewegungsfreiheit der Antennen in den drei Gruppen miteinander vergleichen zu können, sind in der Darstellung von Abbildung 3.17 die mittleren Häufigkeiten der Flexorpotentiale

antennae free to move

posttest

rel. frequency flexor spikes %

0

Abbildung 3.17: Konditionierung der Flexoraktivität für Bienen mit bewegungsfähigen, teilweise und ganz fixierten Antennengelenken. Dargestellt ist die relative Häufigkeit der Flexorpotentiale (x±SEM ^{) für die}

verschiedenen experimentellen Gruppen nach zehn operanten Konditionierungen. Die signifikanten Unter-schiede zu den Vortests sind angegeben (*** p < 0.001; zweiseitiger t-Test). Die mittlere Frequenz der Fle-xorpotentiale des Vortests sind auf 100% normiert worden und die mittlere Frequenz der Potentiale des Nach-tests relativ dazu eingetragen. (A) Die Antenne ist voll bewegungsfähig. Zehn Tiere in der Lerngruppe, zehn Tiere in der Kontrollgruppe. (B) Der Scapus ist auf der Kopfkapsel fixiert, Pedicellus und Flagellum sind frei beweglich. Zehn Tiere in der Lerngruppe, neun Tiere in der Kontrollgruppe. (C) Beide Gelenke sind festge-legt. Fünf Tiere in der Lerngruppe, fünf Tiere in der Kontrollgruppe.

des Vortests auf 100% normiert worden und die mittleren Häufigkeiten der Potentiale des Nachtests relativ zu den entsprechenden Vortests eingetragen. Ist die Antenne voll bewe-gungsfähig (Abb. 3.17 A) lässt sich im Vergleich zum Vortest ein signifikanter Anstieg der Frequenz der Flexorpotentiale für die Lerngruppe zeigen (p < 0.001; zweiseitiger t-Test), die Kontrollgruppe zeigt keine signifikanten Veränderungen im Vergleich zum Vortest (p > 0.05;

zweiseitiger t-Test). Ist nur der Scapus fixiert, also Pedicellus und Flagellum frei beweglich (Abb. 3.17 B), ergeben sich nach zehn Konditionierungen in der Lerngruppe im Vergleich zum Vortest deutlich geringere nicht signifikante Effekte. Sind beide Gelenke festgelegt (Abb. 3.17 C), zeigen Konditionierungs- und Kontrollgruppe einen Anstieg der Häufigkeit von Flexorpotentialen. Demnach führt das Fixieren der gesamten Antenne zu einem nicht-assoziativen Anstieg der Flexorpotentiale. In Abbildung 3.18 ist der Konditionierungsindex CI (Erklärung siehe Abschnitt 2.7) zur Analyse der Ergebnisse von festgelegten Antennenge-lenken verwendet worden. Aus diesen Experimenten lässt sich schließen, dass das Fixieren der Gelenke operantes Lernen im hier untersuchten Zusammenhang reduziert oder sogar un-möglich macht.

Ein Vergleich der Konditionierung von Flexorpotentialen mit den Verhaltensexperimenten der differentiellen Konditionierung mit einer dorsalen und einer ventralen Platte (siehe Ab-schnitt 3.2) ist in Abbildung 3.18 enthalten. Die Konditionierungsindizes der Lern- und der Kontrollgruppen in den elektrophysiologischen Experimenten und im Verhalten sind sich sehr ähnlich und zeigen keine signifikanten Unterschiede ( p > 0.05; zweiseitiger t-Test). Aus die-sem Vergleich lässt sich folgern, dass die Effekte der operanten Konditionierung von Mus-kelpotentialen mit den Effekten der Verhaltensexperimente direkt zu vergleichen sind.