곤충의 적응 운동력이있는 사람의 행동의 신경 기초를 공부

1. 워킹 표면 검은 도보 표면 두 니켈 코팅 황동 플레이트 이루어진 것은 영구적으로 나란히 입사하여 전기에 직접의 종축 아래 2 – 구성 요소의 2mm 폭의 스트립 에폭시 접착제 (UHU 플러스, UHU GmbH를, 독일)에 의해 서로 절연 동물. 그들은 13.5×15.5cm 총 표면적 (그림 1)을 생산하고 있습니다. 왼쪽 및 오른쪽 다리에 대한 반 비행기의 분리는 각 측면에 하나의 다리를위한 독립 tarsa​​l 연락처 모니터링을 허용합니다. 접시는 slipperiness 및 전기 전도성을 전달 NaCl – 용액을 포화 5 부품 95 부품 글리세린의 비율로 글리세린 / 물 혼합과 윤활이며 점도가 (샹카와 쿠마, 1994) 약 430cStokes입니다. 혼합물은 표면에 직접 적용되고 0.1 – 0.2mm의 전체 두께를 보장하기 위해 부드러운 조직의 조각으로 분산됩니다. 2. 광학 자극 설정 워킹 에피소드가로 약의 거리에 위치 두 라운드, 그라운드 유리 화면 (직경 130mm, Marata 화면, Linos Photonics, 괴팅겐, 독일)에 줄무늬 패턴을 프로젝트에 Scharstein (1989)에 의해 설명이 프로젝터를 사용하여 elicited 수 있습니다. 눈에서과 플레이트 (Fig.1)의 왼쪽과 오른쪽 프런트 엔드에 45 °의 각도로 70mm. 줄무늬 패턴의 파장은 λ에 지속적으로 보관됩니다 = 21 °. 움직이는 자극의 대비 주파수는 0.35, 0.72, 1.07 및 1.49Hz 사이에 다양한 수 있습니다. 동물의 반응만을 대비 주파수 ω / λ에 의존 이후 패턴 대비가 (페르미와 Reichhardt 1963) 높으면 (ω = 각속도, λ = 패턴 파장), 우리는 실험을 통해 λ을 변경할 않았 . 동물의 측면에 밝은 줄무늬의 휘도는 약 15cd/m2 및 대비 0.8입니다. 스틱 곤충의 화합물 눈 (Carausius morosus)는 24 dorso – 복부 축에 ommatidia (Friza, 1928)와 rostro – 꼬리 축에 몇 가지 더 있습니다. 스틱 곤충 눈의 발산 각도가 평균 6.2이므로 ° (Jander 및 볼크 – Henrichs, 1970)의 패턴 파장이 약 4 배 ommatidia의 각도했다. 실험은 어두운 패러데이 케이지에 설정하고 20-22에서 어두운 방에 ° C.에서 수행하는 앞으로 걷는이 모두 화면에 진보적인 패턴에 의해 유도된 어디에 밖으로 각 화면의 이동이나 화면 사이에 위치 흰색 배경에 하나의 검은 광선에 줄무늬 터닝은 두 화면에서 같은 방향으로 이동 줄무늬에 의해 유발됩니다. 우리는 이동 줄무늬의 속도와 회전 각도 사이의 상관 관계를 발견하지 않았습니다. 줄무늬 패턴의 휘도가 도보로 유도로 설정되면, 그것은 일반적으로 추가 조정이 필요하지 않지만, 그것은 프로젝터의 할로겐 램프의 전압에 의해 필요에 따라 다른 동물 조정할 수 있습니다. 3. 실험 동물 준비 여성 성인 스틱 곤충 (Carausius morosus)는 여러 개의 커넥터를 가진 황동 튜브에 삽입 얇은 발사 스틱 (3x5x100mm, WxHxL),에 (치과 시멘트, ProTempII, 3M ESPE, Seefeld 호텔, 독일) 복부 쪽을 붙이면됩니다. 접착제 적어도 부분적으로 강화된 때까지 동물은 약 ​​잠시 다운 개최된다. 머리와 다리는 자유 운동을 허용하도록 다월의 전면과 측면에서 내다. 모든 다리의 coxae의 분야뿐만 아니라 복부의 주요 부분은 아교 무료 왼쪽되어야한다. 곤충 머리, 흉부, 각 대퇴골과 경골의 말초 끝을는 나중에 비디오 추적 치과 시멘트와 혼합 형광 안료 (박사 크레머 Farbmühle, Aichstetten, 독일)로 표시됩니다. 4. EMG 전극의 배치 이 예제에서와 같은 다른 다리 근육의 근육 활동, 흉부 및 원인 길게 끌기 (전진 운동)과 다리의 철회 (뒤로 이동)에 위치하고 있습니다 분도기와 견인기의 coxae 근육은, EMG 전극에 의해 기록됩니다 흉부에 이식. 모든 EMG 녹음이 differentially 증폭됩니다. 신호는 더 이상 (Vers.5.05, CED (10X) 증폭하고, spike2로 AD 변환기를 통해 수입, preamplifier (전자 워크샵, 아열대 연구소, 쾰른), 대역 통과 필터 (100Hz – 2000Hz)에 100x 증폭되었다 영국 캠브리지). 전극 (; 47μm 외경 Elektrisola, Eckernhagen, 독일) 코팅 구리선에서 만들어집니다. 한 전극에 대한 두 개의 전선이 처음 접착제로 뭉개졌어 후, 두 끈적 와이어 서로 주위 트위스트 아르 한쪽 끝에 꼬인 철사 끝을는 미니 플러그에 납땜합니다. 다른 끝에있는 와이어가 동물에 삽입을위한 절연없이 깨끗한 종료를 제공하기 위해 절단됩니다. EMG 전극은 plugge 아르D 황동 튜브의 끝에있는 작은 커넥터에. minuten 핀은 표피에 작은 구멍을 천공하는 데 사용됩니다 전극의 컷 끝나는 그런 다음 우리의 경험에서, 잡음 비율에 좋은 신호를주는, 서로 약 1mm 거리에서 분리되어 근육에 삽입됩니다. 주의의 손상을 방지하기 위해 근육에 너무 깊이 전극을 삽입하지 않도록해야합니다. 그림 2는 동물의 근육에 전극의 위치를​​ 보여줍니다. 그림 3은 장소에 전극 와이어와 동물을 보여줍니다. 우리는 장소에 전선을 잡고 histoacrylic 접착제 (3M Vetbond, St.Paul, MN, 미국)의 작은 방울을 사용합니다. 접지 와이어는 복부에 삽입됩니다. 5. Tarsal 문의 녹음 Tarsal 연락처는 항상 EMG의 흔적과 함께 기록됩니다. 미끄러운 표면 두 개의 반쪽으로 분할되기 때문에, 두 contralateral tarsa​​l 연락처 최대 동시에 등록할 수 있습니다. 이러한 목적으로, 다리는 접시와 앰프 사이에 회로를 닫습니다 "스위치"로 사용됩니다. 현재는 각 접시의 바닥에 두 소켓을 통해 개별적으로 접시에 적용할 수 있습니다. 우리는 90 °의 위상 지연되는 펄스 발생기 (모델 MS501, 전자 워크샵, 아열대 연구소, 쾰른)와 2 4mV amplitudes 두 개의 사각형 웨이브 신호를 생성할 수 있습니다. 신호는 60dB (/ 1000) 및 미끄러운 표면의 두 반쪽에 적용하여 감쇠됩니다. 이 실험에서 우리는 두 신호 중 하나를 사용하십시오. 그것은 동시에 참조 신호로 잠금 인 앰프로 공급됩니다. 2 위상 잠금 – 증폭기의 (전자 워크샵, 아열대 연구소, 쾰른) 선택 제공된 참조 신호와 동일한 주파수 및 위상에만 신호를 증폭. 두 번째 채널은 90 ° 위상 지연 신호를 감지합니다. 참조 주파수 이외의 주파수에서 잡음 신호를 거부하고 측정에 영향을주지 않습니다. 증폭기 출력 신호는 AD 변환기 (마이크로 1401k II, CED, 캠브리지, 영국)와 디지털을 사용 Spike2으로 공급됩니다. 터치 다운 및 이륙 타르 소의로 및 미끄러운 표면에서 사이에 구리 와이어로 족근 및 경골을 통해 플레이트 (아래 참조 : 5.3-5.8)를에서 전류 흐름. 선택한 증폭기는 높은 입력 저항 (1MΩ)를 보유하고 신호 전압은 동물의 걷는 동작에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 매우 작습니다. 족근 및 경골을 통해 현재의 통과는 2 4nA 사이입니다. 윤활유에 항목과 표면 사이의 접촉 터치 다운 동안 신호 리드 타임은 1ms 이하입니다. 이륙하는 동안 연락 신호 전환 덜 가파른 더 지연될 수 있습니다. 이것은 지연없이 모세관 상승 효과에 의해 족근에서 윤활유의 찢어과 다리의 움직임에 의한 예정이다 완전한 스윙 단계에서 – 발사. 동물 붙어입니다 발사 스틱과 황동 관은 7 일 사이 무료로 걷는 동안 높이에 해당하는 미끄러운 표면 위에 12mm의 동물의 높이 조정을 허용하는 micromanipulator에 삽입됩니다. 모니터 다리의 곤충 족근이 바닥에 때마다 전류 흐름을 측정하기 위해 철사 (직경 47μm)은 약 15cm 길이 토막 내다입니다. 구리의 절연은 알코올로 멀리 연소에 의해 제거됩니다. 루프는 전선의 한쪽 끝을 함께 형성과 동물의 족근 차 하락이다 루프는 동물과 와이어 사이 좋은 접촉을 제공하는 경골의 말초 끝에 달려있다. 와이어는 다음 두 구성 요소 접착제 (ProTempII, 위 참조)의 드롭으로 동물의 근육에 고정하고, 악어 클램프를 통해 차동 증폭기에 연결됩니다. 의 종료, 전극 크림의 드롭에서 와이어의 전도성을 향상시키기 위해 연락 분야에 (마르케트 Hellige, 프라이 부르크, 독일) 적용됩니다. 신호 강도는 다음 모니터 테스트됩니다. 자물쇠 – 인 – 앰프의 로우 패스 필터 속성 (상수 시간 10ms)와 타르 소의 점진적 lift-off/touch-down 때문에 신호가 정확하게 사각형 신호되지 않습니다. 하나는 따라서 tarsa​​l 접촉의 정확한 타이밍을 확인하고 수동으로 디지털 소프트웨어에 의해 결정 각 이벤트를 확인하기 위해 전환 지점 가까이에 적합한 임계값을 설정할 수 있습니다. tarsa​​l 접촉을 바탕으로, 우리는 주어진 다리의 족근가 자세하고 스윙 단계로 공기에 있었던 시간 지상에 있던 시간을 정의. 카메라에 대한 트리거 신호는 EMG 추적 및 tarsa​​l 연락처 신호를 동시에 기록하고, 행동 및 기록 추적의 프레임 상관 관계에 의해 정확한 프레임을 수 있습니다. 6. 디지털 분석을 위해 다리 운동의 광학 녹음 미끄러운 표면에 스틱 곤충의 스테핑 주파수 3 – 4Hz (그레이엄과 크루즈, 1981)를 도달할 수 있습니다. 도보 시퀀스를 녹음하기 전에 거울은 터치 다운에 대한 추가 영상 모니터를 가지고 동물 뒤에 45 ° 각도로 배치됩니다. 카메라가 외부 트리거되고 그림은 FireWire를 인터페이스를 통해 PC에 공급하고 있습니다. 우리는 디지털 다리 움직임을 분석하는 100fps의 고속 비디오 카메라 (말린 F – 033C, 연합군 비전 테크놀로지, Stadtroda, 독일)와 위에서 시퀀스를 도보로 기록하고, EMG 활동과 tarsa​​l 접촉으로 그들을 상관 관계. 도보 시퀀스의 녹음하는 동안 동물은 형광 마커를 조명 강도 조정됩니다 파란색 LED 배열 (30 – 50V DC, 휘도 24cd, 전자 워크샵, 아열대 연구소, 쾰른 대학)와 조명입니다. 문학 (Schlegtendal, 1934)에 따르면, 스틱 곤충은 컬러 비전을 가지고하지 않으며 우리는 돌려 응답에 자외선 조명의 부정적인 영향을 관찰하지 않았습니다. 카메라 렌즈 앞에 노란색 필터는 활성화 빛의 짧은 파장을 억제하고 비디오 레코딩에 대한 높은 콘트라스트를 제공합니다. 동영상 파일은 모션 추적 소프트웨어 (WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak 서비스, 베를린, 독일)를 사용하여 분석하실 수 있습니다. 7. 워킹 시퀀스 녹음 컨트롤로서, 먼저 손상 동물과 함께 산책 순서가 기록됩니다. 줄무늬 패턴의 속도가 설정되어 있고, 패턴과 비디오 녹화는 동시에 약 시작됩니다. 동물이 자발적으로 운동을 시작하지 않으면, 그것은 안테나에 브러시 (배슬러 및 웨그너, 1983), 또는 공기의 퍼프가 함께 복부에 자극 수 있습니다. 이 경우, 동물은 복부의 왼쪽에있는 감동은 왼쪽과 반대 설정하는 경향이있다. 줄무늬 패턴은 동물이 보행 또는 연속 기록 3 분 후에 때까지 멈출 때까지 계속 유지됩니다. 한 다리의 근육 활동이 인근 다리에서 감각 입력에 의존하는 방법까지 테스트하기 위해, 동물은 그 다리를 autotomize을 유도합니다. autotomy의 사이트는 초 이내에 자연까지 닫습니다. autotomized 앞 뒷다리와 동물의 예제는 그림 3에 표시됩니다. 예를 들어, 하나의 중간 다리를 가지고 동물 실험을 위해, 우리는 포셉 한 켤레 (슈미트 및 그런드, 2003)와 근위 대퇴골을 곤란하게하여 프로와 metathoracic 다리 autotomy을 유발하거나 coxae의 수준에있는 다리를 잘라 손상 동물에서 녹음 후. 그 후 복구 시간을 30 분 최소가 동물에게 주어집니다. 그럼 우리가 전에 새로운 산책 시퀀스를 기록합니다. 감소 준비에서, 우리는 자주 페인트 브러쉬 스트로크를 사용하여 도보로 유도해야합니다. 8. 대표 결과 : 그림 1 실험 설치, A :. 다리 추적 형광 안료로 표시된 및 EMG 녹음 및 tarsal 연락처 측정 유선 미끄러운 표면 위에 닿는 스틱 곤충의 사진. B : 미끄러운 표면에 걷는 동안 이중 다리 tarsa​​l 문의 기록을위한 배선 다이어그램. 그림 2. 스틱 곤충 중간 다리의 근육에있는 분도기와 견인기 근육의 EMG 전극의 위치에 대한 위치. ML : 중간 다리, FL : 앞 다리 . 그림 3 대신에 중간 다리의 프로 및 견인기 근육의 EMG 와이어와 곤충을 스틱, 앞 뒷다리는 중간 다리의 운동학 및 근육 활동에 인접 다리의 존재의 효과를 연구하기 위해 제거되었습니다 감소 준비. 그림 4. 내부 중간 다리에 tarsal 연락처 참조 신호와 견인기 EMG 활동의 예 추적하는 동안이 가고 있습니다. 다리가 다리를 앞으로 단계하게 나타내는, 지상 접촉 ( "폐쇄 회로")가 동안 추적의 시작 부분에서 (첫 번째 파란색 상자) 견인기는 자세 동안 활성화되어 짧은 스위치 (두 번째 파란색 상자) 후, 다리가 거꾸로 감독 단계의 발생을 보여주는 공기 ( "개방 회로", 셋째 파란색 상자)에있는 동안 견인기는 스윙하는 동안 활성화됩니다. 그림 5. 화면 분도기에서 녹화 촬영 (위 추적)와 견인기 (중간 추적) 근육과 동시에 기록 tarsal 문의 추적 (하단 추적). 단계 사이클에서 두 근육의 활동에 해당하는 EMG의 추적에있는 교류 활동을 참고, 그 직전과 도중에 분도기 활동입니다스윙, 다리 자세에 후 터치 다운 타르 소의 동안 tarsa​​l 지상 문의 연락처 추적 신호 손실 및 견인기 활동. 삽입은 동물의 동작을 확인하는 데 사용되는이 기록에 해당하는 일치하는 동영상 파일을 보여줍니다.