Descriviamo un metodo per registrare l'attività motoria, programmata per il segnale elettrico registrato contatto tarsale in un insetto legati, camminare su una superficie scivolosa. Questo è utilizzato per studiare le basi neurali del comportamento adattivo sotto l'influenza della ridotta interazione meccanica tra le gambe attraverso il substrato.
Studiare le basi neurali del comportamento a piedi, si affrontano spesso il problema che è difficile separare l'uscita neuronally produced un passo da quei movimenti delle gambe che risultano da forze passive e le interazioni con le gambe di altri attraverso il contatto con il substrato comune. Se vogliamo comprendere, quale parte di un dato movimento è prodotto da uscita motore del sistema nervoso, l'analisi cinematica dei movimenti passo-passo, quindi, deve essere integrata con le registrazioni elettrofisiologiche dell'attività motoria. La registrazione dell'attività neuronale o muscolare in un animale si comporta è spesso limitata dalle apparecchiature elettrofisiologiche che possono limitare l'animale nella sua capacità di muoversi con molti gradi di libertà possibile. Questo può essere evitato utilizzando elettrodi impiantabili e quindi avere la mossa animale su un cordino lungo (cioè Clarac et al, 1987;. Duch & Pflüger, 1995; Böhm et al, 1997;. Gruhn & Rathmayer, 2002) o trasmettendo i dati utilizzando dispositivi telemetrici (Kutsch et al, 1993; Fischer et al, 1996;. Tsuchida et al 2004;. Hama et al, 2007;.. Wang et al, 2008). Entrambi questi metodi eleganti, che vengono utilizzati con successo in grandi artropodi, si rivelano spesso difficili da applicare in piedi più piccoli insetti che sia facilmente impigliata nella cordino lungo o sono impediti dal peso del dispositivo telemetrico e le sue batterie. Inoltre, in tutti questi casi, è ancora impossibile distinguere tra la base puramente neuronale di locomozione e gli effetti esercitati da collegamento meccanico tra le gambe camminando attraverso il substrato. Una soluzione per questo problema è quello di condurre gli esperimenti in un animale legato, che è libero di camminare sul posto e che è sospeso a livello locale, ad esempio, su una superficie scivolosa, che rimuove efficacemente meccanica contatto più terreno. Questo è stato utilizzato per studiare le risposte di fuga (Camhi e Nolen, 1981; Camhi e Levy, 1988), trasformando (tryba e Ritzman, 2000a, b;. Gruhn et al, 2009a), indietro a piedi (Graham e Epstein, 1985) o variazioni di velocità (Gruhn et al. 2009b) e permette allo sperimentatore di combinare facilmente intra ed extracellulari fisiologia con analisi cinematica (Gruhn et al., 2006).
Noi usiamo una configurazione scivolosa superficie per indagare la tempistica dei muscoli delle gambe in insetto stecco comportarsi riguardo al touch-down e lift-off in differenti paradigmi comportamentali, come camminare dritto in avanti e curve in preparati intatto e ridotto.
Abbiamo descritto una configurazione che consente la generazione otticamente indotta di trasformare il comportamento e permette in larga misura il disaccoppiamento di neuronally generato attività a piedi dagli effetti passivi causati dallo spostamento meccanico degli arti altri a piedi per terra. Flusso di informazioni potenziali tra le gambe attraverso il sistema nervoso per le forze di reazione del terreno o contattare tarso, d'altra parte, è ancora possibile e permette lo sperimentatore per studiare l'influenza di tali informazioni nella preparazione ridotta. Principali vantaggi della configurazione superficie scivolosa che includono gli animali mostrano una tendenza molto alta a camminare, e contrariamente a piedi o pestare un treadwheel, l'animale può eseguire swing e movimenti fase statica in tutte le direzioni del cammino naturale. Inoltre, i gradi di libertà per tutte le gambe permettere all'animale di effettuare la curva a piedi se si tratta di una preparazione intatto o semi-intatti. Perché le gambe non possono essere spostati passivamente semplicemente il movimento in avanti l'animale o il movimento del substrato sottostante, ogni movimento riflette l'uscita del motore di quella gamba (Cruse, 1976; Graham e Wendler, 1981). L'installazione è particolarmente adatto per indagare le basi neurali di comportamenti adattivi come girare all'indietro o in avanti rispetto a piedi, perché si può combinare registrazioni elettrofisiologiche dell'attività motoria con l'analisi cinematica del movimento degli arti.
Abbiamo usato la risposta optomotor dell'insetto bastone di suscitare camminare. Le risposte degli animali al motivo a strisce a rotazione si mostrano pronti a effettuare la curva a piedi, mentre legato sulla superficie scivolosa. Più sorprendente per noi, solo gambe in una sola gamba qualitativamente preparati mostrano lo stesso modello in movimento come nel intatta di un animale. Abbiamo quindi ragione di credere che il controllo di camminare curva può funzionare in gran parte senza coordinando gli input sensoriali dalle gambe vicine. Sarà importante provare a ulteriori esperimenti se l'attività dei motoneuroni delle gambe rimosso è influenzato anche dal modello optomotor. La configurazione può essere facilmente modificato per consentire lo studio di altre attività come dritto in avanti e indietro a piedi mettendo una striscia sola di fronte l'animale o tirando delicatamente le antenne.
La misura precisa di contatto con il terreno ci permette di correlare l'attività muscolare e la posizione delle gambe. L'elevata risoluzione temporale di questo segnale contatto elettrico è meglio di 1 ms e ci conduce a una nuova comprensione i tempi del passaggio dallo swing alla fase statica. La risoluzione è peggiore per la posizione di swing transizione a causa del ritardo nel taglio del lubrificante conduzione e la mancanza di necessità di un completo decollo durante protrazione sulla superficie scivolosa. Tuttavia, la conoscenza sull'altalena preciso per la transizione posizione è un passo particolarmente utile prima se vogliamo capire i meccanismi che controllano tempi muscolare e le attività coordinate dei muscoli delle gambe in diversi contesti comportamentali (vedi anche: Büschges et al, 2008;. Büschges & Gruhn 2008).
Come esempio, abbiamo usato il riavvolgitore e goniometro coxae muscolare della gamba centrale e precisamente correlata la sua attività con il passaggio dallo swing alla fase statica mentre noi contemporaneamente monitorato il contesto comportamentale in cui è stata utilizzata la gamba. A questo scopo, abbiamo indotto a piedi e hanno registrato l'attività muscolare in modo continuo. Una gamba dato può essere un interno o una gamba esterna, a seconda del senso di rotazione. Alla gamba mezzo passo, in qualità di una gamba dentro in senso funzionale, si può osservare che i muscoli riavvolgitore e goniometro può lavorare sia i muscoli posizione funzionale, perché la gamba produce intermittenza passi indietro in aggiunta a passi avanti diretto (vedi Fig.4 ).
Il elettromiogrammi (EMG) da entrambi i muscoli sono state rettificate e normalizzato al tempo di touch-down e la latenza del primo spike muscolo è stato calcolato. È interessante notare che le latenze di entrambi i muscoli rispetto a dipendere lift-off e touch-down sulla funzione del muscolo come altalena rispettivi atteggiamento muscolare (vedi Fig. 4) e non sul muscolo stesso, e mostrano solo piccole modifiche nel tempi di inizio attività. La maggior parte delle spiegazioni per il cambiamento di stato dallo swing alla posizione assumere che i segnali sensoriali di trigger contatto tarsale l'inizio della presa di posizione. La domanda interessante di come le latenze breve tra touch-down e attivazione muscolare nel insetto stecco sono determinati e su quali informazioni sensoriali dipendono ora possono essere affrontate con la configurazione modificata.
In sintesi, ci mostrano una configurazione superficie scivolosa che ci permette di suscitare affidabile a dritto e in curva insetti stecco fermo. Cinematica, l'attività muscolare e la tempistica di tarsale touch-down e lift-off possono essere monitorati e correlati nei due diversi c comportamentaliontexts allo stesso tempo. Questo ci dà un ottimo strumento per studiare la connessione tra l'attività muscolare dettagliato e contesto comportamentali per una sola gamba e nell'animale intatto e i meccanismi alla base.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo Michael Dubbert, Oliver Hoffmann, Hans Scharstein, Jan Sydow e Anne Wosnitza per un'eccellente assistenza tecnica. Questo studio è stato supportato da DFG concedere Bu 857 / 8,10 ad AB
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 |