हम एक मोटर गतिविधि है, एक सीमित कीट में विद्युत दर्ज tarsal संपर्क संकेत करने के लिए समय रिकॉर्ड करने के लिए, एक फिसलन सतह पर चलने की विधि का वर्णन. यह सब्सट्रेट के माध्यम से पैरों के बीच यांत्रिक बातचीत का कम प्रभाव के तहत अनुकूली व्यवहार के तंत्रिका आधार अध्ययन किया है.
Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those leg movements that result from passive forces and interactions with other legs through the common contact with the substrate. If we want to understand, which part of a given movement is produced by nervous system motor output, kinematic analysis of stepping movements, therefore, needs to be complemented with electrophysiological recordings of motor activity. The recording of neuronal or muscular activity in a behaving animal is often limited by the electrophysiological equipment which can constrain the animal in its ability to move with as many degrees of freedom as possible. This can either be avoided by using implantable electrodes and then having the animal move on a long tether (i.e. Clarac et al., 1987; Duch & Pflüger, 1995; Böhm et al., 1997; Gruhn & Rathmayer, 2002) or by transmitting the data using telemetric devices (Kutsch et al, 1993; Fischer et al., 1996; Tsuchida et al. 2004; Hama et al., 2007; Wang et al., 2008). Both of these elegant methods, which are successfully used in larger arthropods, often prove difficult to apply in smaller walking insects which either easily get entangled in the long tether or are hindered by the weight of the telemetric device and its batteries. In addition, in all these cases, it is still impossible to distinguish between the purely neuronal basis of locomotion and the effects exerted by mechanical coupling between the walking legs through the substrate. One solution for this problem is to conduct the experiments in a tethered animal that is free to walk in place and that is locally suspended, for example over a slippery surface, which effectively removes most ground contact mechanics. This has been used to study escape responses (Camhi and Nolen, 1981; Camhi and Levy, 1988), turning (Tryba and Ritzman, 2000a,b; Gruhn et al., 2009a), backward walking (Graham and Epstein, 1985) or changes in velocity (Gruhn et al., 2009b) and it allows the experimenter easily to combine intra- and extracellular physiology with kinematic analyses (Gruhn et al., 2006).
We use a slippery surface setup to investigate the timing of leg muscles in the behaving stick insect with respect to touch-down and lift-off under different behavioral paradigms such as straight forward and curved walking in intact and reduced preparations.
हम एक सेटअप है कि अनुमति देता है वर्णित है neuronally जमीन पर अन्य चलने अंग यांत्रिक विस्थापन की वजह से निष्क्रिय प्रभाव से उत्पन्न चलने गतिविधि के uncoupling एक बड़ी डिग्री करने के लिए व्यवहार और परमिट मोड़ के ऑप्टिकली प्रेरित पीढ़ी. जमीन प्रतिक्रिया बलों या दूसरे हाथ पर tarsal संपर्क के बारे में तंत्रिका तंत्र के माध्यम से पैरों के बीच संभावित सूचना प्रवाह, अभी भी संभव है और experimenter कम तैयारी में ऐसी जानकारी के प्रभाव का अध्ययन करने की अनुमति देता है. फिसलन सतह की स्थापना के मेजर लाभ शामिल है कि पशुओं के लिए एक बहुत ही उच्च चलना की प्रवृत्ति है, और चलने या एक treadwheel पर कदम विपरीत, पशु और प्राकृतिक चलने के सभी दिशाओं में स्विंग रुख चरण आंदोलनों प्रदर्शन कर सकते हैं दिखा. इसके अलावा, सभी पैरों के लिए स्वतंत्रता के अंशों जानवर घूमना है कि क्या यह एक अक्षुण्ण या अर्द्ध बरकरार तैयारी है वक्र प्रदर्शन करने के लिए अनुमति देते हैं. क्योंकि पैर निष्क्रिय जानवर या नीचे सब्सट्रेट के आंदोलन के आगे आंदोलन द्वारा नहीं बस स्थानांतरित कर सकते हैं, हर आंदोलन है कि पैर की मोटर निर्गम (; ग्राहम और Wendler, 1981 cruse, 1976) को दर्शाता है. सेटअप अत्यधिक मोड़ या आगे बनाम पिछड़े घूमना जैसे अनुकूली व्यवहार के neuronal आधार की जांच के लिए उपयुक्त है, क्योंकि एक अंग आंदोलन कीनेमेटीक्स के विश्लेषण के साथ मोटर गतिविधि electrophysiological रिकॉर्डिंग गठबंधन कर सकते हैं.
हम छड़ी कीट optomotor प्रतिक्रिया इस्तेमाल करने के लिए चलने को प्रकाश में लाना. धारी पैटर्न घूर्णन करने के लिए जानवरों की प्रतिक्रियाओं चलने जबकि फिसलन सतह से अधिक सीमित वक्र करने के लिए अपनी तत्परता दिखा. सबसे आश्चर्यजनक हमारे लिए, एकल पैर तैयारी में एकल पैर गुणात्मक बरकरार जानवर के रूप में ही चलती पैटर्न दिखा. हम इस तरह विश्वास है कि वक्र चलने के नियंत्रण मोटे तौर पर पड़ोसी पैरों से संवेदी इनपुट समन्वय के बिना कार्य कर सकते हैं के कारण है. यह महत्वपूर्ण हो सकता है के लिए आगे के प्रयोगों चाहे हटा पैरों की मोटर न्यूरॉन्स की गतिविधियों को भी optomotor पैटर्न से प्रभावित है में परीक्षण किया जाएगा. सेटअप आसानी से जानवर के सामने एक एकल धारी रखने या धीरे एंटीना खींच द्वारा सीधे आगे और पिछड़े घूमना जैसे अन्य कार्यों के अध्ययन की अनुमति के लिए संशोधित किया जा सकता है.
जमीन संपर्क से सटीक माप हमें मांसपेशियों की गतिविधि और पैर की स्थिति सहसंबंधी करने के लिए अनुमति देता है. इस बिजली के संपर्क संकेत के उच्च समय संकल्प 1ms से बेहतर है और हमें स्विंग से रुख चरण के लिए स्विच के समय में एक नए अंतर्दृष्टि की ओर जाता है है. संकल्प करने के लिए संक्रमण का आयोजन स्नेहक के बाल काटना में देरी की वजह से स्विंग रुख और फिसलन सतह पर अतिकाल के दौरान एक पूरा लिफ्ट बंद के लिए जरूरत की कमी के लिए भी बदतर है. फिर भी, रुख संक्रमण के लिए सटीक स्विंग पर ज्ञान एक विशेष रूप से उपयोगी पहला कदम है अगर हम तंत्र को समझना चाहता हूँ कि नियंत्रण की मांसपेशी समय है और अलग अलग व्यवहार संदर्भों में पैर की मांसपेशियों के समन्वित गतिविधियों (यह भी देखें: Büschges एट अल, 2008;. Büschges और Gruhn 2008).
एक उदाहरण के रूप में, हम और मध्यम पैर के चांदा coxae मांसपेशियों retractor का इस्तेमाल किया और ठीक स्विंग से रुख चरण के लिए स्विचन के साथ अपनी गतिविधि सहसंबद्ध जब तक हम एक साथ व्यवहार संदर्भ में जो पैर इस्तेमाल किया गया था पर नजर रखी. इस प्रयोजन के लिए, हम चलने को प्रेरित और मांसपेशियों गतिविधि लगातार दर्ज की. एक दिया पैर एक के अंदर या बाहर एक पैर, मोड़ दिशा के आधार पर कर सकते हैं. कदम बीच पैर में, कार्यात्मक अर्थों में एक के अंदर पैर के रूप में अभिनय, यह देखा कि retractor और चांदा मांसपेशियों कार्यात्मक रुख मांसपेशियों के रूप में दोनों काम है क्योंकि पैर रहकर कर सकते हैं आगे निर्देशित कदम के अलावा पिछड़े कदम का उत्पादन कर सकते हैं (Fig.4 देख ).
दोनों मांसपेशियों से electromyograms (EMGS) सुधारा गया और स्पर्श – डाउन के समय और पहली मांसपेशियों spikes के विलंबता की गणना की गई करने के लिए सामान्यीकृत. दिलचस्प है, सम्मान के साथ दोनों की मांसपेशियों के सुप्तावस्था लिफ्ट बंद और स्पर्श नीचे संबंधित स्विंग या मांसपेशियों रुख (Fig.4 देखें) के रूप में और मांसपेशियों में ही नहीं पर पेशी के समारोह पर निर्भर करने के लिए, और दिखाने में केवल मामूली परिवर्तन गतिविधि शुरू होने के समय. स्विंग से रुख करने के लिए राज्य के परिवर्तन के लिए हाल स्पष्टीकरण tarsal संपर्क ट्रिगर रुख की शुरुआत की है कि संवेदी संकेत मान. कैसे स्पर्श नीचे और छड़ी कीट में पेशी सक्रियण के बीच कम latencies के बारे में लाया जाता है और वे क्या संवेदी जानकारी निर्भर दिलचस्प सवाल अब संशोधित सेटअप के साथ संबोधित किया जा सकता है.
संक्षेप में, हम एक फिसलन सतह सेटअप है कि हमें मज़बूती स्थिर छड़ी कीड़ों में सीधे और वक्र चलने प्रकाश में लाना करने के लिए अनुमति देता है दिखाते हैं. कीनेमेटीक्स, मांसपेशियों की गतिविधि और tarsal स्पर्श डाउन के समय और लिफ्ट बंद और नजर रखी जा सकता है दो अलग अलग व्यवहार ग में सहसंबद्धएक ही समय पर ontexts. यह हमें बरकरार जानवर और अंतर्निहित तंत्र में एक एकल के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पैर के लिए मांसपेशियों गतिविधि और व्यवहार के संदर्भ के बीच विस्तृत कनेक्शन अध्ययन के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण देता है.
The authors have nothing to disclose.
हम माइकल Dübbert, ओलिवर Hoffmann, हंस Scharstein, जनवरी Sydow और उत्कृष्ट तकनीकी सहायता के लिए ऐनी Wosnitza धन्यवाद. इस अध्ययन DFG अनुदान / 8,10 857 बुउ द्वारा अटल बिहारी समर्थित किया गया
Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
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2-component epoxy glue | UHU plus, UHU GmbH, Germany | |||
glass screens (diameter 130mm) | Marata screens, Linos Photonics, Göttingen, Germany | |||
dental cement | ProTemp II, 3M ESPE, Seefeld, Germany | 3M Id : 70-2011-0358-0 Catalog Number : 46430 | Available through 3M (http://www.3m.com/)or dental suppliers | |
fluorescent pigments | Dr. Kremer Farbmühle, Aichstetten, Germany | Cat.#s: i.e 56200 Fluorescent Pigment Golden Yellow 56350 Fluorescent Pigment Flame Red |
http://kremer-pigmente.de/en or http://www.kremerpigments.com/ | |
histoacrylic glue | 3M Vetbond, St.Paul, MN, USA | supplier: WPI | ||
coated copper wire | Elektrisola Eckernhagen | http://www.elektrisola.com/ | ||
electrode cream | Marquette Hellige, Freiburg, Germany | Product is now discontinued, we suggest for example: www.grasstechnologies.com | ||
pulse generator | Model MS501, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany | |||
lock-in-amplifier | electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany | |||
AD converter | Micro 1401k II, CED, Cambridge, UK | |||
preamplifier | electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany | |||
high speed video camera | Marlin F-033C, Allied Vision Technologies, Stadtroda, Germany | |||
UV LED arrays | 30-50V DC, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany | λ390-395nm Luminance 24cd |
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Digitalizing software Spike2 | Vers.5.05, CED, Cambridge, UK | |||
motion tracking software | (WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak service, Berlin, Germany |