Summary

<em> במבחנה</em> הכנה להפקה והקלטה של ​​תוכניות רכב האכלה עם תנועות פיסיולוגיות<em> Aplysia californica</em

Published: December 05, 2012
doi:

Summary

אנו מתארים טכניקת extracellularly להקליט ולעורר מעצבים, שרירים, ונוירונים בודדים מזוהים<em> במבחנה</em> בזמן לעורר והתבוננות סוגים שונים של התנהגויות האכלה במנגנון ההזנה של<em> Aplysia</em>.

Abstract

Multifunctionality, היכולת של מבנה היקפי אחד ליצירת התנהגויות מרובות, ברורות 1, מאפשר לבעלי חיים במהירות להתאים את התנהגותם לשינוי הסביבה. הרכיכה הימית Aplysia californica מספק מערכת צייתנית לחקר multifunctionality. במהלך האכלה, Aplysia מייצר סוגים שונים של כמה התנהגויות באמצעות אותו מנגנון ההאכלה, מסת buccal. הגרעינים ששולטות התנהגויות אלו מכילים מספר גדולים, נוירונים שזוהו שיהיו נגישים למחקר אלקטרו. הפעילות של נוירונים אלה שתוארה בתוכניות מוטוריות שניתן לחלק לשני סוגים, תוכניות ingestive וegestive, בהתבסס על העיתוי של פעילות עצבית שסוגר יחסי גספר מזון לפעילות העצבית שמתמשך וחזר בו או גספר 2. עם זאת, בגרעינים מבודדים, את תנועות השרירים כי תפקנה התנהגויות אלו נעדרות, מה שהופכים אותוקשה יותר להיות בטוח אם את התוכניות המוטוריות נצפו הן הקורלציה של התנהגויות אמיתיות. בהקלטות vivo, עצבים ושרירים הושגו מקביל להאכלת תוכניות 2,3,4, אבל זה מאוד קשה ישירות להקליט מנוירונים בודדים 5. בנוסף, in vivo, תוכניות ingestive ניתן חולקו לעקיצות ו1,2 סנוניות, הבחנה שהיא קשה לעשות בעבר תאר ביותר בהכנות מבחנה.

ההכנה ההמונית buccal המושעה (איור 1) מגשרת על הפער בין גרעינים מבודדים וחיות שלמות. בהכנה זו, התנהגויות ingestive – כולל הוא נושך ובליעה – והתנהגויות egestive (דחייה) יכולים להיות שהושרו, באותו הזמן, כפי שניתן נרשמו נוירונים בודדים ומהמגורה באמצעות אלקטרודות תאיות 6. תנועות ההאכלה קשורים בהתנהגויות שונות אלה יכולים להיות recorטוליפ, לכימות, וקשור ישירות לתוכניות המוטוריות. את התוכניות המוטוריות בהכנת מסת buccal המושעה להיראות יותר דומה לאלו שנצפו בחי מאשר הם תוכניות מוטוריות שהושרו בגרעינים מבודדים. לפיכך, התוכניות המוטוריות בהכנה זו יכולות להיות קשורה באופן ישיר יותר להתנהגות בvivo; באותו הזמן, נוירונים בודדים הם נגישים יותר להקלטה וגירוי מאשר בבעלי חיים שלמים. בנוסף, כשלב ביניים בין גרעינים מבודדים וחיות שלמות, ממצאים ממסת buccal המושעה יכול לסייע בפרשנות של נתונים המתקבלים בהגדרות מופחתות גם יותר ושלמות יותר. ההכנה ההמונית buccal המושעה היא כלי שימושי לאפיון הבקרה העצבית של multifunctionality בAplysia.

Protocol

1. הכנה של פתרונות כדי להכין תמיסת מגנזיום כלוריד שהוא איזוטוני למי הים שבם מחזיקים בעלי החיים (~ 1000 millosmolar), לסמן את כד גדול ברמת עוצמת הקול הרצוי. ממלא את הכד במים מזוקקים לכ 80% מרמה זו, ולשקול את הכמות המתאימה של hexahydrate מ…

Representative Results

When an extracellular electrode is positioned above a neuron’s soma and used to stimulate the neuron, a one-for-one correspondence between spikes on the soma channel and on the nerve(s) the neuron projects to can be observed (Figure 6, left panel, stimulation of identified neuron B9). The soma channel (top channel) is set to stimulating mode when the current is applied (time 1 in the figure), and is then quickly switched to recording mode (time 2). By maintaining the position of the electrode, the…

Discussion

עבודה קודמת אפיינה תוכניות Aplysia מוטוריות בבעלי החיים השלמים ובהכנות מוקטנות, כגון גרעינים מבודדים. בחיה השלמה, למרות שהקלטות של נוירונים בודדים הושגו 5, ניסויים כאלה הם קשים מאוד, ואלקטרודות לא ניתן להעביר מתא העצב לתא עצב במהלך האכלה. בגרעינים מבודדים, תנו…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי מענק NIH NS047073 ומענק NSF DMS1010434.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium chloride Fisher Scientific S671 Biological, Certified
Potassium chloride Fisher Scientific P217 Certified ACS
Magnesium chloride hexahydrate Acros Organics 19753 99%
Magnesium sulfate heptahydrate Fisher Scientific M63 Certified ACS
Calcium chloride dihydrate Fisher Scientifc C79 Certified ACS
Glucose (dextrose) Sigma-Aldrich G7528 BioXtra
MOPS buffer Acros Organics 17263 99%
Carbachol Acros Organics 10824 99%
Sodium hydroxide Fisher Scientific SS255 Certified
Hydrochloric acid Fisher Scientific SA49 Certified
Single-barreled capillary glass A-M Systems 6150  
Flaming-Brown micropipette puller model P-80/PC Sutter Instruments   Filament used: FT345B
Enamel coated stainless steel wire California Fine Wire   0.001D, coating h
Household Silicone II Glue GE    
Duro Quick-Gel superglue Henkel corp.    
A-M Systems model 1700 amplifier A-M Systems   Filter settings: 300-500 Hz nerves,10-500 Hz I2 muscle
Pulsemaster Multi-Channel Stimulator World Precision Instruments A300  
Stimulus Isolator World Precision Instruments A360  
AxoGraph X AxoGraph Scientific    
Veeder-Root Totalizing Counter Danaher C342-0562  
Gold Connector Pins Bulgin SA3148/1  
Gold Connector Sockets Bulgin SA3149/1  
Sylgard 184 Silicone Elastomer Dow Corning    
100 x 50 mm Crystalizing Dish Pyrex    
High Vacuum Grease Dow Corning    
Pipet Tips Fisher Scientific 21-375D  
Minutien Pins Fine Science Tools 26002-10  
Modeling Clay Sargent Art 22-4400  
Silk Sutures Ethicon K89OH  
Whisper Air Pump Tetra 77849  
Aquarium Tubing Eheim 7783 12/16 mm
Elite Airstone Hagen A962  
Vannas Spring Scissors Fine Science Tools 15000-08  
Dumont #5 Fine Forceps Fine Science Tools 11254-20  
Yaki Sushi Nori Seaweed Rhee Bros    
Kimwipes Kimberly-Clark 34155  

References

  1. Neustadter, D. M., Herman, R. L., Drushel, R. F., Chestek, D. W., Chiel, H. J. The kinematics of multifunctionality: comparisons of biting and swallowing in Aplysia californica. J. Exp. Biol. 210, 238-260 (2007).
  2. Morton, D. W., Chiel, H. J. In vivo buccal nerve activity that distinguishes ingestion from rejection can be used to predict behavioral transitions in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 172, 17-32 (1993).
  3. Hurwitz, I., Neustadter, D., Morton, D. W., Chiel, H. J., Susswein, A. J. Activity patterns of the B31/B32 pattern initiators innervating the I2 muscle of the buccal mass during normal feeding movements in Aplysia californica. J. Neurophys. 75, 1309-1326 (1996).
  4. Cullins, M. J., Chiel, H. J. Electrode fabrication and implantation in Aplysia californica for multi-channel neural and muscular recordings in intact, freely behaving animals. J. Vis. Exp. (40), e1791 (2010).
  5. Warman, E. N., Chiel, H. J. A new technique for chronic single extracellular recording in freely behaving animals using pipette electrodes. J. Neurosci. Methods. 57, 161-169 (1995).
  6. Lu, H., Chestek, C. A., Shaw, K. M., Chiel, H. J. Selective extracellular stimulation of individual neurons in ganglia. J. Neural Eng. 5, 287-309 (2008).
  7. Church, P. J., Lloyd, P. E. Expression of diverse neuropeptide cotransmitters by identified motor neurons in Aplysia. J. Neurosci. 11, 618-625 (1991).
  8. Church, P. J., Lloyd, P. E. Activity of multiple identified motor neurons recorded intracellularly during evoked feedinglike motor programs in Aplysia. J. Neurophys. 72, 1794-1809 (1994).
  9. Nargeot, R. N., Baxter, D. A., Byrne, J. H. Contingent-dependent enhancement of rhythmic motor patterns: an in vitro analog of operant conditioning. J. Neurosci. 17, 8093-8105 (1997).
  10. Kandel, E. R. . Behavioral biology of Aplysia. , (1979).
  11. Scott, M. L., Govind, C. K., Kirk, M. D. Neuromuscular organization of the buccal system in Aplysia californica. J. Comp. Neurol. 312, 207-222 (1991).
  12. Susswein, A. J., Rosen, S. C., Gapon, S., Kupfermann, I. Characterization of buccal motor programs elicited by a cholinergic agonist applied to the cerebral ganglion of Aplysia californica. J. Comp. Physiol. A. 179, 509-524 (1996).
  13. Kupfermann, I. Feeding behavior in Aplysia: A simple system for the study of motivation. Behav. Biol. 10, 1-26 (1974).
  14. Morton, D. W., Chiel, H. J. The timing of activity in motor neurons that produce radula movements distinguishes ingestion from rejection in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 173, 519-536 (1993).
  15. Weiss, K. R., Chiel, H. J., Koch, U., Kupfermann, I. Activity of an identified histaminergic neuron, and its possible role in arousal of feeding behavior in semi-intact Aplysia. J. Neurosci. 6, 2403-2415 (1986).
  16. Jing, J., Weiss, K. R. Generation of variants of a motor act in a modular and hierarchical motor network. Curr. Biol. 15, 1712-1721 (2005).
  17. Jing, J., Weiss, K. R. Neural mechanisms of motor program switching in Aplysia. J. Neurosci. 21, 7349-7362 (2001).
  18. Morgan, P. T., Jing, J., Vilim, F. S., Weiss, K. R. Interneuronal and peptidergic control of motor pattern switching in Aplysia. J. Neurophysiol. 87, 49-61 (2002).
  19. Jing, J., Cropper, E. C., Hurwitz, I., Weiss, K. R. The construction of movement with behavior-specific and behavior-independent modules. J. Neurosci. 24, 6315-6325 (2004).

Play Video

Cite This Article
McManus, J. M., Lu, H., Chiel, H. J. An In Vitro Preparation for Eliciting and Recording Feeding Motor Programs with Physiological Movements in Aplysia californica. J. Vis. Exp. (70), e4320, doi:10.3791/4320 (2012).

View Video