I artikeln beskrivs ett framgångsrikt system för registrering av nervceller i det centrala komplexet (CC) i kackerlacka, Blaberus discoidalis, eftersom insekten promenader i en arena och handlar om föremål som orsakar den för att slå runt, tunnel under eller klättra över hinder. Trådarna kan även vara kopplad till en stimulator för att framkalla aktiviteten i den omgivande neuropil med åtföljande beteendeförändringar.

Under det senaste årtiondet stor uppmärksamhet har riktats mot de roller som olika hjärnregioner i att kontrollera insekts beteende. Mycket av detta fokus har riktats mot mittlinjen i hjärnan neuropils som kollektivt hänvisas till som den centrala komplex (CC). Framsteg har gjorts som ett resultat av många sorter av metoder riktade frågor om den roll som CC i beteendet. Dessa tekniker varierar från neurogenetiska manipulationer, främst i Drosophila, tillsammans med behavimuntlig analys ^1-3, till elektrofysiologiska tekniker som övervakar neural aktivitet inom CC och försöka relatera denna verksamhet till beteendemässigt relevanta parametrar.

Elektrofysiologiska tekniker är intracellulära inspelning från enskilda identifierade nervceller ^4-9 och extracellulära inspelning, ofta med flerkanalssonder ^10,11. Dessa två tekniker är kostnadsfri. Intracellulär inspelning med skarpa elektroder eller hela cell patch ger mycket detaljerade uppgifter om identifierade nervceller, men är begränsad till en eller två celler på en gång, med begränsad, eller ingen rörelse, och kan bibehållas under relativt korta tidsperioder. Cellulära inspelningar kan enkelt ställa in, inte kräver återhållsamhet, och kan upprätthållas i timmar. Med flerkana tetrodes och kluster skärning, kan relativt stora populationer av nervceller analyseras samtidigt ^9,12. Medan helcells patch har framgångsrikt använts i uppbundna insekter ^13, känner vi att det också finns ett behov av teknik som tillåter oss att spela in neural aktivitet i hjärnan under lång tid i fritt bete sig insekter som de behandlar hinder för rörelse framåt.

Behovet av att spela in som insekts rör sig och studsar upp och ner drivit oss mot extracellulära inspelningsmetoder. Vi har haft god framgång inspelning i återhållsamma beredningar av kommersiellt tillgängliga 16 kanaler kisel sonder ^11, men den lilla storleken av även stora kackerlackor innebär att prober måste vara monterade utanför kroppen. Det, i kombination med delikatess av sond pinnar, gjorde dem olämpliga för en fri vandring förberedelse. I två tidigare projekt använde vi buntar av fina trådar som bildar en tetrode att åstadkomma liknande inspelnings egenskaper men i en mer robust arrangemang. Dessa tetrode buntar tillät oss att spela in från bundna kackerlackor end relatera CC-enheten aktivitet på förändringar i gånghastighet ¹⁴ och vrida beteende till följd av antenn kontakt med en stav ^10.

Som användbara eftersom dessa tjudrade förberedelser har varit och kommer att fortsätta att vara, de presentera några begränsningar. Först de beteenden som insekten kan utföra är begränsade till ett plan. Det vill säga, vi kan lätt framkalla förändringar i gånghastighet eller svarvning, men klättring och tunnel åtgärder inte var möjliga, åtminstone med den typiska tjuder arrangemanget. För det andra, våra bundna preparat "open loop". Det vill säga, att de inte tillåter normal rörelse relaterad återkoppling till systemet. Således, eftersom kackerlacka aktiverat vår tjuder, dess visuella värld ändrades inte i enlighet därmed. Det är möjligt att bygga slutna slingförankringssystem för att införa denna typ av feedback. De är dock begränsad av komplexiteten av programmering och hårdvara för den simulerade visuell miljö. Nevertheless, ansåg vi att vi kunde förbättra våra befintliga uppbundna inspelningsmetoder genom att spela in från djuret som det gick fritt i en arena eller spår och stött på föremål som det skulle i sin naturliga omgivning.

Även trådlösa system för registrering av hjärnaktivitet ¹⁵ skulle vara perfekt, dagens system har begränsningar i antalet inspelningskanaler, tid för datainsamling, batteritid och vikt. Vi därför valt att försöka anpassa vårt bundna registreringssystem för användning i fritt rörliga förberedelser. Såsom bättre trådlösa system blir tillgängliga, kan denna teknik lätt anpassas till sådana anordningar. Systemet som beskrivs i denna artikel är låg vikt, fungerar mycket bra och verkar ha liten skadlig effekt på kackerlacka beteende. Med en billig höghastighetskamera och kluster skärande programvara, kan aktiviteten i enskilda hjärnans nervceller vara relaterade till rörelse. Här beskriver vi den förberederation av tetrode ledningar och deras implantering i insektens hjärna samt inspelningstekniker för elektrisk aktivitet och rörelse och hur dessa data kan sammanföras för efterföljande analys.