The utilization of bumblebees in the laboratory setting is increasing primarily for the purpose of behavioral analysis and neural recordings. Their remarkable physiological resilience and their willingness to adapt to diverse environmental conditions render them exceptionally suitable for a wide range of experimental investigations. Moreover, they represent the vast group of wild bees, which are also struggling with the current problems arising from agricultural mismanagement. To find a suitable setup to perform behavioral tests accompanied by electrophysiological recordings for bumblebees, a novel experimental apparatus was designed and constructed. The bumblebee could autonomously navigate between the colony and the test/feeding arena. Initially, the focus was set on the normal behavior and development of the colonies within this controlled artificial environment. Through a series of iterative refinements, a training protocol was established. The bumblebees had to learn a specific feeding place marked by a local cue and matching panorama. Notably, extinction tests revealed an enhanced behavior towards the learned goals. This change in behavior is proving, that the artificial arena with the connection to the colony and animals foraging on their own motivation adequately fulfills the requisite criteria for conducting such experiments. Furthermore, tests were performed treating animals with Calypso®, an insecticide formulation with neonicotinoid Thiacloprid. The extinction tests resulted in a shift in behavioral patterns towards the border area compared to the controls, displaying a change in exploratory behavior. These findings serve as evidence, that the experimental procedure is suitable for laboratory based navigational experiments researching sub-lethal effects of treatments. Electrophysiological recordings were performed on trained animals using an established setup, yielding stable and sortable data. However, no discernible pattern indicative of memory retrieval was observed. Instead, subtle indications of involvement in exploratory behavior or exploratory learning were detected. The limitations of comparing simultaneously recorded neurons prevented the identification of a network pattern for learned object identification. Nevertheless, the study emphasizes the suitability of the setup for conducting electrophysiological recordings in trained bumblebees. The recommendation to upgrade the outdated recording devices is made to enable long-lasting multi-unit recordings and facilitate further intriguing analyses.
Hummeln werden im Labor zunehmend für Verhaltensanalysen und neuronale Aufzeichnungen eingesetzt. Aufgrund ihrer bemerkenswerten physiologischen Widerstandsfähigkeit und ihrer Bereitschaft, sich an unterschiedliche Umweltbedingungen anzupassen, eignen sie sich hervorragend für ein breites Spektrum an experimentellen Untersuchungen. Außerdem stellen sie die größte Gruppe der Wildbienen dar, welche ebenfalls mit den aktuellen Problemen zu kämpfen haben, die sich aus der Misswirtschaft in der Landwirtschaft ergeben. Um einen geeigneten Aufbau für die Durchführung von Verhaltenstests in Verbindung mit elektrophysiologischen Aufzeichnungen für Hummeln zu finden, wurde ein neuartiger Versuchsapparat entworfen und gebaut. Die Hummeln konnten autonom zwischen der Kolonie und der Test-/Fütterungsarena navigieren. Anfänglich lag der Schwerpunkt auf dem normalen Verhalten und der Entwicklung der Kolonien in dieser kontrollierten künstlichen Umgebung. Durch eine Reihe von iterativen Verfeinerungen wurde ein Trainingsprotokoll erstellt. Die Hummeln mussten einen bestimmten Futterplatz erlernen, der durch einen lokalen Hinweis und ein passendes Panorama gekennzeichnet war. Die Extinktionstests zeigten ein verbessertes Verhalten gegenüber den erlernten Zielen. Diese Verhaltensänderung beweist, dass die künstliche Arena mit der Verbindung zur Kolonie und den Tieren, die aus eigener Motivation auf Futtersuche gehen, die erforderlichen Kriterien für die Durchführung solcher Experimente ausreichend erfüllt. Außerdem wurden Tests durchgeführt, bei denen die Tiere mit Calypso® behandelt wurden, einer Insektizid-Formulierung mit dem Neonicotinoid Thiacloprid. Die Extinktionstests führten zu einer Verschiebung der Verhaltensmuster in Richtung des Randbereichs im Vergleich zu den Kontrollen, was eine Änderung des Erkundungsverhaltens darstellt. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Versuchsverfahren für Navigationsexperimente im Labor zur Erforschung subletaler Effekte von Behandlungen geeignet ist. Die elektrophysiologischen Aufzeichnungen wurden an trainierten Tieren mit einem etablierten Aufbau durchgeführt und ergaben stabile und verwertbare Daten. Es wurde jedoch kein erkennbares Muster beobachtet, das auf das Abrufen von Gedächtnisinhalten hinweist. Stattdessen wurden schwache Hinweise auf eine Beteiligung am Erkundungsverhalten oder am Erkundungslernen festgestellt. Die Beschränkungen des Vergleichs gleichzeitig aufgezeichneter Neuronen verhinderten die Identifizierung eines Netzwerkmusters für die erlernte Objektidentifikation. Dennoch unterstreicht die Studie die Eignung des Versuchsaufbaus für die Durchführung elektrophysiologischer Ableitungen bei trainierten Hummeln. Es wird empfohlen, die veralteten Aufzeichnungsgeräte aufzurüsten, um langanhaltende Multi-Unit-Aufzeichnungen zu ermöglichen und weitere interessante Analysen zu erleichtern.
