生理学的および解剖学的技法は甲殻類の歩行手足の関節の固有受容および筋肉の緊張受容体の機能および構造に対処することが実証されている。
これらの手順の主な目的は、彼らは関節位置や動きを検出し、筋肉の緊張しているように固有感覚を担当する一次感覚ニューロンを生きているの活動を記録する方法を教育や研究目的のために実証することである。甲殻類固有受容テンション受容体から電気的活動は、基本的な神経生理学計装によって記録され、トランスデューサは、同時に運動神経を刺激することによって生成される力を測定するために使用される。また、我々は彼らの解剖学的構造の迅速な評価のために、または恒久的な固定のために神経細胞を染色する方法を示します。染色は、ほとんどの甲殻類での弦音器官の代表である解剖学的組織を明らかにする。固有受容応答にテンション神経の応答を比較すると、これらの感覚ニューロンが機能的に定義される方法と解剖学が関数に相関しているか決定する上で効果的な教育ツールである。三つの染色技術研究者やインストラクターが自分の研究室のための理想的な方法を選択することができています。
固有感覚は、協調運動行動を可能に四肢の位置や動きの感覚である。固有受容位置(静的)と動き(運動感覚)の受容体で構成されています。昆虫や甲殻類では、弦音器官は、CNS 1にその情報を提供する構造体である。すべての弦音器官は、関節にまたがるが、彼らはまだ、関節にまたがると、骨格筋や関節の関節に連動して移動するapodemes(構造のような腱)上のそれらの結合のために、関節の動きを監視することができます。カニの脚部は、それぞれが1つまたは2つの弦音器官2を有する、6個の関節を有している。通常、弦音器官は動き3-6の弾性ストランド、静的な関節位置を知らせるニューロン、方向と速度内に埋め込 ま60〜100以上の感覚神経を持っています。各関節と脚の弦音器官からの入力は、その後、集中的に動物による協調の動きを可能に処理される。
<p class="jove_content">足の筋肉が等尺性と等張性収縮時の生産力は、筋線維とapodemes7-9にその添付ファイルに関連付けられたテンション受容体によって検出される。我々は固有感覚を監視一次感覚ニューロンからの記録と筋線維によって発生する力に応答するニューロンのための方法論を提示従っ甲殻類の歩行脚プロトコルでは。足の動きを活性化し、力発生を定量化するための技術も提示、ならびにこれらの末梢神経系構造体の配置を特徴付けるために使用され得る、解剖学的技法れる。以下に示す手順では、弦音弾性ストランドと内突起上の位置を基準に両タイプの受容体を刺激するニューロンの構造的および機能解析を可能にします。説明するために、我々はpropodite -指節(PD)弦音臓器、カニ脚3の最も遠位のセグメントにまたがる臓器を使用しています。詳細な電気生理学的研究は1930年に始まり、現在も行われているものの、いくつかの側面は、様々な関節とmuscles10-16の協調制御における役割における固有受容の分節の接続については知られるようになった。固有受容器官、筋肉や神経系の間の構造と機能の関係を確立することは、さらに、これらの役割を定義するのに役立ちます。例えば、内突起に挿入細胞体とテンションニューロンの遠位終末を標識化することは、筋繊維8,17-21との相対的な位置を明らかにします。
我々は、学術研究や実験室で使用することができる脚甲殻類のための3つの染色技術を提示する。メチレンブルー染色は、筋肉や神経に適しコントラストを提供し、解剖学を学ぶ学生のための簡単な手法として推奨されます。蛍光顕微鏡のセットアップを持っているラボは簡単に神経を露出させることにより、より選択的な神経細胞の染色を達成することができます生体色素4 – ジ-2-ASPにS。第三の選択肢は、ニューロンを染色すると修正のCoCl 2埋め戻し、であり、蛍光イメージングを必要としません。それは労力と時間集約的でありながら、この染色プロセスが満たされている神経のための高コントラストと特異性を提供します。一緒に、これらの技術は、四肢または四肢内の間だけでなく、他の甲殻類や昆虫種20〜22のうち、種々の弦音器官を比較するために使用することができる。生理的なレコーディングにと解剖学的染色に用いワタリガニ(C.のサピドゥス ) は、すべての米国の南部と南東境界付近容易に入手可能である。この種は、ほとんどのカニで発見弦音と緊張神経手配の代表として機能します。西海岸の研究所では、これらの実験のためにはるかに大きいアメリカイチョウガニ( 蟹座マジスター ) を使用することを好むでしょう。
この一連の実験の目的は、1)特定の感覚系の生理的機能に関連する解剖学的マッピングの重要性を強調するために)識別可能な固有感覚器官の緊張神経と2から細胞外記録の基本原則を教え、示すことである。この実験的なアプローチを利用し、動物モデルは、安価で神経生理学教示実験室で行うことが比較的容易である。
弦音器官のニューロンは2特定の機能タイプ、動きに反応しているものと静的な位置に対応したものである。弦音器官の様々からの単一細胞記録は、関節が検討されているに関係なく、これが事実で3,5であることが示されている。実際、ロブスターの触角の関節に関連した弦音器官が同じ2つの感覚の種類と基本的な解剖学27を明らかにした。そこに二種類のニューロン(運動及びPOSITIであることに加えて)に、神経細胞は、それぞれの弾性ストランドの同じ解剖学的構造を共有しています。鎖上に近位にある大きな細胞体は、ダイナミックな動きに敏感な神経細胞に所属する傾向がある。静的な位置を知らせるニューロンは、小さな細胞体を持ち、遠位に配置されています。これらの細胞は持続的に活躍しています。手根-propodus(CP)と長節-手根(MC)関節の2弦音器官が存在する間は、PDジョイントは、単一の弦音の臓器が含まれています。
電気生理学的記録のためのワタリガニ( クロストリジウム·サピドゥス )に固有受容構造を公開する解剖は、感覚ニューロンから記録しながら、関節の動きが自然な位置で行われることを可能にする戦略が必要です。歩行脚での開幕戦の筋肉のためのテンション神経は、いくつかの神経細胞で構成された非常に細かい神経である。注意を取られていない限り、テンション神経だけでなく、運動神経が刺激される筋肉を支配する、この解剖中に破損することができます。のために最適な記録は、吸引電極が神経のサイズに合わせて調整する必要がある。録音は30-40X倍率解剖顕微鏡およびローエンドのマイクロマニピュレーターを使用して、学生の研究室で容易にアクセスできます。
共同弦音器官を追求するために興味深いものになるだろう将来の実験は、ライフサイクルのさまざまな段階で様々な種での脚再生中の構造や生理的なプロフィールを調べることであろうがんマジ 19,26を使用した初期の研究のフォローアップ。対処すべき残りの質問は、1アール)手足を再生する際、再生さニューロンの分布と組織は2)機能的な再生四肢におけるCNS(腹側神経索)に軸索投射されているか、またはそれをしない、動物の年齢に依存しない手足がautotときに機能的な接続を確立するのにかかった時間との共同使用を取り、3)自切面の近位に切断軸索がどうなるかomized?28
甲殻類は、環境条件およびその周囲の温度に適合するが、それはニューロンは、温度変化に応答してその活性を変化させるように、それらが神経回路内の協調を維持するかは不明である。急激な変化は、30をnot29あり、一方、変化の遅い速度は、動物に順応するためのいくつかの時間を与えることがあります。原因代謝、行動31、あるいは環境への影響へのpHや浸透圧の生理的変化は、固有感覚に関わる神経回路に同様の課題を提示することができる。その機能は、単一細胞レベルで十分に特徴付けられているので、これらの甲殻類の製剤は、この種の問題に対処するための理想的です。
このプロトコルでは、オープナーの筋肉によって生成される力を監視する張力ニューロンの生理学的重要性が実証されている。これらの張力受容体は、染色手順を用いて、内突起内のそれらの位置を追跡することができる。これらのニューロンは、哺乳動物におけるように、様々なレベルでの力を検出する力が増加するにつれて、追加の神経細胞を補充する。受信飽和に達するまで活性の周波数は、運動ニューロンの刺激周波数に関連する。曲げられ指節関節とクイックリリース·プロトコルを使用して、テンション活動は急速に消えますが、その後、完全に拡張された、関節に張りを取り戻す際に返します。これはテンション受容体によって測定された力を説明するための古典的な実験手順である。種々の神経修飾物質は、それが力および神経応答の発生に影響するかを見るために製剤に適用することができる。重要な側面の1つは、神経応答が処理され、中枢神経系および運動ニューロンの活性に及ぼす影響に集積されている方法である。私達が示されている技術には1が神経節とバックにそのまま脚の緊張(感覚)神経運動神経回路機能、 すなわち 、信号の詳細については、対処するために開始できるように筋肉へ。
実証染色手順は、固有受容器官を支配する感覚ニューロンの生理学を理解する鍵である。機能と相馬のサイズに基づいて、ニューロンの解剖学的配置は、カニの足の中の様々な弦音器官で類似している。同様のニューロンの配置は、他の甲殻類や昆虫の種に見出されるかどうかは知られていない。単一細胞からの生理的な録音を組み合わせ、場所をマッピングすることは、直接、構造と機能の関係を可能にします。のCoCl 2染色および固定した解剖学的構造の長期保存には1を繰り返し対策を行い、構造配置を評価することができます。
固有感覚と骨格筋の緊張の受信が骨格筋構成のさまざまな関節動物のための協調行動や、外部および内部環境への対応を可能にする感覚モダリティであるS。 ;ザリガニの腹部の筋肉の受容器官は、別の十分に文書化の準備(Crawdadプロジェクトが表示されhttp://www.crawdad.cornell.edu/腹部半セグメント23ごとに2つのニューロンと固有感覚の教育目的のために) 。感覚神経束への単一ニューロンから記録することができることは、感覚受信の基本原理の理解を助けることが更なる詳細を提供します。これらの比較的単純な甲殻類の製剤は、1が自己受容や他の感覚入力9月12日、32、33の中央統合を可能にする神経回路を決定する可能性のある、固有感覚と緊張の監視の基本的な側面に対処することができます。
The authors have nothing to disclose.
著者は、Hyewonクーパーの芸術的な貢献に感謝しています。
Sylgard | Dow Corning | 182 silicone kit | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5670 | |
HEPES acid | Sigma | 3375 | Free acid, crystalline |
HEPES base | Sigma | ||
D-Glucose | Sigma | G7021 | |
MgSO4•7H2O | Sigma | M2643 | |
Na2SO4•10H2O | Sigma | 246980 | |
Bouin’s solution fixative | Sigma | HT10-1-32 | Caution: Hazardous material (Special shipping cost required) |
CoCl2 | Sigma | Caution: Hazardous material. Please follow proper disposal according to local and federal regulations. | |
Methylene blue chloride | Matheson Co., Inc | Basic Blue 9, C.I. 52015 | |
4-Di-2-ASP | Molecular Probes | 4-(4-diethylaminostyryl)-N-methylpyridinium iodide | |
Bleach | Sigma-Aldrich | To chloride silver wire | |
NaOH | Sigma-Aldrich | 221465 | To adjust pH |
HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | To adjust pH |
Materials | |||
Dissecting tools | World Precision Instruments | assortment | |
Intracellular electrode probe | |||
Faraday cage | |||
Insect Pins | Fine Science Tools, Inc | 26001-60 | |
Dissecting microscope (100X) | |||
Fiber optic lamp | |||
Small adjustable mirror | To direct light beam toward the preparation. | ||
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 |
Raised preparation stand | |||
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 | |
Force transducer | AD Instruments | 0-50g | MLTF050/ST |
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 |