Reversibel kjøling-indusert Deactivations å studere kortikale bidrag til hinder minne i gangavstand katten
Summary
Komplekse bevegelse i naturalistiske miljøer som krever nøye koordinering av lemmer innebærer regioner i parietal cortex. Følgende protokollen beskriver bruken av reversibel kjøling-indusert deaktivering å demonstrere rollen parietal området 5 i minne-guidede hinder unngå i gangavstand katten.
Abstract
På komplekse, naturalistisk terreng, kan sensoriske informasjonen om en miljømessig obstacle brukes raskt justere locomotor bevegelser for å unngå. For eksempel, inne katten, kan visuell informasjon om et forestående hinder modulerer stepping for å unngå. Locomotor tilpasning kan også skje uavhengig av visjon, som plutselig taktile innganger til beinet av en forventet hindring kan endre stepping på alle fire bena for å unngå. Slike komplekse locomotor koordinering innebærer supraspinal strukturer, for eksempel parietal cortex. Denne protokollen beskriver bruken av reversibel, kjøling-indusert kortikale deaktivering å vurdere parietal cortex bidrag til minne-guidede hinder bevegelse inne katten. Kjøling løkker, kjent som cryoloops, er spesielt formet å deaktivere diskrete områder av interesse å vurdere deres bidrag til en utilslørt atferd. Slike metoder har blitt brukt til å belyse rollen parietal området 5 i minne-guidede hinder unngå inne katten.
Introduction
På naturalistiske, ujevnt terreng, kan sensoriske informasjonen om et hinder, noe som kan skaffes via visjon eller berøring, raskt endre bevegelse for å unngå. Dette nøye koordinering av stepping bevegelser involverer flere kortikale områder1,2. For eksempel har motorisk cortex3,4 og parietal cortex5,6,7 vært innblandet i komplekse locomotor oppgaver som hinder unngå. I quadrupedal dyr, må trinn modulasjoner kreves for hinder unngå utvide til både frambeina og hindlegs. Hvis fremover bevegelse er forsinket mellom forben og hindleg hinder klaringsvinkelen (som kan oppstå som et dyr løpebaner nøye gjennom en kompleks, naturalistiske miljø stalking bytte), brukes informasjon om hindringen vedlikeholdes i minnet til å veilede hindleg trå over hinderet når fotturer fortsetter.
Eksperimentell teknikker å deaktivere bestemte kortikale områder kan brukes å studere kortikale bidrag til minne-guidede hinder bevegelse. Kjøling-indusert kortikale deaktivering gir en reversibel, pålitelig og reproduserbar metode for å vurdere kortikale bidrag til en utilslørt atferd8. Cryoloops laget av rustfritt stål rør er formet spesielt for kortikale området av interesse, sikre svært selektiv og diskret deaktivering av loci. Når implantert, kjølt metanol pumpet gjennom lumen av en cryoloop kjøler regionen cortex rett under loopen < 20 ° C. Under denne kritisk temperatur, er synaptic overføring hemmet i regionen i cortex rett under løkken. Slike deaktivering kan reverseres ved opphør flyten av metanol. Denne metoden er brukt til å studere kortikale bidrag til sensorisk prosessering og atferd9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17, samt motorstyring saccadic øye bevegelser18 og minne-guidede hinder bevegelse19.
Formålet med denne protokollen er å bruke reversibel kjøling-indusert deactivations for å vurdere involvering av parietal kortikale områder for locomotor koordinering inne katten. Spesielt ble minne-guidede hinder bevegelse undersøkt med eller uten aktive parietal cortex. Disse metodene har brukt til å kunne vise rollen parietal området 5 i minne-guidede hinder unngå i gangavstand katten19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beskrevet paradigme bruker kjøling-indusert deactivations diskret kortikale områder ved hjelp av cryoloop for å studere minne-guidede hinder bevegelse inne katten. Visuell og taktil hinder minne paradigmene er ganske enkelt for dyr å utføre som de utnytter naturalistiske locomotor problemer som oppstår med minimal innsats når et dyr er motivert til å følge bevegelige matkilde. Derfor er fleste av opplæringen perioden viet til acclimating dyr testing rom og kjøling utstyr. De fleste dyr krever gjentatt eksponer…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkjenner takknemlig støtte fra den kanadiske institutter for helseforskning, Natural Science og Engineering Research Council for Canada (NSERC) og Canada grunnlaget for innovasjon. CW ble støttet av en Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarship (NSERC).
Materials
| Camera | IDS Imaging Development Systems GmbH | Model: UI-5240CP-C-HQ | |
| Intake tubing | Restek | 25306 | Unflanged end is submerged in the methanol reservoir while the flanged end is connected to the pump |
| Pump | Fluid Metering, Inc. | Model: QG 150 | |
| Nalgene Dewar vacuum flask | Sigma-Aldrich | F9401 | |
| Teflon tubing | Ezkem | A051754 | |
| Microprobe thermometer | Physitemp | Model: BAT-12 | |
| Flanged tube end fittings | Valco Instruments Co. Inc. | CF-1BK | Assorted colours available for colour coding. Packages include the same number of washers as fittings |
| Washers | Valco Instruments Co. Inc. | CF-W1 | Extra washers |
| Flanging kit | Pro Liquid GmbH | 201553 | |
| Tubing connector | Restek | 25323 | |
| Tubing cutter | Restek | 25069 | |
| Male thermocouple connector | Omega | SMPW-T-M | Used to make cable connection to thermometer |
| Thermocouple wire | Omega | PP-T-24S | Used to make cable connection to thermometer |
| MATLAB | MathWorks | n/a |
References
- Drew, T., Marigold, D. S. Taking the next step: cortical contributions to the control of locomotion. Curr. Opin. Neurobiol. 33, 25-33 (2015).
- Takakusaki, K. Neurophysiology of gait: From the spinal cord to the frontal lobe. Mov. Disord. 28, 1483-1491 (2013).
- Drew, T. Motor cortical activity during voluntary gait modifications in the cat. I. cells related to the forelimbs. J. Neurophysiol. 70, 179-199 (1993).
- Beloozerova, I. N., Sirota, M. G. The role of the motor cortex in the control of accuracy of locomotor movements in the cat. J. Physiol. 461, 1-25 (1993).
- McVea, D. A., Taylor, A. J., Pearson, K. G. Long-lasting working memories of obstacles established by foreleg stepping in walking cats require area 5 of the posterior parietal cortex. J. Neurosci. 29, 9396-9404 (2009).
- Lajoie, K., Andujar, J. -. E., Pearson, K. G., Drew, T. Neurons in area 5 of the posterior parietal cortex in the cat contribute to interlimb coordination during visually guided locomotion: a role in working memory. J. Neurophysiol. 103, 2234-2254 (2010).
- Beloozerova, I. N., Sirota, M. G. Integration of motor and visual information in the parietal area 5 during locomotion. J. Neurophysiol. 90, 961-971 (2003).
- Lomber, S. G., Payne, B. R., Horel, J. A. The cryoloop: An adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function. J. Neurosci. Methods. 86, 179-194 (1999).
- Lomber, S. G., Cornwell, P., Sun, J., Macneil, M. A., Payne, B. R. Reversible inactivation of visual processing operations in middle suprasylvian cortex of the behaving cat. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 2999-3003 (1994).
- Lomber, S. G., Payne, B. R. Contributions of cat posterior parietal cortex to visuospatial discrimination. Vis. Neurosci. 17, 701-709 (2000).
- Lomber, S. G., Malhotra, S. Double dissociation of ‘what’ and ‘where’ processing in auditory cortex. Nat. Neurosci. 11, 609-616 (2008).
- Lomber, S. G., Meredith, M. A., Kral, A. Cross-modal plasticity in specific auditory cortices underlies visual compensations in the deaf. Nat. Neurosci. 13, 1421-1427 (2010).
- Kok, M. A., Stolzberg, D., Brown, T. A., Lomber, S. G. Dissociable influences of primary auditory cortex and the posterior auditory field on neuronal responses in the dorsal zone of auditory cortex. J. Neurophysiol. 113, 475-486 (2015).
- Carrasco, A., Kok, M. A., Lomber, S. G. Effects of core auditory cortex deactivation on neuronal response to simple and complex acoustic signals in the contralateral anterior auditory field. Cereb. Cortex. 25, 84-96 (2015).
- Coomber, B., et al. Cortical inactivation by cooling in small animals. Front. Syst. Neurosci. 5, 53 (2011).
- Malmierca, M. S., Anderson, L. A., Antunes, F. M. The cortical modulation of stimulus-specific adaptation in the auditory midbrain and thalamus: a potential neuronal correlate for predictive coding. Front. Syst. Neurosci. 9, 19 (2015).
- Antunes, F. M., Malmierca, M. S. Effect of auditory cortex deactivation on stimulus-specific adaptation in the medial geniculate body. J. Neurosci. 31, 17306-17316 (2011).
- Peel, T. R., Johnston, K., Lomber, S. G., Corneil, B. D. Bilateral saccadic deficits following large and reversible inactivation of unilateral frontal eye field. J. Neurophysiol. 111, 415-433 (2014).
- Wong, C., Wong, G., Pearson, K. G., Lomber, S. G. Memory-guided stumbling correction in the hindlimb of quadrupeds relies on parietal area 5. Cereb. Cortex. , (2016).
- Horsley, V., Clarke, R. H. The structure and function of the cerebellum examined by a new method. Brain Behav Evol. 31, 45-124 (1908).
- Lomber, S. G., Malhotra, S., Hall, A. J. Functional specialization in non-primary auditory cortex of the cat: areal and laminar contributions to sound localization. Hear. Res. 229, 31-45 (2007).
- Johnston, K., Koval, M. J., Lomber, S. G., Everling, S. Macaque dorsolateral prefrontal cortex does not suppress saccade-related activity in the superior colliculus. Cereb. Cortex. 24, 1373-1388 (2014).
