Dit artikel beschrijft een succesvol systeem voor het opnemen van neuronen in het centrale complex (CC) van de kakkerlak, Blaberus discoidalis, als het insect loopt in een arena en deals met voorwerpen die ervoor zorgen dat het om te draaien, tunnel onder of klimmen over obstakels. De draden kunnen ook worden aangesloten op een stimulator activiteit te roepen in de omliggende neuropil met als gevolg gedragsveranderingen.

In de afgelopen tien jaar veel aandacht is gericht op de rol die de verschillende gebieden van de hersenen in het controleren van gedrag van insecten. Veel van deze focus is gericht op de middellijn hersenen neuropils die gezamenlijk worden aangeduid als het centrale complex (CC). Er is vooruitgang geboekt als gevolg van grote rassen van technieken gericht vragen over de rol van de CC in gedrag. Deze technieken variëren van neurogenetische manipulaties, voornamelijk in Drosophila, gekoppeld behavimondelinge analyse ^1-3, om elektrofysiologische technieken die de neurale activiteit in de CC en poging om die activiteit betrekking hebben op gedragsmatig relevante parameters te monitoren.

Elektrofysiologische technieken omvatten intracellulaire opname van individuele geïdentificeerde neuronen ^4-9 en extracellulaire, vaak met multi channel sondes ^10,11. Deze twee technieken zijn gratis. Intracellulaire opname met scherpe elektroden of whole cell patch biedt zeer gedetailleerde gegevens over geïdentificeerde neuronen, maar is beperkt tot een of twee cellen tegelijk, vereist weinig of geen beweging, en kan worden gehandhaafd voor een relatief korte periode van tijd. Extracellulaire opnames kunnen eenvoudig worden ingesteld, hoeft terughoudendheid niet nodig, en kan worden gehandhaafd voor uren. Met multi channel tetrodes en cluster snijden, kan vrij grote populaties van neuronen tegelijkertijd ^9,12 worden geanalyseerd. Terwijl de hele cel patch is met succes gebruikt in tethered insecten ^13, vinden wij dat er ook behoefte aan technieken die ons toelaten om neurale activiteit op te nemen in de hersenen voor langere tijd in vrij gedragen insecten zoals zij omgaan met belemmeringen voor voorwaartse beweging.

De noodzaak om op te nemen als het insect beweegt en stuitert op en neer duwde ons naar extracellulaire technieken. We hebben goed succes opname had ingehouden preparaten handel verkrijgbare 16 kanalen silicium sondes ^11, maar de geringe omvang van zelfs grote kakkerlakken betekent dat de probes lichaam worden gemonteerd af. Dat, in combinatie met de gevoeligheid van de sonde tanden, die ze ongeschikt voor een gratis wandel preparaat. In twee eerdere projecten, gebruikten we bundels van fijne draden die een Tetrode soortgelijke opname eigenschappen te bereiken, maar in een meer robuuste regeling. Deze Tetrode bundels liet ons op te nemen van tethered kakkerlakken eend betrekking CC eenheid activiteit op veranderingen in te lopen en de snelheid ¹⁴ gedrag als gevolg van antennal contact met een staaf ¹⁰ draaien.

Zo nuttig als deze tethered voorbereidingen zijn en zullen blijven, doen ze presenteren een aantal beperkingen. Ten eerste, het gedrag dat het insect kan uitvoeren zijn beperkt tot een vlak. Dat wil zeggen, we konden gemakkelijk veranderingen in loopsnelheid of draaien roepen, maar klimmen en tunneling acties waren niet mogelijk, in ieder geval met de typische tether regeling. Ten tweede, onze tethered voorbereidingen zijn "open loop". Dat is, zij niet toestaan ​​normale voortbewegingsapparaten feedback aan het systeem. Dus, zoals de kakkerlak ingeschakeld onze tether, de visuele wereld was niet dienovereenkomstig gewijzigd. Het is mogelijk om gesloten lus tether systemen te bouwen om dit soort feedback te introduceren. Ze worden echter beperkt door de complexiteit van de programmering en hardware van de gesimuleerde visuele omgeving. Nevertheless, vonden we dat we op onze bestaande tethered opname methoden zou kunnen verbeteren door het opnemen van het dier als het vrij in een arena of track en kwam objecten als hij zou in zijn natuurlijke omgeving gelopen.

Hoewel draadloze systemen voor de registratie van hersenactiviteit ¹⁵ zou ideaal zijn, de huidige systemen hebben beperkingen in het aantal opname-kanalen, de tijd van data-acquisitie, het leven en het gewicht van de batterij. Daarom hebben we gekozen om te proberen onze tethered opnamesysteem voor gebruik aan te passen in vrij bewegende preparaten. Betere draadloze systemen beschikbaar komen, kan deze techniek gemakkelijk worden aangepast aan dergelijke inrichtingen. Het systeem dat wordt beschreven in dit artikel is licht van gewicht, werkt erg goed en lijkt weinig schadelijk effect op het gedrag van de kakkerlak hebben. Met een goedkope high speed camera en cluster snijden software, kan de activiteit in individuele hersenen neuronen worden gerelateerd aan beweging. Hier beschrijven we de preparatie van de Tetrode draden en hun implantatie in de hersenen van het insect en opnametechnieken voor elektrische activiteit en beweging en hoe die gegevens kunnen elkaar worden gebracht voor verdere analyse.