この記事では、ゴキブリ腹神経索の解剖とcercal神経と結合子から細胞外記録を記述する。誘発反応はcercal神経またはcercusの複数形の直接的な機械的刺激の電気刺激によって生成されます。
ゴキブリ腹側神経索調製物は神経動物行動学実験のために、ニューラルネットワークモデル、および殺虫剤の生理学的効果を試験するための扱いやすいシステムである。この記事では、昆虫の神経系は、環境摂動にどのように応答するかを分析するために使用することができゴキブリの感覚モダリティの範囲を説明しています。ここに重点がワモンゴキブリにおける巨大ファイバ伝送にcercusの複数形が介在する逃避行動である。これは、その場に備えて神経活動の再現性のある録音を生成するために、中程度の解剖技術および電気生理学的な専門知識を必要とします。ペプチドまたは他の化学試薬は、次いで生理食塩水を含む溶液中で、神経系に直接適用することができる。中枢神経系の興奮状態のためのプロキシとして働くことができる殺虫剤はまた、前の切開およびエスケープ回路に投与することができる。これに関連して本明細書中に記載のアッセイはまた、rに有用であろう四肢再生とどのPの神経系の発達の進化に興味esearchers アメリカーナは、確立されたモデル生物である。
そこに4,000人以上のゴキブリ種があるが、約30の家庭害虫である。おそらく最も有名なアフリカに起源名前の誤りワモンゴキブリワモンゴキブリであり、現在では地球上のほぼどこにでも発見された。熱帯地方での急速な走行速度1と回避行動に加えて、P.アメリカーナは、飛行2,3することが可能である。
ゴキブリ中枢神経系(CNS)の主な特徴は、制御プロセス4,5のセグメント化され、その性質および分散化である。脳、胸部、および腹部神経節、腹側神経索(VNC)を形成する一対の神経節間の結合子によって結合されている。
各セグメントでの神経節はセンターを統合している。これらは、単にそれらの下に血液脳関門透過性を担う細胞を含む外、皮質領域、および神経細胞の細胞体のorigiから構成されているその神経節でのNAT変換。これらの細胞体はニューロン、調節ニューロン、または運動ニューロンに属していてもよい。彼らは、原点(ローカル介在ニューロン)の神経節内にとどまる軸索、またはCNSの神経節の間に突出した軸索(神経節間の介在ニューロン)を供給または周辺筋肉細胞(運動ニューロン)に終了します。ほとんどの細胞体は、神経節皮質5に腹または腹部外側に位置している。対になった、神経節間の結合子だけ軸索なし神経細胞体が含まれています。
神経節の神経網は、グリア細胞(神経膠)、軸索管、軸索の束、および神経細胞の樹状突起(神経突起)が含まれています。神経網は、神経細胞体を欠いている。これは神経細胞および入力の積分間の直接的な通信が発生するシナプス神経節内の領域である。
ワモンゴキブリPの能力(足、漢を検出して、急に近づいて捕食者への対応アメリカーナD などが 。)cercusの複数形と巨大な繊維系の6,7で構成されていますリフレックス回路に起因している。 cercusの複数形は、腹部の終わり( 図1)上にある角状、風の影響を受けやすい構造のペアです。 Pにアメリカーナ各尾角の腹面は約200糸状(糸)14の列に編成された毛髪が含まれています。これらの列のうち9は、一貫して関連した受容体細胞および軸索の応答特性に応じて異なる動物で同定することができる。それぞれの髪は、それが列固有である1面内で最も容易に曲げることを可能にするソケットです。その面に沿って一方向に髪の動きは、受容体細胞内の脱分極および感覚神経における活動電位のバースト(AP)を誘導する。反対方向への移動が進行中の自発的APが8を阻害する。レスポンスのたわみや方向性の好ましい面は、各列に異なっている。このように、filiform本の毛髪 – レセプター複合体は空気の動きを検出するだけでなく、APは、気流が発信された方向の形で、「コーディング」のためだけでなく、担当している。 CNSによるこの情報の処理は、「適切な」逃避反応6,7になる。感覚毛のこの機能は、柱状特異性は、動物から動物に保存されている。
各糸状の毛の受容体細胞は、(受容体細胞の軸索9のAPのバーストまたは阻害をもたらす神経イベントに毛の機械的変位を伝達する責任があります。APはcercal介して端子腹部神経節(A6)に旅行彼らは腹側神経索(VNC)の巨大軸索とシナプス神経XIは、巨大軸索は、逃避行動6,10,11をもたらす、運動ニューロンの伝達およびその後の励起に関与すると考えられている。
行動レイテンシーOPの逃避反応F アメリカーナは、任意の動物7の最短の一つです。行動待ち時間が機械受容の刺激の到着と逃避応答の開始の間の時間です。攻撃ヒキガエルから試行脱出を記録するために、高速撮影技術を用いた実験では、ゴキブリを移動7,12ゴキブリ舌伸長の開始から約40ミリ秒(時間的に離れてヒキガエルからの回転を開始することが観察された。制御された風力パフを使用して、行動の待ち時間は11ミリ秒に減少させることができた。他の実験はさらに低い速度(3ミリメートル/つつ(2ミリ秒600ミリメートル/加速度付き)12ミリメートル/秒の最小風パフ速度は、逃避反応を呼び起こすことができることを明らかにした秒)は12を移動を停止する、ゆっくり歩いてゴキブリが発生していました。
通常、巨大ファイバシステムと逃避行動の間に存在する強い相関関係がうまく13,14文書化されています。 instの中特定のセルが必要な特定の行動を喚起するのに十分であるancesセルは、コマンドニューロン15,16と呼ばれている。 Pの風エスケープ回路巨大介在ニューロン(GIS) アメリカーナは反射的に必要ではない。実験的に切除されたGISを活用した動物は、まだそのため、これらのGIをコマンドニューロン17,18考慮されていない逃避行動を示す。感覚回路に吻側である子宮頸部接続詞を切断することも脳からの入力を下降するエスケープ19の方向に影響を与えることを示す、行動に影響を与える。細かい制御と冗長性のこれらの局面は、生物の生存にとって最も重要であり、生体アミン20を介して神経化学的変調によって補完されています。
P.アメリカーナ神経索の準備はRoederの<の先駆的な仕事から始めて、過去何十年にわたってneuroethologistsためのエレガントなモデルシステムでした> 21 SUP。これは、ディスプレイを記録し、それらの入力22,23,24に巨大介在ニューロンによる一次知覚活動とその結果応答を分析するために学生を可能にします。識別可能な神経回路は、環境への行動反応の根底にあるという考えを伝えることに加えて、これらの演習は、この一般的な家庭害虫によって行われた生物学的な貢献に感謝を植え付ける必要があります。
この古典的な製造のための技術を発揮する理由の一つは、cercusの複数形のシステムがあったことであり、まだ神経回路の発達の問題に対処するだけでなく、シナプスの修復および再生26〜31についての質問での研究の活発な分野である。ゴキブリ腹側神経索において活性を誘発するいずれかの方法は、神経系機能に対する薬理学的物質又は殺虫剤の効果を調べるために使用することができる。これらの実験は、単純に生理食塩水に神経活性化学物質を溶解することによって行われます。接続詞または運動神経から記録しながら、通常の入浴培地でこの溶液を交換した後、誘発または自発的活動の変化は、CNSの機能に対する化学物質の効果の一貫性のある読み出しを与えるように観察することができる。
すべての神経生理学の実験のように、一般的な問題は、電気的なノイズです。これらの製剤のための信号品質の、おそらく最大の要因I神経組織のSの吸引電極シール。完全cercal神経または結合で描画しないタイトなシールが理想的です。記録はまた、神経索および鉱物油およびワセリンの混合物でVNC絶縁膜下に置かれた二重フック電極を作製することができる。この混合物をシリンジに充填し、神経索32の周囲に排出することができる。また、慎重な解剖は、いかなる中枢神経系の調製と、ここのように非常に重要です。いくつかは、それが簡単に背キューティクルを解剖によってCNSにアクセスするために見つけることができます。これは、腹側神経索を損傷する可能性を低減しながら、このアプローチを用いて内臓の全てを除去することはより困難であることができる。
それはここでは説明しませんが、この準備は巨大介在ニューロン32,33の細胞内記録に適している。全体の神経索はまた、同時に複数の記録及び刺激電極を収容するために除去することができる。触角葉、キノコBOのファクト探査DY、およびその他の前部CNS構造が進行中34〜35のままです。ゴキブリ中枢神経系は、現代の神経生物学的研究に光を当てるために続けているが、この特定の準備は、学部学術の研究室で使用するのに十分に簡単です。
The authors have nothing to disclose.
私たちは、イラストHyewonクーパーに感謝します。
Reagent | |||
Sylgard | Dow Corning | 182 silicone kit | 182 silicone elastomer kit |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5670 | |
NaH2PO4•2H2O | Sigma-Aldrich | 71505 | |
Na2HPO4•7H2O | Sigma-Aldrich | S9390 | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 221465 | To adjust pH |
HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | To adjust pH |
Material Name | |||
Dissecting tools | World Precision Instruments | assortment | |
Insect Pins | Fine Science Tools, Inc | 26001-60 | |
Dissecting microscope | World Precision Instruments | PZMIII-BS | |
Glass electrodes | Sigma-Aldrich | CLS7095B5X | Box of 200, suction electrodes |
Micromanipulator | World Precision Instruments | MD4-M3-R | Can fix for base or on a metal rod |
Silver wire (10/1,000 inch) | A-M Systems | 782500 | |
Computer | any company | ||
AC/DC differential amplifier | A-M Systems | Model 3000 | |
PowerLab 26T | AD Instruments | 27T | |
Head stage | AD Instruments | Comes with AC/DC amplifier | |
LabChart7 | AD Instruments | ||
Electrical leads | any company | ||
Glass tools | make yourself | For manipulating nerves | |
Cable and connectors | any company | ||
Pipettes with bulbs | Fisher Scientific | 13-711-7 | Box of 500 |
Beakers | any company | ||
Wax or modeling clay | any company or local stores | ||
Stimulator | Grass Instruments | SD9 or S88 | |
Plastic tip for suction electrode | local hardware store (Watt's brand) | ¼ inch OD x 0.170 inch ID | Cut in small pieces. Pull out over a flame and cut back the tip to the correct size. |