Summary

Ein<em> In Vitro</em> Vorbereitung zur Auslösung und Aufzeichnung Feeding Motor Programme mit Physiologische Bewegungen in<em> Aplysia californica</em

Published: December 05, 2012
doi:

Summary

Wir beschreiben eine Technik, um extrazellulär erfassen und zu stimulieren von Nerven, Muskeln und einzelnen identifizierten Neuronen<em> In vitro</em> Sobald Hervorrufen und Beobachten verschiedener Zuführen Verhalten in der Zuführvorrichtung der<em> Aplysia</em>.

Abstract

Multifunktionalität, die Fähigkeit einer Umfangsstruktur, um mehrere, unterschiedliche Verhaltensweisen 1 zu erzeugen, erlaubt eine rasche Anpassung Tieren ihr Verhalten an wechselnde Umweltbedingungen. Die Meeresschnecke Aplysia californica bietet eine tractable System zur Untersuchung der Multifunktionalität. Während der Nahrungsaufnahme erzeugt Aplysia mehrere verschiedene Arten von Verhaltensweisen mit dem gleichen Zuführvorrichtung, die bukkale Masse. Die Ganglien daß steuern diese Verhaltensweisen enthalten eine Reihe von großen, identifizierten Neuronen zugänglichen elektrophysiologische Untersuchung sind. Die Aktivität dieser Neuronen in Motor-Programme, die in zwei Arten, und Ingestiv egestive Programme, über den Zeitpunkt der neuronalen Aktivität, schließt das Lebensmittel Greifer relativ zu der neuronalen Aktivität basierend unterteilt werden beschrieben worden, dass protracts oder zurückzieht der Greifer 2. Allerdings in isolierten Ganglien, sind die Muskelbewegungen, die diese Verhaltensweisen erzeugen würde fehlen, so dass esschwerer zu sein, ob die Motor-Programme beobachtet Korrelate realen Verhalten sind. In vivo Nerv und Muskel Aufnahmen gewonnen wurden entsprechend Ernährungsprogramme 2,3,4, aber es ist sehr schwierig, direkt von einzelnen Neuronen 5 aufzuzeichnen. Zusätzlich in vivo kann ingestive Programmen weiter in beißt und verschlingt 1,2, eine Unterscheidung, die nur schwer in den meisten bisher in vitro beschriebenen Präparate machen, ist unterteilt werden.

Der suspendierte bukkalen Masseaufbereitung (Abbildung 1) schließt die Lücke zwischen isolierten Ganglien und intakten Tieren. In dieser Vorbereitung ingestive Verhaltensweisen – sowohl Beißen und Schlucken – und können egestive Verhaltensweisen (Ablehnung) ausgelöst werden, zur gleichen Zeit als einzelne Neuronen aufgenommen werden können und angeregt mit extrazellulären Elektroden 6. Die Zustellbewegungen mit diesen verschiedenen Verhaltensweisen zugeordnet werden Recor seinded, quantifiziert und direkt an die motorischen Programmen verwandt. Die Motor-Programme in der aufgehängten Masse bukkalen Herstellung zu sein scheinen ähnlich zu denen in vivo als werden motorischen Programmen ausgelöste in isolierten Ganglien beobachtet. Somit können die Programme in diesem Motor Zubereitung betragen mehr direkt zu in vivo Verhalten in Bezug, zur gleichen Zeit, sind einzelne Neuronen besser zugänglich, um die Aufnahme und Stimulation als in intakten Tieren. Darüber, wie ein Zwischenschritt zwischen isolierten Ganglien und intakten Tieren, Erkenntnisse aus der abgehängten bukkalen Masse kann bei der Interpretation der Daten sowohl in reduzierter und intakte Einstellungen erhalten helfen. Der suspendierte bukkalen Masseaufbereitung ist ein nützliches Werkzeug für die Charakterisierung der neuronalen Steuerung der Multifunktionalität in Aplysia.

Protocol

Ein. Herstellung von Lösungen Zu Magnesiumchlorid-Lösung, isotonische zu dem Meerwasser in der die Tiere gehalten (~ 1.000 millosmolar) ist vorzubereiten, markieren eine große Kanne auf Höhe des gewünschten Volumens. Füllen Sie die Kanne mit destilliertem Wasser auf etwa 80% dieser Ebene und abwiegen die entsprechende Menge an Magnesiumchloridhexahydrat eine 333 mM Lösung im Endvolumen erstellen. Fügen Sie den Magnesiumchlorid zu dem Krug, den Deckel schließen und kräftig schütteln, bis das Magnesi…

Representative Results

When an extracellular electrode is positioned above a neuron’s soma and used to stimulate the neuron, a one-for-one correspondence between spikes on the soma channel and on the nerve(s) the neuron projects to can be observed (Figure 6, left panel, stimulation of identified neuron B9). The soma channel (top channel) is set to stimulating mode when the current is applied (time 1 in the figure), and is then quickly switched to recording mode (time 2). By maintaining the position of the electrode, the…

Discussion

Frühere Arbeiten haben Aplysia Motors Programme in dem intakten Tier und in reduzierter Zubereitungen wie isolierten Ganglien charakterisiert. Im intakten Tier, wobei Aufzeichnungen von einzelnen Neuronen wurden 5 erhalten wurden, sind solche Experimente sehr schwierig, und Elektroden können nicht von Neuron zu Neuron werden während der Zuführung verschoben. In isolierten Ganglien, können die Zustellbewegungen durch neuronale Aktivität induziert nicht beobachtet werden. Der suspendierte bukkale…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde von NIH NS047073 und NSF DMS1010434 unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium chloride Fisher Scientific S671 Biological, Certified
Potassium chloride Fisher Scientific P217 Certified ACS
Magnesium chloride hexahydrate Acros Organics 19753 99%
Magnesium sulfate heptahydrate Fisher Scientific M63 Certified ACS
Calcium chloride dihydrate Fisher Scientifc C79 Certified ACS
Glucose (dextrose) Sigma-Aldrich G7528 BioXtra
MOPS buffer Acros Organics 17263 99%
Carbachol Acros Organics 10824 99%
Sodium hydroxide Fisher Scientific SS255 Certified
Hydrochloric acid Fisher Scientific SA49 Certified
Single-barreled capillary glass A-M Systems 6150  
Flaming-Brown micropipette puller model P-80/PC Sutter Instruments   Filament used: FT345B
Enamel coated stainless steel wire California Fine Wire   0.001D, coating h
Household Silicone II Glue GE    
Duro Quick-Gel superglue Henkel corp.    
A-M Systems model 1700 amplifier A-M Systems   Filter settings: 300-500 Hz nerves,10-500 Hz I2 muscle
Pulsemaster Multi-Channel Stimulator World Precision Instruments A300  
Stimulus Isolator World Precision Instruments A360  
AxoGraph X AxoGraph Scientific    
Veeder-Root Totalizing Counter Danaher C342-0562  
Gold Connector Pins Bulgin SA3148/1  
Gold Connector Sockets Bulgin SA3149/1  
Sylgard 184 Silicone Elastomer Dow Corning    
100 x 50 mm Crystalizing Dish Pyrex    
High Vacuum Grease Dow Corning    
Pipet Tips Fisher Scientific 21-375D  
Minutien Pins Fine Science Tools 26002-10  
Modeling Clay Sargent Art 22-4400  
Silk Sutures Ethicon K89OH  
Whisper Air Pump Tetra 77849  
Aquarium Tubing Eheim 7783 12/16 mm
Elite Airstone Hagen A962  
Vannas Spring Scissors Fine Science Tools 15000-08  
Dumont #5 Fine Forceps Fine Science Tools 11254-20  
Yaki Sushi Nori Seaweed Rhee Bros    
Kimwipes Kimberly-Clark 34155  

References

  1. Neustadter, D. M., Herman, R. L., Drushel, R. F., Chestek, D. W., Chiel, H. J. The kinematics of multifunctionality: comparisons of biting and swallowing in Aplysia californica. J. Exp. Biol. 210, 238-260 (2007).
  2. Morton, D. W., Chiel, H. J. In vivo buccal nerve activity that distinguishes ingestion from rejection can be used to predict behavioral transitions in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 172, 17-32 (1993).
  3. Hurwitz, I., Neustadter, D., Morton, D. W., Chiel, H. J., Susswein, A. J. Activity patterns of the B31/B32 pattern initiators innervating the I2 muscle of the buccal mass during normal feeding movements in Aplysia californica. J. Neurophys. 75, 1309-1326 (1996).
  4. Cullins, M. J., Chiel, H. J. Electrode fabrication and implantation in Aplysia californica for multi-channel neural and muscular recordings in intact, freely behaving animals. J. Vis. Exp. (40), e1791 (2010).
  5. Warman, E. N., Chiel, H. J. A new technique for chronic single extracellular recording in freely behaving animals using pipette electrodes. J. Neurosci. Methods. 57, 161-169 (1995).
  6. Lu, H., Chestek, C. A., Shaw, K. M., Chiel, H. J. Selective extracellular stimulation of individual neurons in ganglia. J. Neural Eng. 5, 287-309 (2008).
  7. Church, P. J., Lloyd, P. E. Expression of diverse neuropeptide cotransmitters by identified motor neurons in Aplysia. J. Neurosci. 11, 618-625 (1991).
  8. Church, P. J., Lloyd, P. E. Activity of multiple identified motor neurons recorded intracellularly during evoked feedinglike motor programs in Aplysia. J. Neurophys. 72, 1794-1809 (1994).
  9. Nargeot, R. N., Baxter, D. A., Byrne, J. H. Contingent-dependent enhancement of rhythmic motor patterns: an in vitro analog of operant conditioning. J. Neurosci. 17, 8093-8105 (1997).
  10. Kandel, E. R. . Behavioral biology of Aplysia. , (1979).
  11. Scott, M. L., Govind, C. K., Kirk, M. D. Neuromuscular organization of the buccal system in Aplysia californica. J. Comp. Neurol. 312, 207-222 (1991).
  12. Susswein, A. J., Rosen, S. C., Gapon, S., Kupfermann, I. Characterization of buccal motor programs elicited by a cholinergic agonist applied to the cerebral ganglion of Aplysia californica. J. Comp. Physiol. A. 179, 509-524 (1996).
  13. Kupfermann, I. Feeding behavior in Aplysia: A simple system for the study of motivation. Behav. Biol. 10, 1-26 (1974).
  14. Morton, D. W., Chiel, H. J. The timing of activity in motor neurons that produce radula movements distinguishes ingestion from rejection in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 173, 519-536 (1993).
  15. Weiss, K. R., Chiel, H. J., Koch, U., Kupfermann, I. Activity of an identified histaminergic neuron, and its possible role in arousal of feeding behavior in semi-intact Aplysia. J. Neurosci. 6, 2403-2415 (1986).
  16. Jing, J., Weiss, K. R. Generation of variants of a motor act in a modular and hierarchical motor network. Curr. Biol. 15, 1712-1721 (2005).
  17. Jing, J., Weiss, K. R. Neural mechanisms of motor program switching in Aplysia. J. Neurosci. 21, 7349-7362 (2001).
  18. Morgan, P. T., Jing, J., Vilim, F. S., Weiss, K. R. Interneuronal and peptidergic control of motor pattern switching in Aplysia. J. Neurophysiol. 87, 49-61 (2002).
  19. Jing, J., Cropper, E. C., Hurwitz, I., Weiss, K. R. The construction of movement with behavior-specific and behavior-independent modules. J. Neurosci. 24, 6315-6325 (2004).

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Cite This Article
McManus, J. M., Lu, H., Chiel, H. J. An In Vitro Preparation for Eliciting and Recording Feeding Motor Programs with Physiological Movements in Aplysia californica. J. Vis. Exp. (70), e4320, doi:10.3791/4320 (2012).

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