자유롭게 곤충 워킹 뇌 세포 와이어 사극 기록
Summary
우리는 이전에 우리가 닿는 바퀴벌레의 개별 단위의 활동을 모니터링 할 수 있습니다 바퀴벌레 뇌의 중심 단지로 사극 전선을 주입하는 기술을 개발했다. 여기에서 우리는 우리가 자유롭게 곤충을 움직이는 뇌 활동을 기록 할 수 있도록하는 기술의 수정 된 버전을 제시한다.
Abstract
곤충 모터 제어의 두뇌 활동의 역할에 대한 관심의 증가는 우리가 곤충이 자연적인 동작을 수행하는 동안 신경 활동을 모니터 할 수 있어야합니다. 속박 된 바퀴벌레가 설정 또는 변경 보행 속도 동안 우리는 이전에 우리가 동시에 여러 뉴런의 활동을 기록 할 수 바퀴벌레 뇌의 중심 단지로 사극 전선을 주입하는 기술을 개발했다. 주요 사전 동안 닿는 제제는 제한된 동작에 대한 액세스를 제공하고 종종 자유롭게 동물을 이동에서 발생 피드백 과정이 없다. 우리는 지금 우리가 경기장에서 도보로, 회전 상승 또는 터널링 장벽에 의해 처리로 자유롭게 바퀴벌레 이동의 중심 복잡한에서 기록 할 수 있도록하는 기술의 수정 된 버전을 제시한다. 고속 비디오 및 클러스터 절단과 함께, 우리는 이제 자유롭게 행동 곤충의 움직임의 다양한 매개 변수에 뇌의 활동을 관련 될 수있다.
Introduction
곤충은 아래에, 주위에 터널을 설정하거나 장애물을 통해 상승하는 원인이 개체와 경기장 및 상품의 안내로이 기사는 중앙 복잡한 바퀴벌레, Blaberus의 discoidalis의 (CC) 내에서 뉴런에서 기록하는 성공적인 시스템을 설명합니다. 전선은 필연적 인 행동 변화와 주변 neuropil 활동을 보여주고있는 자극에 연결할 수 있습니다.
지난 십 년간 상당한 관심 곤충의 행동을 제어하는 다양한 뇌 영역에서 수행하는 역할에 지시했습니다. 이 초점의 대부분은 공동으로 중앙 복잡한 (CC)이라고합니다 중간 선 뇌 neuropils 향한되었습니다. 진행 동작의 CC의 역할에 대한 질문을 대상으로 기술의 다양한 종류의 결과로 만들어진되었습니다. 이러한 기술은 behavi과 함께 주로 초파리 neurogenetic 조작, 범위CC와 행동으로 관련 매개 변수에 그 활동을 관련 시도에서 신경 활동을 모니터 전기 생리학 기술 경구 분석 1-3.
전기 생리학 기술들은 멀티 채널 프로브를 10, 11으로, 개인 식별 뉴런 4-9 및 세포 녹화에서 세포 내 기록이 (가) 있습니다. 이 두 기술은 무료로 이용하실 수 있습니다. 날카로운 전극 또는 전체 세포 패치 세포 내 기록이 확인 된 뉴런에 대한 매우 상세한 데이터를 제공하지만, 한 번에 하나 또는 두 개의 세포로 제한, 제한되거나 운동이 필요하고 시간이 상대적으로 짧은 기간 동안 유지 될 수있다. 세포 외 기록은 쉽게 억제를 필요로하지 않고, 설정 될 수 있고, 시간 동안 유지 될 수있다. 멀티 채널 tetrodes 및 클러스터 절단으로, 신경 세포의 상당히 큰 인구는 9,12 동시에 분석 할 수 있습니다. 반면 전체 휴대 덧대 어 깁기 Diy시간이 성공적으로 닿는 곤충 (13)에 사용 된, 우리는 그들이 앞으로 이동에 대한 장벽에 대처로 우리가 자유롭게 곤충 행동에 오랜 기간 동안 뇌의 신경 활동을 기록 할 수있는 기술에 대한 필요성도 있습니다 생각합니다.
아래 곤충의 움직임과 최대 반사와 같은 기록 할 필요가 세포 외 기록 방법으로 우리를 밀어. 우리는 상업적으로 이용 가능한 16 채널 실리콘 프로브 (11)에 구속 준비에 좋은 성공의 기록을 가지고있다, 그러나도 큰 바퀴벌레의 작은 크기는 프로브가 몸을 장착 할 필요가 있다는 것을 의미한다. 즉, 프로브 타인의 섬세함과 함께, 무료 도보로 준비하기에 부적절했다. 이전의 두 프로젝트에서 우리는 유사한 기록 속성을 달성하기 위해 사극을 형성하는 미세 와이어 번들을 사용하지만보다 강력한 배열. 이러한 사극 번들은 우리가 닿는 바퀴벌레에서 기록 할 수속도 14을 걷고로드 (10)와 더듬이 접촉으로 인해 발생하는 문제를 선회의 변화에 CC 유닛 활동을 관련 거라고.
이 닿는 준비가되었습니다 앞으로도 계속 될으로 유용한, 그들은 몇 가지 제한 사항을 제시 할. 첫째, 곤충 수행 할 수있는 행동은 하나의 평면에 제한됩니다. 즉, 우리가 쉽게 보행 속도 또는 회전의 변화를 불러 일으킬 수있는,하지만 등산과 터널링 작업은 적어도 일반적인 밧줄 배열로 가능하지 않았다. 둘째, 우리 곁에 준비 "루프"입니다. 즉, 그들이 시스템에 수직 운동과 관련된 피드백을 허용하지 않는 것이다. 바퀴벌레는 우리의 밧줄에 보니 따라서, 시각적 세계는 그에 따라 변경되지 않았습니다. 그것은 이런 종류의 피드백을 소개하는 폐쇄 루프 밧줄 시스템을 구축 할 수 있습니다. 그러나, 이들은 모의 시각적 환경의 프로그래밍 및 하드웨어의 복잡도에 의해 제한된다. Nevertheles의, 우리는 그것의 자연 환경에서와 마찬가지로 경기장 트랙 및 발견 된 개체에서 자유롭게 걸어 우리가 동물에서 기록하여 기존 닿는 기록 방법을 개선 할 수 있음을 느꼈다.
뇌의 활동 (15)를 기록하기위한 무선 시스템이 이상적인 것 있지만, 현재의 시스템은 레코딩 채널의 수, 데이터 수집, 배터리 수명과 무게의 시간에 한계가있다. 그러므로 우리는 자유롭게 준비를 이동에 사용하기 위해 우리 곁에 기록 시스템을 적용하기 위해 노력하기로했다. 나은 무선 시스템이 제공되면,이 기술은 좀처럼 그러한 장치에 적용될 수있다. 이 문서에 설명되어있는 시스템은 경량 매우 잘 작동하고 바퀴벌레의 행동에 약간 해로운 영향을 미칠 것으로 보인다. 저렴한 고속 카메라와 클러스터 절단 소프트웨어와 함께, 각각의 뇌 신경 세포의 활동은 운동과 관련 될 수있다. 여기서 우리는 prepar을 설명사극 와이어와 곤충의 뇌에 자신의 주입뿐만 아니라 전기 활동과 운동과 이러한 데이터를 기록하는 기술의 ATION 후속 분석을 위해 소집 할 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
곤충의 뇌의 CC 또는 다른 지역에 이전 전기 생리학 연구는 행동의 중앙 제어에 대한 통찰력으로 우리를 제공하고 있지만, 대부분은 절제된 준비 9,11 또는 닿는 것 10,14 하나에서 수행되었다. 그 결과, 동물의 감각 경험과 생리 학적 상태는 자연 환경과는 매우 다를 수 있습니다. 또한, 동물이 수행 할 수있는 행동 작업은 그 상황에서 하나의 비행기로 제한됩니다. 여기에 우리가 자?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 제안 닉 Kathman 감사하고 원고를 준비에 도움이됩니다. 이 기술은 부여 FA9550-10-1-0054와 RER에 부여 번호 IOS-1120305 아래에있는 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에서 AFOSR에서 지원하는 작업과 함께 개발되었다.
Materials
| Nichrome wire | Sandvik Heating Technology | Kanthal RO-800 | Use for tetrode |
| Biomedical polyethylene tubing | A-M Systems | 800700 | Use for tetrode tubing |
| Lynx-8 | Neuralynx | Use for multi-unit recording | |
| Cheetah 32 | Neuralynx | Use for multi-unit recording | |
| High speed camera | Basler | A602f | Use fir video recording for walking experiments |
| High speed camera | Casio | EX-FC150 | Use for video recording for climbing experiments |
| WINanalyze | Winanalyze | version 1.4 3D | Use for video tracking |
| Matlab | MathWorks | MATLAB R2012b | Use for TTL pulse generation and off-line data analysis |
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