생리와 해부학 적 기술은 갑각류 도보 사지 관절 proprioceptors과 근육의 긴장 수용체에 대한 기능과 구조를 해결하기 위해 증명된다.
이러한 절차의 주요 목적들은 관절의 위치와 움직임을 검출하고, 근육 긴장 될 때 고유 감각에 대해 책임 차 감각 뉴런 리빙 활동을 기록하는 방법을 교육 및 연구 목적으로 입증하는 것이다. 갑각류 proprioceptors 탄력 수용체에서의 전기적 활동을 염기성 신경 생리 학적 계측에 의해 기록되고, 트랜스 듀서는 동시에 운동 신경 자극에 의해 생성되는 힘을 측정하기 위해 사용된다. 또한, 우리는 자신의 해부학 적 배열의 빠른 평가 또는 영구 고정 용 신경 세포를 염색하는 방법을 보여줍니다. 염색은 대부분의 갑각류의 chordotonal 기관의 대표 해부학 적 조직을 보여준다. 고유 감각 반응에 대한 긴장의 신경 반응을 비교하면 이러한 감각 신경이 기능적으로 정의 된 방법과 해부학이 함수에 상관 관계가되는 방법을 결정하는 효과적인 교육 도구입니다. 세 염색 기술연구자 및 강사가 자신의 실험실에 이상적 방법을 선택할 수 있도록 제공됩니다.
고유 감각은 조정 된 모터의 동작을 가능하게 사지의 위치와 움직임의 감각이다. Proprioceptors는 위치 (정적) 및 운동 (운동 감각) 수용체로 구성되어 있습니다. 곤충과 갑각류에서 chordotonal 장기 CNS 1에 해당 정보를 제공하는 구조입니다. 모든 chordotonal 기관은 공동에 걸쳐하지만 그들은 여전히 인해 관절에 걸쳐 및 골격 근육과 관절 관절과 공동으로 이동 apodemes (구조 같은 건)에 자신의 첨부 파일 관절의 움직임을 모니터링 할 수 있습니다. 게 다리가 여섯 관절, 하나 또는 두 개의 chordotonal 기관 (2)를 갖는 각이있다. 일반적으로 chordotonal 기관은 탄성 가닥 내에 포함 된 60 ~ 100 이상 감각 신경, 정적 관절의 위치, 방향 및 이동 3-6의 속도로 신호를 신경 세포가 있습니다. 각 관절과 다리에 chordotonal 기관에서 입력은 다음 중앙에서 동물에 의해 조정 움직임을 허용 처리됩니다.
<p class="jove_content"> 다리 근육이 아이소 메트릭 및 등장 수축하는 동안 생성하는 힘은 근육 섬유와 apodemes7-9 첨부 파일과 관련된 긴장 수용체에 의해 감지됩니다. 우리가 차 감각의 고유 감각을 감시 신경과 근육 섬유에 의해 생성 된 힘에 반응하는 신경 세포에서 녹음을위한 방법론을 제시 따라 갑각류 도보로 다리 프로토콜합니다. 다리 운동을 활성화 및 구동력 발생을 정량화 기법들은 제시뿐만 아니라 이러한 말초 신경계 구조의 구성을 특징 짓는 데에 이용 될 수있다 해부학 기술된다.아래에 설명하는 절차는 chordotonal 탄성 가닥 apodeme에서의 위치를 기준으로 수용체의 두 가지 유형을 신경을 분포시키다 신경 세포의 구조 및 기능 분석을 가능하게합니다. 설명하기 위해, 우리는 propodite-dactylopodite (PD) chordotonal 기관, 게 다리 3의 원심 대부분의 세그먼트에 걸쳐있는 기관을 사용합니다.자세한 전기 생리학 연구는 1930 년대에 시작되어 오늘날까지 실시되고 있지만, 몇 가지 측면은 muscles10-16의 조정 컨트롤의 여러 관절과 자신의 역할에 proprioceptors의 분절 연결에 대한 알려져있다. 고유 감각 기관, 근육과 신경계의 구조 – 기능 관계를 구축하는 것은 더 이상이 역할을 정의하는 데 도움이 될 것입니다. 예를 들어, 인 somata과 apodeme에 삽입 긴장 신경의 말단 끝 레이블은 근육 섬유 8,17-21 자신의 상대적인 위치를 보여줄 것입니다.
우리는 연구 또는 학술 실험실에서 사용될 수 갑각류 다리 세 염색 기법을 제시한다. 메틸렌 블루 염색은 근육과 신경에 대한 적절한 대비를 제공하고 학생들이 해부학을 배울 수있는 간단한 기술로 추천합니다. 형광 현미경의 설정이 연구소는 간략하게 신경을 노출하여 더 선택적 신경 세포 염색을 수행 할 수 있습니다중요한 염료 4 – 디 -2 – ASP에 발. 세 번째 대안은 신경 세포를 얼룩 및 수정의 CoCl2 백필이며, 형광 이미징을 필요로하지 않습니다. 그것은 노동과 시간을 많이 사용하지만,이 염색 과정은 채워 신경에 대한 높은 콘트라스트와 특이도를 제공합니다. 함께 이들 기술은 사지 내의 또는 팔다리 사이뿐만 아니라, 다른 갑각류 및 곤충류 20-22 구비 chordotonal 각종 장기를 비교하기 위해 사용될 수있다. 생리 학적 기록에서 해부학 염색에 사용되는 꽃게 (C.의 sapidus)는 모든 미국의 남부 및 남동부 국경 주변에 쉽게 사용할 수 있습니다. 이 종은 대부분의 게에서 발견 chordotonal 긴장 신경 배열의 대표 역할을합니다. 서해안 연구소는이 실험에 대한 훨씬 더 큰 던저 니스 크랩 (암 매지)을 사용하는 것을 선호합니다.
실험이 세트의 목적은 1) 가르치고 전시 세포 레코딩의 기본 원칙을 식별 고유 감각 기관과 긴장의 신경에서, 2) 특정 감각 시스템의 생리 기능과 관련하여 해부학 적 맵핑의 중요성을 강조하는 것입니다. 활용이 실험 방법 및 동물 모델은 저렴하고 신경 생리학 교육 연구소에서 수행하기가 비교적 쉽다.
chordotonal 기관의 신경 세포는 두 가지 특정 기능 유형, 움직임에 반응하는 그 정적 위치에 응답하는 중입니다. chordotonal 기관의 다양한에서 단일 세포 기록은 상관없이 관절이 조사되는,이 경우 3,5 것으로 나타 없다. 실제로, 바다 가재의 더듬이 관절과 관련된 chordotonal 기관은 동일한 두 개의 감각 유형 및 기본 해부학 (27)를 알 수있다. 이 두 신경 세포 유형 (운동과 positi의 것 외에도)에, 신경 세포는 각각의 탄성 스트랜드에 동일한 해부학 적 배열을 공유 할 수 있습니다. 물가에 근접하게 위치한 대형 인 somata 동적 움직임에 민감한 뉴런에 속하는 경향이있다. 정적 위치 신호를 뉴런은 작은 인 somata을 가지고 원심 있습니다. 이 세포는 tonically 활성화됩니다. 손목 – propodus (CP) 및 merus – 손목 (MC) 관절 두 chordotonal 기관이 있지만 PD 관절은 하나의 chordotonal 기관이 포함되어 있습니다.
전기 생리학 녹음 꽃게 (C.의 sapidus)에서 고유 감각 구조를 노출 해부 감각 뉴런에서 기록하는 동안 관절의 움직임이 자연의 위치에 자리를 대신 할 수있는 전략이 필요합니다. 걷는 다리 오프너 근육의 긴장 신경은 여러 신경 세포로 구성된 매우 미세한 신경이다. 주의를 취하지 않으면, 인장 신경뿐만 아니라 운동 신경을 자극하는 근육을 지배하는,이 절개 중에 손상 될 수있다. 에최적의 기록은 흡입 전극 신경의 크기에 맞게 조정해야한다. 녹음은 30 40 배 배율의 해부 현미경 및 로우 엔드 미세 조작기를 이용하여 학생의 실험실에서 쉽게 액세스 할 수 있습니다.
공동 chordotonal 기관으로 추구하는 흥미로운 일이 될 것이다 미래의 실험은 라이프 사이클의 다른 단계에서 다양한 종류의 다리를 재생하는 동안 구조 및 생리 학적 프로파일을 검사하는 것입니다 암 매지 19, 26을 사용하는 초기 연구에 따르 . 사지를 재생 할 때 해결해야 나머지 질문) 1 수 있습니다 재생 신경의 분포와 조직은 동물의 나이에 따라 달라 않고, 2) 기능 회생 가지의 CNS (복부 신경 코드)의 축삭 돌기 또는 그것을 수행 사지가 autot 때 기능적인 연결을 설정하는 시간과 공동 이용을, 3) 무엇 autotomy면에 인접 절단 축색 돌기에 발생omized? 28
갑각류는 환경 조건과 그 주위 온도에 부합하지만, 뉴런의 온도 변화에 대한 응답으로 자신의 활성을 변경 한대로 신경 회로 내에서 조정을 유지하는 방법 불분명하다. 급격한 변화는, 30 not29 수있는 반면 변화의 느린 속도는 동물에게 적응을위한 시간을 허용 할 수 있습니다. 때문에 신진 대사, 행동 31, 또는 환경에 미치는 영향에 산도 또는 삼투압의 생리적 변화는 고유 감각에 관련된 신경 회로와 유사한 과제를 제시 할 수있다. 이 갑각류 준비는 기능이 아니라 단일 세포 수준에서 특징이 있기 때문에 이러한 유형의 문제를 해결하기에 이상적이다.
이 프로토콜에서 우리는 오프너 근육에 의해 생성 된 힘을 모니터링 긴장의 신경 세포의 생리적 중요성을 증명하고있다. 이러한 장력 수용체 염색 절차를 사용하여 apodeme 내의 그들의 위치를 추적 할 수있다. 이들뉴런은 포유 동물에서와 같이, 다양한 수준의 힘을 감지하는 힘이 증가함에 따라 부가적인 뉴런 모집. 화물이 포화에 도달 할 때까지 활성이 주파수는 운동 신경의 자극 주파수에 관한 것이다. 근육이 수축 dactylus 조인트 퀵 릴리스 프로토콜을 사용하여, 긴장 활동은 빠르게 사라집니다하지만 완전히 확장 관절에 긴장을 되찾기에 반환합니다. 이 긴장 수용체에 의해 측정 된 힘을 설명하는 고전적인 실험 절차입니다. 각종 neuromodulators는 힘과 신경 반응의 발달을 초래하는 방식을 볼 준비하는데 적용될 수있다. 중요한 측면 중 하나는 신경 응답 처리 및 중추 신경계 및 운동 뉴런의 활성에 미치는 영향에 통합되는 방식이다. 우리가 보여준 기술은 하나가 다시 긴장 (감각) 신경 모터 신경 회로 기능, 신경절에 그대로 다리 즉, 신호에 대한 자세한 정보를 해결하기 시작할 수근육.
시연 염색 절차는 고유 감각 기관을 신경을 분포시키다 감각 신경의 생리를 이해하는 열쇠입니다. 기능과 소마의 크기에 따라 신경의 해부학 적 배열은 게의 다리 내에서 다양한 chordotonal 기관에서 유사하다. 유사한 신경 세포의 배열이 다른 갑각류 종이나 곤충에서 발견되는 경우는 알려져 있지 않다. 하나의 세포 생리 학적 기록을 결합하고 위치를 매핑하는 직접 구조 함수 관계를 할 수 있습니다. CoCl2를 염색하고 고정과 해부학 적 배열의 장기 보존이 하나가 반복적으로 측정을하고 구조적 배열을 평가할 수 있습니다.
고유 감각 및 골격근 긴장 리셉션은 골격근 구성의 다양한 관절 동물 협조 동작 및 내부 및 외부 환경에 대한 반응을 활성화 감각 양식 아르의. , 왕새우 복부 근육 수용체 기관은 다른 잘 문서화 준비 (Crawdad를 프로젝트를 볼 수 있습니다 http://www.crawdad.cornell.edu/ 복부 헤미 세그먼트 (23) 당 두 개의 뉴런과 고유 감각의 교육 목적을 위해) . 감각 신경 다발에 하나의 뉴런에서 기록 할 수있는 것은 자세한 내용에게 감각 운영의 기본 원칙을 이해하는 도움을 제공합니다. 이러한 비교적 간단 갑각류 준비 하나는 고유 감각과 다른 감각 입력 9-12, 32, 33의 중앙 통합을 가능하게하는 신경 회로를 결정하는 잠재력을 지닌, 고유 감각과 긴장 모니터링의 근본적인 측면을 해결 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
저자는 혜원 쿠퍼의 예술 공헌에 감사합니다.
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 |