Denne artikel beskriver et vellykket system til optagelse fra neuroner i det centrale kompleks (CC) af kakerlak, Blaberus discoidalis, som insektet vandreture i en arena og beskæftiger sig med genstande, der forårsager den til at dreje rundt, tunnel under eller klatre over forhindringer. Trådene kan også være forbundet til en stimulator at fremkalde aktivitet i den omgivende neuropil med deraf følgende adfærdsændringer.

I det seneste årti betydelig opmærksomhed har været rettet mod de roller, som de forskellige områder af hjernen med at kontrollere insekt adfærd spilles. Meget af dette fokus har været rettet mod midterlinjen hjernen neuropils der er kollektivt benævnt centrale kompleks (CC). Der er gjort fremskridt som et resultat af mange sorter af teknikker rettet mod spørgsmål om den rolle, som CC i adfærd. Disse teknikker spænder fra neurogenetic manipulationer, primært i Drosophila, kombineret med opføoral analyse ^1-3, til elektrofysiologiske teknikker, der overvåger neurale aktivitet inden for CC og forsøg på at relatere denne aktivitet til adfærdsmæssigt relevante parametre.

Elektrofysiologiske teknikker omfatter intracellulær optagelse fra de enkelte identificerede neuroner ^4-9 og ekstracellulære optagelse, ofte med multi-kanal sonder ^10,11. Disse to teknikker er gratis. Intracellulær optagelse med skarpe elektroder eller hel celle patch giver meget detaljerede oplysninger om identificerede neuroner, men er begrænset til en eller to celler på en gang, kræver begrænset eller ingen bevægelse, og kan opretholdes i relativt korte perioder. Ekstracellulære optagelser kan nemt oprette, ikke kræver tilbageholdenhed, og kan opretholdes i timevis. Med multi-kanal tetrodes og klynge skæring, kan forholdsvis store populationer af neuroner analyseres samtidig ^9,12. Mens helcelle PATCh har været anvendt med succes i tøjrede insekter ^13, mener vi, at der også er et behov for teknikker, der tillader os at optage neurale aktivitet i hjernen i lange perioder i frit opfører insekter, som de beskæftiger sig med barrierer for bevægelse fremad.

Behovet for at optage som insekt bevæger sig og hopper op og ned skubbet os mod ekstracellulære optagelse metoder. Vi har haft god succes optagelse tilbageholdende præparater med kommercielt tilgængelige 16 kanaler silicium sonder ^11, men den lille størrelse af selv store kakerlakker betyder, at sonderne skal monteres fra kroppen. Det, kombineret med delikatesse af sonden tænder, gjorde dem uegnede til en gratis walking forberedelse. I to tidligere projekter, vi brugte bundter af fine tråde, der danner en tetrode at udrette lignende optagelse egenskaber, men i en mere robust arrangement. Disse tetrode bundter tilladt os at optage fra tøjrede kakerlakker end relatere CC enhed aktivitet til ændringer i ganghastighed ¹⁴ og dreje adfærd som følge af antennal kontakt med en stang ^10.

Så nyttige som disse tøjrede forberedelser har været og vil fortsat være, gør de præsentere nogle begrænsninger. Først, den adfærd, insektet kan udføre er begrænset til et plan. Det er, kunne vi let fremkalde ændringer i ganghastighed eller drejning, men klatring og tunneling handlinger ikke var muligt, i det mindste med den typiske tøjr arrangement. For det andet, vores tøjrede præparater "open loop". Det vil sige, at de ikke giver mulighed for en normal bevægelse i forbindelse feedback til systemet. Således som den kakerlak tændt vores tøjr, dens visuelle verden blev ikke ændret i overensstemmelse hermed. Det er muligt at bygge lukkede sløjfe tether systemer til at indføre denne form for feedback. Men de er begrænset af kompleksiteten af ​​programmeringen og hardware simulerede visuelle miljø. Ikke desto mindre skals, vi følte, at vi kunne forbedre vores eksisterende tøjrede optagelse metoder ved at optage fra dyret, da det gik frit i en arena eller spor og stødte objekter, som det ville i sine naturlige omgivelser.

Selvom trådløse systemer til registrering af hjernens aktivitet ¹⁵ ville være ideelt, nuværende systemer har begrænsninger i antallet af optagekanaler, tidspunkt for dataopsamling, batterilevetid og vægt. Vi har derfor valgt at forsøge at tilpasse vor tøjret registreringssystem til brug i frit bevægelige præparater. Som bedre trådløse systemer bliver tilgængelige, kan denne teknik let kan tilpasses disse anordninger. Det system, der er beskrevet i denne artikel er lette vægt, virker meget godt og synes at have ringe skadelig virkning på kakerlak adfærd. Med en billig high speed kamera og klynge skæring software, kan aktivitet i individuelle hjerne neuroner være relateret til bevægelse. Her beskriver vi preparation af tetrode ledninger og deres implantation i insektets hjerne samt optagelse teknikker til elektrisk aktivitet og bevægelse, og hvordan disse data kan bringes sammen til efterfølgende analyse.