Yengeç Parmak Propriyoseptör ve Gerilim reseptörleri: Öğrenci Laboratuvarı Egzersizler
Summary
Fizyolojik ve anatomik teknikler kabuklu yürüme bacaklarda eklem proprioseptörlere ve kas gerginliği reseptörleri için işlevini ve yapısını ele gösterilmiştir.
Abstract
Bu işlemlerin temel amacı, ortak konumunu ve hareketini tespit ve kas gerginliği gibi propriosepsiyon sorumlu primer duyusal nöronları yaşam aktivitesini kaydetmek için nasıl öğretim ve araştırma amaçlı göstermektir. Kabuklu proprioseptörlere ve gerilim reseptörlerinden elektriksel aktivitesi temel nörofizyolojik enstrümantasyon tarafından kaydedilir ve bir dönüştürücü aynı zamanda, bir motor sinir uyarıcı tarafından oluşturulan kuvvetini ölçmek için kullanılır. Buna ek olarak, biz onların anatomik düzenlemenin hızlı bir değerlendirme için veya kalıcı tespit için nöronlar leke nasıl gösterilmektedir. Boyama en kabuklularda chordotonal organların temsili anatomik organizasyon ortaya koymaktadır. Proprioseptif yanıtları gerginlik sinir yanıtları karşılaştırarak bu duyusal nöronlar fonksiyonel olarak tanımlanmış ve nasıl anatomi işlevine ilişkilidir nasıl belirlemede etkili bir öğretim aracıdır. Üç boyama teknikleriaraştırmacılar ve öğretim laboratuvar için ideal bir yöntem seçmek için izin sunulmaktadır.
Introduction
Propriyosepsiyon koordine motor davranış sağlayan ekstremite pozisyon ve hareket hissi olduğunu. Proprioseptörlere pozisyonunda (statik) ve hareket (kinestetik) reseptörleri oluşur. Böcekler ve kabuklular olarak, chordotonal organları MSS 1 bu bilgileri sağlayan yapılardır. Tüm chordotonal organların ortak bir yayılabilir ama onlar hala nedeniyle eklem yayılan ve iskelet kas ve eklem kıkırdağında ile birlikte hareket apodemes (yapılar gibi tendon) kendi eki eklem hareketlerini izleyebilirsiniz. Yengeç bacakları altı eklem, bir ya da iki chordotonal organları 2 olan her var. Tipik bir chordotonal organı elastik bir iplikçik içinde gömülü 60-100 veya daha fazla duyusal nöronlar, statik ortak pozisyon, yön ve hareket 3-6 hızını sinyal nöronlar vardır. Her eklem ve bacak chordotonal organlardan input merkezi hayvan tarafından koordineli hareketleri sağlayan işlenir.
<p class="jove_content"> Bacak kasları izometrik ve izotonik kasılmalar sırasında üretmek güçleri kas lifleri ve apodemes7-9 ekleri ile ilişkili gerilim reseptörleri tarafından tespit edilir. Primer duyusal propriosepsiyonu izlemek nöronlar ve kas lifleri ile üretilen kuvvetler yanıt nöronlardan gelen kayıtları için metodoloji mevcut izleyin kabuklu yürüyüş bacak protokollerde. Bacak hareketlerini aktive ve güç üretimi ölçülmesi için bir teknik de sunulmuştur, hem de bu periferik sinir sistemi yapılarının düzenleme karakterize etmek için kullanılabilir anatomik teknikleridir.Aşağıda gösterildiği prosedürleri chordotonal elastik iplikçik ve apodeme kendi konumuna göre reseptörlerinin her iki tür innerve nöronların yapısal ve fonksiyonel analiz sağlar. Göstermek için, biz propodite-dactylopodite (PD) chordotonal organı, yengeç bacağı 3 distal en segmentini kapsayan organı kullanın.Ayrıntılı elektrofizyolojik çalışmalar 1930'larda başladı ve bugün hala yürütülmektedir rağmen, bazı yönleri muscles10-16 koordineli kontrolünde çeşitli eklem ve rolleri proprioseptörlere segmental bağlantıları hakkında bilinen haline gelmiştir. Proprioseptif organlar, kaslar ve sinir sistemi arasındaki yapı-fonksiyon ilişkisini kuran ayrıca bu rolleri tanımlamak yardımcı olacaktır. Örneğin, somata ve apodeme yerleştirilen germe nöronların uzak uçları etiketleme kas liflerinin 8,17-21 için kendi göreli konum ortaya çıkaracaktır.
Biz araştırma veya akademik laboratuvarlarda kullanılan kabuklu bacaklar için üç boyama tekniklerini sunuyoruz. Metilen mavisi boyama kaslar ve sinirler için uygun kontrast sağlar ve öğrencilerin anatomi öğrenmek için basit bir teknik olarak önerilmektedir. Floresan mikroskopi kurulumları Labs kısaca siniri açığa daha seçici nöronal boyanma başarabilirsinizhayati boya 4-di-2-ASP s. Üçüncü bir alternatif nöronları lekeler ve düzeltmeleri CoCl2 dolgu, ve flüoresan görüntüleme gerektirmez. Emek ve zaman yoğun olmasına rağmen, bu boyama işlemi dolu sinirler için yüksek kontrast ve seçiciliğini verir. Birlikte bu teknikler, bir uzuv içinde veya komponentler arasında değil, aynı zamanda diğer kabuklu böcek türleri ve 20-22 arasında, çeşitli chordotonal organları karşılaştırmak için kullanılabilir. Fizyolojik kayıtları ve anatomik boyanması için kullanılan mavi yengeç (C. sapidus) tüm Amerika Birleşik Devletleri'nin Güney ve Güneydoğu sınır çevresinde hazır. Bu tür çoğu yengeçler bulunan chordotonal ve gerginlik sinir düzenlemelerin bir temsilcisi olarak hizmet vermektedir. Batı kıyısında Laboratuvarları bu deneyler için çok daha büyük Dungeness Yengeç (Cancer magister) kullanmayı tercih edecektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu deney setinin amacı 1) öğretmek ve sergi dışı kayıtların temel ilkelerini tanımlanabilir proprioseptif organ ve gerginlik sinir ve 2) belirli duyusal sistemlerin fizyolojik fonksiyonu ile ilgili anatomik haritalama önemini vurgulamak için. Kullanılan Bu deneysel yaklaşımı ve hayvan modelleri ucuz ve nörofizyoloji öğretim laboratuvarlarda yapmak nispeten kolaydır.
Chordotonal organların nöronlar iki özel fonksiyonel türleri, hareket yanıt olanlar ve statik pozisyonları yanıt olanlar bulunmaktadır. Chordotonal organların çeşitli tek hücre kayıtları olursa olsun, ortak incelendiğinde ki, bu durumda 3,5 olduğu gösterilmiştir. Nitekim, ıstakoz antennal eklem ile ilişkili chordotonal organlar aynı iki duyusal türleri ve temel anatomi 27 ortaya koymaktadır. Orada iki nöron türleri (hareket ve positi olmanın yanı sıra) hakkında, nöronlar ilgili elastik iplik üzerinde aynı anatomik düzenleme paylaşır. Iplikçikteki proksimale büyük somata dinamik hareket hassas nöronlara ait eğilimindedir. Statik pozisyonları sinyal Nöronlar küçük somata var ve distalde yer almaktadır. Bu hücreler, tonik olarak aktiftir. Bilek-propodus (CP) ve Merus-carpus (MC) eklemlerde iki chordotonal organ varken PD ortak tek bir chordotonal organı içerir.
Elektrofizyolojik kayıt için mavi yengeç (C. sapidus) propriosepsiyonda yapılarını göstermek için diseksiyon duyusal nöronlardan kayıt sırasında eklem hareketleri doğal pozisyonlarında yer almak için izin veren bir strateji gerektirir. Yürüyüş bacak açıcı kas gerginliği sinir birkaç nöronlardan oluşan çok ince bir sinir olduğunu. Bakım alınmadığı takdirde, gerginlik sinir yanı sıra motor sinir uyarıldığında edilecek kas innerve, bu diseksiyon sırasında zarar görebilir. Içinuygun kayıtları emme elektrotlar sinir boyutuna uygun olması gerekir. Kayıtlar 30-40X büyütme mikroskop ve düşük-uç mikromanipülatörler kullanan bir öğrenci laboratuvarda kolayca erişilebilir.
Eklem chordotonal organları ile takip etmek ilginç olacaktır Gelecek deneyleri olarak yaşam döngüsünün farklı aşamalarında çeşitli türlerde bacak rejenerasyon sırasında yapısal ve fizyolojik profillerini incelemek olacağını bir Cancer magister 19,26 kullanılan bir ilk çalışmaya kadar takip . Bir uzuv yenileyici ele alınması Kalan Sorular) 1 rejenere nöronların dağıtım ve organizasyon hayvanın yaşına bağlıdır yok, 2) fonksiyonel bir rejenerasyon uzuvun MSS (ventral sinir kablosu) için aksonal projeksiyonlar veya bunu yapar uzuv autot olduğunda fonksiyonel bağlantıları kurmak için zaman ve ortak kullanımı almak, ve 3) ne autotomy düzlemine yakın kopmuş akson oluromized? 28
Kabuklular çevre koşulları ve çevre sıcaklığına uygun, ama nöronlar sıcaklık değişimlerine tepki olarak faaliyetlerini değiştirmek gibi bir nöral devre içinde koordinasyonu sağlamak nasıl belirsizdir. Hızlı bir değişim, 30 not29 oysa değişim hızının az hayvana alışmaları için biraz zaman izin verebilir. Nedeniyle metabolizma, davranış 31, ya da çevresel etkilerle pH veya osmolaritesi fizyolojik değişiklikler propriosepsiyon katılan nöral devreleri benzer zorluklar olabilir. Bu kabuklu hazırlıklarını kendi işlevi de tek hücre düzeyinde karakterize edilir, çünkü bu tür sorunları ele almak için idealdir.
Bu protokolde açıcı kası tarafından üretilen kuvvet izlenmesinde gerginlik nöronların fizyolojik önemini göstermiştir. Bu gerginlik reseptörler boyama prosedürleri kullanarak apodeme içindeki konumlarına izlenebilmektedir. Bunlarnöronlar, memelilerde gibi, çeşitli düzeylerde kuvveti tespit eder ve kuvvet arttıkça ek nöronlar işe. Alımı, doygunluğa ulaşıncaya kadar aktivite sıklığı, motor nöronun uyarım frekansı ile ilgilidir. Fleksiyonda dactylus eklem ile bir çabuk protokolünü kullanarak, gerginlik aktivite hızla kaybolur ama sonra tamamen uzatılmış eklemde gerginlik kazanmak üzerine döner. Bu gerilim, reseptörler tarafından ölçülen kuvvet göstermek için, klasik bir deneysel işlemdir. Çeşitli nöromodülatörler Bu kuvvet ve nöronal yanıtın gelişimini etkileyen görmek için hazırlanmasına uygulanabilir. Önemli yönlerinden biri nöral tepkiler işlenir ve merkezi sinir sistemi ve motor nöron aktivitesi üzerindeki etkileri entegre nasıl. Biz göstermiştir teknikleri bir geri gerginlik (duyu) sinir-motor nöron devresi fonksiyon, gangliyona sağlam bir bacak yani sinyal ve hakkında daha fazla bilgi adres başlamak için izinkas.
Göstermiştir boyama işlemleri proprioseptif organları innerve duyu nöronlarının fizyolojisini anlamak için anahtardır. Fonksiyon ve soma boyutuna göre nöronların anatomik düzenleme Yengeç bacakları içinde çeşitli chordotonal organlarda benzerdir. Benzer nöronal düzenlemeler aynı zamanda diğer kabuklu türleri veya böcek bulunursa bilinmemektedir. Tek hücre fizyolojik kayıtları birleştirerek ve konumunu haritalama doğrudan yapı işlev ilişkileri sağlar. CoCl 2 boyama ve sabitleme ile anatomik düzenlemenin uzun vadeli koruma biri arkaya tedbirleri yapmak ve yapısal düzenleme değerlendirmenizi sağlar.
Propriyosepsiyon ve iskelet kaslarının gerginliği resepsiyon iskelet kas yapılandırma çeşitli belden hayvanlar için koordineli davranışları ve dış ve iç çevre yanıtları sağlayacak duyu modaliteleri vardırs. , Kerevit karın kas reseptör organı başka iyi belgelenmiş hazırlık (Crawdad Projesi görürsünüz http://www.crawdad.cornell.edu/ karın hemi-segmentinde 23 başına sadece iki nöronlar ile propriyosepsiyonunun öğretim amaçları için) . Duyusal sinir demetleri tek nöronlar kayıt edememek daha fazla detay duyusal alımı temel ilkelerini kavrayarak bu yardım sağlar. Bu nispeten basit kabuklu hazırlıklarını bir proprioseptif ve diğer duyusal girdilerin 9-12, 32, 33 merkezi entegrasyonu sağlamak nöral devreleri belirlemek için potansiyeli olan, propriosepsiyon ve gerilim izleme temel yönlerini ele verir.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Hyewon Cooper'ın sanatsal katkılarından dolayı minnettarız.
Materials
| Sylgard | Dow Corning | 182 silicone kit | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5670 | |
| HEPES acid | Sigma | 3375 | Free acid, crystalline |
| HEPES base | Sigma | ||
| D-Glucose | Sigma | G7021 | |
| MgSO4•7H2O | Sigma | M2643 | |
| Na2SO4•10H2O | Sigma | 246980 | |
| Bouin’s solution fixative | Sigma | HT10-1-32 | Caution: Hazardous material (Special shipping cost required) |
| CoCl2 | Sigma | Caution: Hazardous material. Please follow proper disposal according to local and federal regulations. | |
| Methylene blue chloride | Matheson Co., Inc | Basic Blue 9, C.I. 52015 | |
| 4-Di-2-ASP | Molecular Probes | 4-(4-diethylaminostyryl)-N-methylpyridinium iodide | |
| Bleach | Sigma-Aldrich | To chloride silver wire | |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 221465 | To adjust pH |
| HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | To adjust pH |
| Materials | |||
| Dissecting tools | World Precision Instruments | assortment | |
| Intracellular electrode probe | |||
| Faraday cage | |||
| Insect Pins | Fine Science Tools, Inc | 26001-60 | |
| Dissecting microscope (100X) | |||
| Fiber optic lamp | |||
| Small adjustable mirror | To direct light beam toward the preparation. | ||
| Glass electrodes | Sigma-Aldrich | CLS7095B5X | Box of 200, suction electrodes |
| Micromanipulator | World Precision Instruments | MD4-M3-R | Can fix for base or on a metal rod |
| Raised preparation stand | |||
| Silver wire (10/1,000 inch) | A-M Systems | 782500 | |
| Computer | Any company | ||
| AC/DC differential amplifier | A-M Systems | Model 3000 | |
| PowerLab 26T | AD Instruments | 27T | |
| Force transducer | AD Instruments | 0-50g | MLTF050/ST |
| Head stage | AD Instruments | Comes with AC/DC amplifier | |
| LabChart7 | AD Instruments | ||
| Electrical leads | Any company | ||
| Glass tools | Make yourself | For manipulating nerves | |
| Cable and connectors | Any company | ||
| Pipettes with bulbs | Fisher Scientific | 13-711-7 | Box of 500 |
| Beakers | Any company | ||
| Wax or modeling clay | Any company or local stores | ||
| Stimulator | Grass Instruments | SD9 or S88 | |
| Plastic tip for suction electrode | Local hardware store (Watt’s brand) | ¼ inch OD x 0.170 inch ID | Cut in small pieces. Pull out over a flame and cut back the tip to the correct size |
References
- Whitear, M. Chordotonal organs in Crustacea. Nature. 187, 522-523 (1038).
- Alexandrowicz, J. S. The comparative anatomy of leg propriocetors in some decapod Crustacea. J. Mar. Biol. Assoc. U.K. 52 (3), 605-634 (1972).
- Hartman, H. B., Boettiger, E. G. The functional organization of the propys-dactylus organ in Cancer irroratus Say. Comp. Biochem. Physiol. 22, 651-663 (1967).
- Cooper, R. L., Hartman, H. B. Responses of the bender apodeme tension receptors in the Dungeness crab, Cancer magister. Comp. Biochem. Physiol. A Physiol. 109 (2), 479-486 (1994).
- Cooper, R. L. Mapping proprioceptive neurons on chordotonal organs in the crab, Cancer magister. Crustaceana. 81 (4), 447-475 (2008).
- Burke, W. An organ for proprioception and vibration sense in Carcinus maenas. J. Exp. Biol. 31, 127-138 (1953).
- Hill, A. V. . First and Last Experiments in Muscle Mechanics. , (1970).
- Stuart, D. G., Mosher, C. C., Gerlach, R. L., Reinking, R. M. Mechanical arrangement and transducing properties of Golgi tendon organs. Exp. Brain Res. 14 (3), 274-292 (1972).
- Macmillan, D. L., Dando, M. R. Tension receptors on the apodemes of muscles in the walking legs of the crab, Cancer magister. Mar. Behav. Physiol. 1 (1-4), 185-208 (1972).
- Bévengut, M., Simmers, A. J., Clarac, F. Central neuronal projections and neuromuscular organization of the basal region of the shore crab leg. J. Comp. Neurol. 221 (2), 185-198 (1983).
- El Manira, A., Cattaert, D., Clarac, F. Monosynaptic connections mediate resistance reflex in crayfish (Procambarus clarkii) legs. J. Comp. Physiol. A. 168 (3), 337-349 (1991).
- Le Bon-Jego, M., Cattaert, D. Inhibitory component of the resistance reflex in the locomotor network of the crayfish. J. Neurophysiol. 88 (5), 2575-2588 (2002).
- Ray, D. L., Clarac, F., Cattaert, D. Functional analysis of the sensory motor pathway of resistance reflex in crayfish. I. Multisensory coding and motor neuron monosynaptic responses. J. Neurophysiol. 78 (6), 3133-3143 (1997).
- Wiersma, C. A. G. Vergleichende Untersuchungenüber das periphere Nerve-muskelsystem von Crustaceen (Comparative studies on the peripheral nerve-muscle system of crustaceans). J. Comp. Physiol. 19, 349-385 (1933).
- Wiersma, C. A. G. Movement receptors in decapod crustacea. J. Mar. Biol. Assoc. U.K. 38 (01), 01-143 (1959).
- Hartman, H. B. Tension receptors on the closer muscle apodeme in the walking legs of the blue crab Callinectes sapidus. J. Comp. Physiol. A. 157 (3), 355-362 (1985).
- Holsinger, R. . The effect of regional phenotypic differences of Procambarus clarkii opener muscle on sarcomere length, fiber diameter, and force development MSc thesis [dissertation]. , (2013).
- Parsons, D. W. The morphology and ultrastructure of tension receptors in the walking legs of the crab, Carcinus maenas. Cell Tissue Res. 211 (1), 139-149 (1980).
- Parsons, D. W. Responses and central interactions of tension receptors in the leg muscle of Carcinus. Comp. Biochem. Physiol. A Physiol. 72 (2), 391-399 (1982).
- Tryba, A. K., Hartman, H. B. Dynamic responses of series force receptors innervating the opener muscle apodeme in the blue crab, Callinectes sapidus. J. Comp. Physiol. A. 180 (3), 215-221 (1997).
- Whitear, M. The fine structure of crustacean proprioceptors. I. The chordotonal organs in the legs of the shore crab, Carcinus meanas. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 245 (725), 291-325 (1962).
- Whitear, M. The fine structure of crustacean proprioceptors. II. The thoracico-coxal organs in Carcinus, Pagurus and Astacus. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 248 (752), 437-456 (1965).
- Leksrisawat, B., Cooper, A. S., Gilberts, A. B., Cooper, R. L. Muscle Receptor Organs in the Crayfish Abdomen: A Student Laboratory Exercise in Proprioception. J. Vis. Exp. (45), e2323 (2010).
- Baierlein, B., Thurow, A. L., Atwood, H. L., Cooper, R. L. Membrane Potentials, Synaptic Responses, Neuronal Circuitry, Neuromodulation and Muscle Histology Using the Crayfish: Student Laboratory Exercises. J. Vis. Exp. (47), e2322 (2011).
- Delaney, K., Gelperin, A. Cerebral interneurons controlling fictive feeding in Limaxmaximus; I. Anatomy and criteria for re-identification. J. Comp. Physiol. A. 166, 297-310 (1990).
- Hartman, H. B., Cooper, R. L. Regeneration and molting effects on a proprioceptor organ in the Dungeness crab, Cancer magister. J. Neurobiol. 25 (5), 461-471 (1994).
- Hartman, H. B., Austin, W. D. Proprioceptor organs in the antennae of Decapoda Crustacea. J. Comp. Physiol. 81 (2), 187-202 (1972).
- Cooper, R. L. Development of sensory processes during limb regeneration in adult crayfish. J. Exp. Biol. 201 (Pt 11), 1745-1752 (1998).
- Chung, Y. -. S., Cooper, R. M., Graff, J., Cooper, R. L. The acute and chronic effect of low temperature on survival, heart rate and neural function in crayfish (Procambarus clarkii) and prawn (Macrobrachium rosenbergii) species. Open J. Mol. Int. Physiol. 2 (3), 75-86 (2012).
- Blundon, J. A. Effects of temperature and thermal history on neuromuscular properties of two crustacean species. J. Comp. Physiol. B. 158 (6), 689-696 (1989).
- Cooper, R. M., Schapker, H., Adami, H., Cooper, R. L. Heart and ventilatory measures in crayfish during copulation. Open J. Mol. Int. Physiol. 1 (3), 36-42 (2011).
- Bierbower, S. M., Cooper, R. L. The mechanistic action of carbon dioxide on a neural circuit and NMJ communication. Journal of Experimental Zoology. , (2013).
- Bierbower, S. M., Shuranova, Z. P., Viele, K., Cooper, R. L. Sensory systems and environmental change on behavior during social interactions. Brain Behav. 3 (1), 4-13 (2013).
