Extrazelluläre Draht Tetrode Aufnahme im Gehirn frei zu gehen Insekten

Dieser Artikel beschreibt ein erfolgreiches System für die Aufnahme von Neuronen im zentralen Komplex (CC) der Schabe, Blaberus discoidalis, wie der Insektenwanderungen in einer Arena und befasst sich mit Objekten, die es auf etwa unter drehen, Tunnel-oder klettern über Hindernisse führen. Die Drähte können auch mit einem Stimulator, um die Aktivität in der umgebenden Neuropil mit nachfolgeVerhaltensÄnderungen hervorrufen verbunden werden.

Im letzten Jahrzehnt hat beträchtliche Aufmerksamkeit auf die Rolle von verschiedenen Hirnregionen bei der Kontrolle der Insektenverhalten gespielt gerichtet. Viel von diesem Schwerpunkt in Richtung der Mittellinie Gehirn Neuropilen die kollektiv als Zentralkomplex (CC) bezeichnet werden, gerichtet. Fortschritte wurden als Ergebnis von verschiedensten Techniken gezielt Fragen über die Rolle von CC-Verhalten erzielt. Diese Techniken reichen von neurogenetischen Manipulationen, vor allem in Drosophila, verbunden mit der VerhaltensMund Analyse ^1-3, zu elektrophysiologischen Techniken, die neuronale Aktivität im CC und versuchen, diese Tätigkeit zu verhaltensrelevanten Parameter beziehen überwachen.

Elektrophysiologische Techniken umfassen intrazellulären Aufnahme von einzelnen identifizierten Neuronen ^4-9 und extrazelluläre Aufnahme, oft mit Mehrkanal-Sonden ^10,11. Diese beiden Techniken sind kostenlos. Intrazelluläre Aufnahme mit scharfen Elektroden oder ganze Zelle Patch liefert sehr detaillierte Daten über Neuronen identifiziert, aber ist mit einer oder zwei Zellen auf einmal begrenzt, erfordert begrenzte oder keine Bewegung, und kann für eine relativ kurze Zeit aufrechterhalten werden. Extrazelluläre Aufnahmen können leicht eingerichtet werden, keine Zurückhaltung erfordern, und kann für Stunden gehalten werden. Bei Mehrkanal-Tetroden und Cluster-Schneiden, können ziemlich große Populationen von Neuronen gleichzeitig ^9,12 analysiert werden. Während ganze Zelle patch wurde erfolgreich in tethered Insekten ¹³ verwendet, fühlen wir, dass es auch eine Notwendigkeit für Techniken, die uns auf neuronale Aktivität im Gehirn aufzeichnen für längere Zeit in frei Insekten verhalten, als sie mit Barrieren zu befassen Vorwärtsbewegung zu ermöglichen.

Die Notwendigkeit, wie die Insekten bewegt und springt nach oben und unten geschoben aufzeichnen uns zu extrazellulären Aufnahmeverfahren. Wir haben gute Erfolge zurückhaltende Aufnahme in die Vorbereitungen mit handelsüblichen 16 Kanäle Silizium-Sonden ^11, hatte jedoch die geringe Größe auch große Kakerlaken bedeutet, dass die Sonden müssen aus dem Körper angebracht werden. Das, gepaart mit der Zartheit der Sonde Zinken, machte sie nicht für eine kostenlose Stadt Vorbereitung. In zwei früheren Projekten haben wir Bündel von feinen Adern als Tetrode ähnliche Aufzeichnungseigenschaften zu erreichen, aber in einem robusteren Anordnung. Diese Tetrode Bündel erlaubt uns, von Kakerlaken angebunden aufzeichnen eind beziehen CC Einheit Aktivität auf Veränderungen in Schrittgeschwindigkeit ¹⁴ und Drehverhalten von anten Kontakt mit einer Stange ¹⁰ resultieren.

So nützlich diese Präparate angebunden wurde und wird weiterhin sein, präsentieren einige Einschränkungen tun sie. Erstens, die Verhaltensweisen, die das Insekt durchführen können, sind begrenzt auf einer Ebene. Das heißt, wir könnten leicht evozieren Veränderungen in Gehgeschwindigkeit oder Drehen, aber Klettern und Tunnel Aktionen waren nicht möglich, zumindest mit der typischen Halteseil Anordnung. Zweitens sind unsere Vorbereitungen tethered "Open-Loop". Das heißt, dass sie nicht für die normale Bewegung bezogene Rückkopplung zu dem System zu ermöglichen. So wie die Schabe schaltet unsere Haltegurt, dessen visuelle Welt nicht entsprechend geändert. Es ist möglich, Closed-Loop-Systeme zu bauen Halteseil, um diese Art von Feedback einzuführen. Sie sind jedoch durch die Komplexität der Programmierung und Hardware des simulierten visuellen Umgebung beschränkt. Nevertheless, fühlten wir uns, dass wir auf unsere bestehenden tethered Aufnahmeverfahren durch die Aufnahme von dem Tier zu verbessern, wie es ging frei in einer Arena oder Spur und stieß auf Objekte wie es wäre, in seiner natürlichen Umgebung.

Obwohl drahtlose Systeme für die Aufzeichnung von Gehirnaktivität ¹⁵ wäre ideal, aktuellen Systeme haben Beschränkungen in der Anzahl der Aufzeichnungskanäle, die Zeit der Datenerfassung, Akkulaufzeit und Gewicht. Wir haben deshalb entschieden, zu versuchen, unseren angebundenen Aufzeichnungssystem für den Einsatz in frei beweglichen Vorbereitungen anzupassen. Wie besser drahtlose Systeme zur Verfügung stehen, kann dieses Verfahren leicht auf solche Vorrichtungen angepasst werden. Das System, das in diesem Artikel beschrieben wird ist leicht, funktioniert sehr gut und scheint wenig schädliche Wirkung auf das Verhalten der Schabe haben. Mit einem preiswerten Hochgeschwindigkeitskamera und Cluster-Schneidesoftware, kann die Aktivität einzelner Nervenzellen im Gehirn, um die Bewegung bezogen werden. Hier beschreiben wir die preparation der Tetrode Drähte und ihre Implantation in das Insekt Gehirn sowie Aufnahmetechniken für die elektrische Aktivität und Bewegung, und wie diese Daten können für eine nachfolgende Analyse zusammengebracht werden.