Serbestçe Böcekler Yürüyüş Beyin Ektraselüler Tel Tetrode Kaydı
Summary
Biz daha önce bize gergin hamamböceği bireysel birimlerin etkinliğini izlemek için izin verir hamamböceği beyinlerinin merkezi kompleksi içine tetrode telleri implante için bir teknik geliştirdi. Burada bize de özgürce böcekler hareket beyin aktivitesini kaydetmenize olanak sağlayan tekniğin değiştirilmiş bir sürümü mevcut.
Abstract
Böcek motor kontrolünde beyin aktivitesinin rolü artan ilgi biz böcekler doğal davranışı gerçekleştirmek ise nöral aktiviteyi izlemek mümkün olmasını gerektirir. Bir gergin hamamböceği çıktı veya değiştirilmiş yürüme hızı Biz ise daha önce aynı anda birden bize nöronların aktivitesini kaydetmek için izin hamamböceği beyinlerinin merkezi kompleksi içine tetrode telleri implante için bir teknik geliştirdi. Büyük bir ilerleme olsa da, gergin hazırlıklar sınırlı davranışlara erişim sağlar ve genellikle serbestçe hayvanlar hareket meydana geribildirim süreçleri yoksundur. Şimdi bize de bir arenada yürümek ve dönüm tırmanma ya da tünel yoluyla engelleri ile uğraşmak gibi özgürce hamamböceği hareket merkezi kompleksinden kaydetmenize olanak sağlayan tekniğin değiştirilmiş bir sürümü mevcut. Yüksek hızlı video ve küme kesme ile birleştiğinde, biz şimdi özgürce davranmak böceklerin hareketinin çeşitli parametrelere beyin aktivitesini ilgili olabilir.
Introduction
Böcek o altında, etrafında tünel açmak, ya da engeller üzerinde tırmanmaya neden nesnelerle bir arenada ve fırsatlar yürür gibi bu makalede, merkezi kompleksi hamamböceği, Blaberus discoidalis ve (CC) içerisindeki nöronların kayıt için başarılı bir sistem anlatılmaktadır. Telleri de buna bağlı olarak davranış değişiklikleri ile çevresindeki nöropilde aktivitesi uyandırmak için bir uyarıcı bağlanabilir.
Son on yılda büyük ilgi böcek davranışlarını kontrol çeşitli beyin bölgeleri tarafından oynanan roller yönelik olmuştur. Bu odak çok toplu merkezi kompleksi (CC) olarak adlandırılan orta hat beyin neuropils doğru yönlendirilir edilmiştir. İlerleme davranış MK rolü hakkında sorular hedefleme teknikleri geniş çeşitleri bir sonucu olarak yapılmıştır. Bu teknikler davranışına ile birlikte esas olarak Drosophila nörogenetik manipülasyonlar, aralığıCC ve davranışsal ilgili parametreler için bu aktivite ile ilgilidir girişimi içinde nöral aktiviteyi izlemek elektrofizyolojik teknikler oral analiz 1-3.
Elektrofizyolojik teknikler çoğu zaman, çok kanallı probları 10,11 ile, tek tek tanımlanmış nöronlar 4-9 ve hücre dışı kayıt hücre içi kayıt içerir. Bu iki teknik ücretsizdir. Sivri elektrotlar veya bütün hücre yama ile hücre içi kayıt tespit nöronlarda çok ayrıntılı sağlar, ancak aynı anda bir veya iki hücreler ile sınırlıdır, sınırlı ya da hiç hareket gerektirir ve zaman nispeten kısa bir süre için muhafaza edilebilir. Ekstrasellüler kayıtları kolayca kısıtlama gerekmez, kurulabilir ve saat için muhafaza edilebilir. Çok kanallı tetrodes ve küme kesim, nöronların oldukça büyük nüfusları aynı anda 9,12 analiz edilebilir. Da bütün hücre patch başarıyla gergin böcekler 13 kullanılmıştır, biz onlar ileriye hareket engelleri ile uğraşmak gibi bize serbestçe böcekler davranıyor uzun süre için beyindeki nöral aktiviteyi kaydetmek için izin teknikleri için de ihtiyaç olduğunu hissediyorum.
Aşağı böcek hamle ve yukarı sıçrar ve olarak kaydetmek için ihtiyaç dışı kayıt yöntemleri bize doğru itti. Biz piyasada mevcut 16 kanal silikon sondalar 11 ile ölçülü hazırlıklarında iyi bir başarı kayıt vardı, ancak hatta büyük hamamböceği küçük boyutlu sondalar vücudunu monte edilmesi anlamına gelir. Yani, prob kollarının incelik ile birlikte, bir ücretsiz yürüyüş hazırlanması için uygun olmaktan yaptı. Önceki iki projelerde, benzer kayıt özelliklerini gerçekleştirmek için bir TETRODE oluşturan ince tellerin demetleri kullanılan ancak daha sağlam bir düzenleme. Bu tetrode demetleri bizi gergin hamamböceği kaydetmek için izin verilen birhızı 14 yürüme ve bir çubuk 10 ile antennal temas sonucunda davranış dönüm değişikliklere CC birim aktivite ile ilgilidir d.
Bu gergin hazırlıklar olmuştur ve olmaya devam edecektir olarak yararlı, bazı sınırlamalar mevcut yapmak. İlk olarak, böcek gerçekleştirebilir davranışlar bir düzleme sınırlıdır. Yani, biz kolayca yürüme hızında ya da dönüm değişiklikleri uyandırmak olabilir, ama tırmanma ve tünel eylemleri en azından tipik urgan düzenleme ile mümkün değildi. İkincisi, bizim gergin hazırlıkları "açık döngü" vardır. Yani sisteme normal hareket ile ilgili geribildirim için izin kalmamasıdır. Hamamböceği Sabrımızın açık olarak Böylece, görsel dünya buna göre değişmiş değildi. Bu geribildirim, bu tür tanıtmak için kapalı döngü urgan sistemleri kurmak mümkündür. Bununla birlikte, simüle edilmiş görsel ortamının programlama ve donanım karmaşıklığı ile sınırlıdır. Nevertheless, biz bunun doğal ortamda olduğu gibi bir arena veya pist ve karşılaşılan nesneler özgürce yürürken biz hayvandan kaydederek, mevcut gergin kayıt yöntemleri geliştirmek olduğunu hissettim.
Beyin aktivitesini 15 kayıt için kablosuz sistemler ideal olacaktır rağmen, mevcut sistem kayıt kanallarının sayısının, veri toplama, pil ömrü ve ağırlık zamanında sınırlamaları vardır. Biz bu nedenle, özgürce hazırlıkları hareketli kullanım için gergin kayıt sistemi adapte etmeye seçti. Daha iyi bir kablosuz sistemler kullanılabilir hale gibi, bu tekniğin bu tür cihazlara kolaylıkla adapte edilebilir. Bu makalede açıklanan sistem, hafif çok iyi çalışır ve böceğin davranışına çok az zararlı bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. Ucuz bir yüksek hızlı kamera ve küme kesme yazılım ile, bireysel beyin nöronları aktivite hareketi ile ilgili olabilir. Burada Prepar tariftetrode teller ve böceğin beyin içine implantasyonu yanı sıra elektriksel aktivite ve hareket ve nasıl bu veri için kayıt teknikleri tirme sonraki analiz için bir araya getirilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Böcek beyin KK yada diğer bölgelerde önceki elektrofizyolojik çalışmalar davranışın merkezi kontrol içgörü ile bize vermiş olsa da, çoğu ölçülü hazırlıkları 9,11 veya bağlı olanlar 10,14 ya yapılmıştır. Sonuç olarak, hayvan duyusal deneyimi ve fizyolojik durum doğal bir ortamda bu çok farklı olabilir. Bundan başka, hayvan gerçekleştirebilir davranış görevleri olan durumlar altında bir düzlemde sınırlıdır. Burada özgürce davranıyor hamamböceği CC kay…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar önerileriniz için Nick Kathman teşekkür ve yazının hazırlanma yardımcı olur. Bu teknik, hibe FA9550-10-1 0054 ve RER Hibe No IOS-1120305 altında Ulusal Bilim Vakfı altında AFOSR tarafından desteklenen çalışma ile birlikte geliştirilmiştir.
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 |
Referencias
- Strauss, R. The central complex and the genetic dissection of locomotor behaviour. Curr. Opin. Neurobiol. 12, 633-638 (2002).
- Pick, S., Strauss, R. Goal-driven behavioral adaptations in gap-climbing Drosophila. Curr. Biol. 15, 1473-1478 (2005).
- Triphan, T., Poeck, B., Neuser, K., Strauss, R. Visual targeting of motor actions in climbing Drosophila. Curr. Biol. 20, 663-668 (2010).
- Heinze, S., Gotthardt, S., Homberg, U. Transformation of polarized light information in the central complex of the locust. J. Neuorosci. 29, 11783-11793 (2009).
- Heinze, S., Homberg, U. Maplike representation of celestial E-vector orientations in the brain of an insect. Science. 315, 995-997 (2007).
- Heinze, S., Homberg, U. Neuroarchitecture of the central complex of the desert locust: Intrinsic and columnar neurons. J. Comp. Neurol. 511, 454-478 (2008).
- Heinze, S., Homberg, U. Linking the input to the output: new sets of neurons complement the polarization vision network in the locust central complex. J. Neurosci. 29, 4911-4921 (2009).
- Heinze, S., Reppert, S. M. Sun compass integration of skylight cues in migratory monarch butterflies. Neuron. 69, 345-358 (2011).
- Brill, M. F., et al. Parallel processing via a dual olfactory pathway in the honeybee. J Neurosci. 33, 2443-2456 (2013).
- Guo, P., Ritzmann, R. E. Neural activity in the central complex of the cockroach brain is linked to turning behaviors. J. Exp. Biol. 216, 992-1002 (2013).
- Ritzmann, R. E., Ridgel, A. L., Pollack, A. J. Multi-unit recording of antennal mechanosensitive units in the central complex of the cockroach, Blaberus discoidalis. J. Comp. Physiol. A. 194, 341-360 (2008).
- Buzsáki, G. Large-scale recording of neuronal ensembles. Nature Neurosci. 7.5, 446-445 (2004).
- Huston, S. J., Jayaraman, V. Studying sensorimotor integration in insects. Curr. Opin. Neurobiol. 21, 527-534 (2011).
- Bender, J. A., Pollack, A. J., Ritzmann, R. E. Neural activity in the central complex of the insect brain is linked to locomotor changes. Curr. Biol. 20, 921-926 (2010).
- Harrison, R. R., et al. Wireless Neural/EMG telemetry systems for small freely moving animals. IEEE. 5, 103-111 (2011).
- Straw, A. D., Dickinson, M. H. Motmot, an open-source toolkit for realtime video acquisition and analysis. Source Code Biol. Med. 4, 5 (2009).
- Tyrer, N. M., Shaw, M. K., Altman, J. S., Strausfeld, N. J., Miller, T. A. . Neuroanatomical Techniques. Insect Nervous System. , (1980).
- Daly, K., Wright, G., Smith, B. Molecular features of odorants systematically influence slow temporal responses across clusters of coordinated antennal lobe units in the moth, Manduca sexta. J. Neurophsyiol. 92, 236-254 (2004).
- Branson, K., Robie, A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nat Methods. 6, 451-457 (2009).
