Retrieval induced consolidation processes in the honeybee, Apis mellifera

Abstract

The aim of this work was to investigate processes that are induced by retrieving a consolidated memory in the honeybee, Apis mellifera. In order to do so, an appetitive olfactory learning paradigm, the proboscis extension response was used. Three pairings of an odor (conditioned stimulus; CS) with sucrose (unconditioned stimulus; US) result in the induction of a protein synthesis-dependent consolidation process. During the time-interval of this process the initially sensitive CS-US association becomes persistent which results in the formation of a long-term memory. Retrieval of a consolidated memory by presentation of the CS-only can initiate two consolidation processes: Consolidation of an extinction memory and/or reconsolidation of an acquisition memory. Extinction is thought to be new learning, where animals learn about the CS-noUS association. The term reconsolidation describes a process during which the original memory is destabilized by the retrieval and requires protein synthesis in order to be restored. It is supposed that reconsolidation is necessary to add new information to the original memory. In a series of experiments I asked how the strength of the retrieval is associated with the subsequent consolidation processes. To do so I changed the number of CS-only presentation (one, two or five) to retrieve the consolidated memory and inhibited the resulting consolidation process by using the consolidation blocker emetine and anisomycin. Spontaneous recovery from extinction is induced by many (five), but not by few (one or two) retrieval trials. Spontaneous recovery from extinction is blocked by application of a consolidation inhibitor. The phenomenon of spontaneos recovery is explained by the reappearance of The CS-Us assosiotion after an extinction session. I concluded that reconsolidation of the acquisition memory underlies the phenomenon of spontaneous recovery. An extinction process is induced after two CS-only trials and the consolidation of the extinction memory can be inhibited by protein synthesis inhibitor. The induction of a protein synthesis-dependent consolidation of the extinction memory is contingent on the duration of the reward during conditioning. One CS-only trial induces a reconsolidation process, which can be inhibited only by the application of the double amount of consolidation inhibitor. Hence, reconsolidation after one retrieval trial is less vulnerable to protein synthesis inhibitor than consolidation.

Diese Arbeit widmet sich den Prozessen, die durch den Aufruf eines konsolidierten Gedächtnisses in der Honigbiene Apis mellifera induziert werden. Das hierzu gewählte appetitive Lernparadigma ist die olfaktorische Konditionierung des Rüsselreflexes, Proboscis-Extension-Responds (PER). Drei Paarungen eines Duftes (als konditionierter Stimulus, CS) mit Zuckerwasser, (als unkonditionierter Stimulus, US) leiten einen proteinsynthese-abhängigen Konsolidierungsprozess ein. Während dieses Prozesses wird die anfänglich sensitive und labile Assoziation zwischen CS und US gefestigt und ein Langzeitgedächtnis wird gebildet. Durch den Aufruf eines Gedächtnisses können zwei Prozesse initiiert werden: 1) Das Gedächtnis wird destabilisiert und eine erneute Konsolidierung ist notwendig (Rekonsolidierung) um es erneut zu festigen. 2) das Tier lernt eine neue Assoziation, die des CS-noUS. Dieser Vorgang wird Extinktion genannt. Beide Prozesse sind proteinsynthese-abhängig. Die zentrale Frage dieser Arbeit war, inwieweit die Stärke des Aufrufs des Gedächtnisses die nachfolgenden Konsolidierungsprozesse beeinflusst. Dazu wurde die Anzahl der unbelohnten Duftpräsentation für den Gedächtnisaufruf variiert (eine, zwei oder fünf). Die eingeleiteten Konsolidierungsprozesse wurden mit Hilfe von zwei Proteinsynthese-Inhibitoren Anisomycin und Emetin gehemmt. Nur nach fünf Duftpräsentationen wird das Phänomen spontaneous recovery from extinction sichtbar. Durch die Verwendung des Inhibitors konnte das Auftreten des Phänomens verhindert werden. Daraus schloss ich, dass Rekonsolidierung dem Phänomen von spontaneous recovery from extinction zu Grunde liegt. Zwei Duftpräsentationen induzieren ein Extinktionsprozess. Wird jedoch die Konsolidierung durch den Inhibitor gehemmt, kann kein Extinktionsgedächtnis ausgebildet werden. Des Weiteren konnte ich zeigen, dass die proteinsynthese-abhängige Konsolidierung des Extinktionsgedächtnisses auch von der Dauer des USs während des Trainings abhängt. Durch eine einmalige Duftpräsentation wird ein Rekonsolidierungsprozess ausgelöst. Ich zeigte dass er nur mit der doppelten Menge an Proteinsynthese-Inhibitor gehemmt werden kann. Diese Arbeit zeigt, dass der Aufruf des Gedächtnisses in der Honigbiene entweder zu Rekonsolidierung des Gedächtnisses oder Konsolidierung eines Extinktionsgedächtnisses führt. Die Anzahl der Duftpräsentation determinieren welcher der beiden Prozesse induziert wird.