本文介绍了蟑螂腹神经索解剖,并从塞卡尔神经和连接词外记录。由塞卡尔神经或尾叶的直接机械刺激的电刺激产生诱发反应。
蟑螂腹神经索制剂是易于处理的系统,用于神经行为学实验,神经网络建模和测试杀虫剂的生理效应。本文介绍了可用于测定昆虫的神经系统如何响应环境扰动蟑螂感官方式的范围。这里强调的是由尾叶在美洲大蠊巨头光纤传输介导的逃避行为。这在原位制备只需要适度的解剖技能和专长电产生的神经元活动的可重复的记录。肽或其它化学试剂然后可以在与生理盐水溶液直接施加到神经系统。杀虫剂也可事先对解剖给药和避让电路可以作为中枢神经系统的兴奋性状态的代理。在这样的背景下在此描述的测定法也是有用的对r感兴趣的肢体再生和神经系统发育的演化esearchers为其P.美洲是一个既定的模式生物。
有超过4000种的蟑螂,但只有约30是家喻户晓的害虫。也许最认可的是名不副实的美洲大蠊美洲大蠊起源于非洲,现在发现几乎无处不在这个星球上。除了 它的运行速度快1,回避行为,在热带P。美洲是能够飞行2,3。
蟑螂的中枢神经系统(CNS)的主要特点是它的分段控制的性质和权力下放进程4,5。脑,胸,腹部神经节是由成对的interganglionic连接词连接在一起形成腹神经索(VNC)。
在每个段的神经节整合中心。它们是由含有负责血 – 脑屏障渗透性只是它们下面的细胞外,皮层区域,以及神经元原稿的胞体的内廷中的神经节。这些胞体可能属于的interneurons,调节神经元,或运动神经元。他们提供保持原点(本地interneuron)的神经节内的神经轴突,或中枢神经系统(interganglionic的interneurons)的神经节或周围肌肉细胞(运动神经元)的终止之间的轴突投射。大多数胞体位于腹侧或ventrolaterally在皮层神经节5。配对,interganglionic连接词只包含轴突和无神经元胞体。
一个神经节的神经纤维含有胶质细胞(神经胶质),轴突束,轴突束和神经元的树突(突起)。该神经纤维缺乏是神经元细胞体。这就是神经细胞和整合投入之间的直接突触的沟通出现神经节内的区域。
美洲大蠊P的能力美洲检测和突然接近的捕食者回应(脚,汉d, 等等 。)已被归因于一种条件反射电路,包括尾叶和巨纤维系统6,7。的尾叶是一对位于上腹部的端部( 图1)喇叭状,风敏感结构。在体育美洲每个尾须的腹面含有约200毫(线程),它们分为14列毛。这些列的九个可以在不同的动物被一致认定根据相关联的受体细胞和轴突的响应特性。每个头发是在一个插座,它允许弯曲最容易在一个平面上,作为列特异性的。头发在沿其平面沿一个方向的运动导致在受体细胞去极化和脉冲串的动作电位(AP)的中的感觉神经元。移动在相反的方向抑制任何正在进行的自发的AP 8。偏转的响应和方向性的优选平面是不同在每列中。因此,filifor米毛发受体复合物不仅用于检测空气的运动,但也为“编码”,在接入点,从该气流源自的方向的形式负责任。此信息由中枢神经系统的处理结果在“合适的”逃避反应6,7。在感觉毛的这种功能,柱状特异性保存从动物到动物。
每个丝状毛发的受体细胞是负责转导毛发的机械偏转成神经事件(导致受影响的受体细胞的轴突9的突发或抑制该接入点通过塞卡尔行进到终端腹腔神经节(A6)神经XI,在那里它们与腹神经索(VNC)的巨轴突突触的巨轴突被认为是负责运动神经元的传输和随后的激励而导致的逃避行为6,10,11。
行为延迟Øf P的逃避反应美洲是最短的任何动物7中的一个。行为延时是一个刺激的在机械感受器的到来和逸出反应的开始之间的时间。在使用高速摄影记录从一个攻击蟾蜍的企图逃跑的实验中,蟑螂被观察到开始轮到它离蟾蜍在大约40毫秒(时间从舌头延伸的开始蟑螂运动7,12。使用控制喷风,行为延迟可以减少到11毫秒,其他的实验表明,12毫米/毫秒的最小风速度粉扑(用600毫米/毫秒2的加速度)可以唤起一个转义响应,而更低的速度(0.1毫米/秒)引起缓缓地走蟑螂停止移动12。
强相关性是巨大的光纤系统和逃逸行为之间通常存在已经有据可查13,14。在研究所元代其中一个特定的细胞是必要的和足够的唤起特定行为的小区被称为命令神经元15,16。巨人的interneurons(GIS)在P的风遁电路美洲是没有必要的反射。已经烧蚀实验动物大兵仍然表现,因此这些美国大兵不考虑命令的神经元17,18的逃避行为。切断颈连接词是喙的感觉电路也会影响行为,这表明从大脑降序输入有对逃逸19的方向的效果。精细控制和冗余的这些方面是最重要的有机体的生存,并通过生物 胺20的补充,神经化学调制。
该P.美洲神经索的准备一直是neuroethologists一个优雅的模型系统在过去的几十年开始,罗德<的开创性工作燮> 21。它允许学生记录,显示和分析由巨型的interneurons初级感觉活动,所得响应他们的输入22,23,24。除了传达的想法,可识别的神经回路背后的行为反应的环境,这些练习应该灌输给这个普通的家庭害虫作出的生物贡献的赞赏。
其中一个原因,参展的技术为这个经典的准备是,尾叶系统一直并且仍然是研究解决神经电路的发展问题以及关于突触的修复和再生26-31题的活跃领域。唤起活性的蟑螂腹神经索的任一方法可以用来检验的药理剂或杀虫剂对神经系统功能的影响。这些实验是通过简单地溶解神经活性化学物质进入盐水进行。交换这种解决方案与正常洗澡介质后,改变诱发或自发的活动可能会同时从连接词或运动神经记录给对中枢神经系统功能的化学品的效果一致的读数进行观察。
正如在所有的神经生理学实验的一个常见问题是电气噪声。可能是在为这些准备信号质量的最大因素我S上的神经组织抽吸电极密封。一个密封不完全在塞卡尔神经或结缔组织画是理想的。记录,也可以与神经索和绝缘的VNC与矿物油和凡士林的混合物下放置双钩电极制成。该混合物可以被加载到一个注射器和神经索32周围排出。还仔细解剖这里是至关重要的,因为在中枢神经系统的任何准备。有些人可能会发现更容易通过解剖背角质层进入中枢神经系统。虽然这减小了损坏腹神经索的可能性也可以是更难以用这种方法除去所有的内脏。
这里不描述,但该制剂是适合于细胞内记录的巨型的interneurons 32,33。整个神经索,也可以拆下来同时容纳几个记录和刺激电极。在触角叶,蘑菇博其实探索DY,和其他中枢神经系统前部结构仍在进行中34-35。而蟑螂中枢神经系统继续阐明现代神经生物学研究光这个特殊的准备是很简单的本科学术实验室使用。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢Hyewon库珀的插图。
Reagent | |||
Sylgard | Dow Corning | 182 silicone kit | 182 silicone elastomer kit |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5670 | |
NaH2PO4•2H2O | Sigma-Aldrich | 71505 | |
Na2HPO4•7H2O | Sigma-Aldrich | S9390 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 221465 | To adjust pH |
HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | To adjust pH |
Material Name | |||
Dissecting tools | World Precision Instruments | assortment | |
Insect Pins | Fine Science Tools, Inc | 26001-60 | |
Dissecting microscope | World Precision Instruments | PZMIII-BS | |
Glass electrodes | Sigma-Aldrich | CLS7095B5X | Box of 200, suction electrodes |
Micromanipulator | World Precision Instruments | MD4-M3-R | Can fix for base or on a metal rod |
Silver wire (10/1,000 inch) | A-M Systems | 782500 | |
Computer | any company | ||
AC/DC differential amplifier | A-M Systems | Model 3000 | |
PowerLab 26T | AD Instruments | 27T | |
Head stage | AD Instruments | Comes with AC/DC amplifier | |
LabChart7 | AD Instruments | ||
Electrical leads | any company | ||
Glass tools | make yourself | For manipulating nerves | |
Cable and connectors | any company | ||
Pipettes with bulbs | Fisher Scientific | 13-711-7 | Box of 500 |
Beakers | any company | ||
Wax or modeling clay | any company or local stores | ||
Stimulator | Grass Instruments | SD9 or S88 | |
Plastic tip for suction electrode | local hardware store (Watt's brand) | ¼ inch OD x 0.170 inch ID | Cut in small pieces. Pull out over a flame and cut back the tip to the correct size. |