कीड़े में अनुकूली लोकोमोटर व्यवहार के तंत्रिका आधार अध्ययन

Summary

हम एक मोटर गतिविधि है, एक सीमित कीट में विद्युत दर्ज tarsal संपर्क संकेत करने के लिए समय रिकॉर्ड करने के लिए, एक फिसलन सतह पर चलने की विधि का वर्णन. यह सब्सट्रेट के माध्यम से पैरों के बीच यांत्रिक बातचीत का कम प्रभाव के तहत अनुकूली व्यवहार के तंत्रिका आधार अध्ययन किया है.

Abstract

Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those leg movements that result from passive forces and interactions with other legs through the common contact with the substrate. If we want to understand, which part of a given movement is produced by nervous system motor output, kinematic analysis of stepping movements, therefore, needs to be complemented with electrophysiological recordings of motor activity. The recording of neuronal or muscular activity in a behaving animal is often limited by the electrophysiological equipment which can constrain the animal in its ability to move with as many degrees of freedom as possible. This can either be avoided by using implantable electrodes and then having the animal move on a long tether (i.e. Clarac et al., 1987; Duch & Pflüger, 1995; Böhm et al., 1997; Gruhn & Rathmayer, 2002) or by transmitting the data using telemetric devices (Kutsch et al, 1993; Fischer et al., 1996; Tsuchida et al. 2004; Hama et al., 2007; Wang et al., 2008). Both of these elegant methods, which are successfully used in larger arthropods, often prove difficult to apply in smaller walking insects which either easily get entangled in the long tether or are hindered by the weight of the telemetric device and its batteries. In addition, in all these cases, it is still impossible to distinguish between the purely neuronal basis of locomotion and the effects exerted by mechanical coupling between the walking legs through the substrate. One solution for this problem is to conduct the experiments in a tethered animal that is free to walk in place and that is locally suspended, for example over a slippery surface, which effectively removes most ground contact mechanics. This has been used to study escape responses (Camhi and Nolen, 1981; Camhi and Levy, 1988), turning (Tryba and Ritzman, 2000a,b; Gruhn et al., 2009a), backward walking (Graham and Epstein, 1985) or changes in velocity (Gruhn et al., 2009b) and it allows the experimenter easily to combine intra- and extracellular physiology with kinematic analyses (Gruhn et al., 2006).

We use a slippery surface setup to investigate the timing of leg muscles in the behaving stick insect with respect to touch-down and lift-off under different behavioral paradigms such as straight forward and curved walking in intact and reduced preparations.

Protocol

1. चलना भूतल काले चलने की सतह दो निकल लेपित पीतल प्लेटों से बना है स्थायी रूप से कंधे से कंधा मिलाकर शामिल हो गए और 2 घटक के एक 2mm चौड़ी पट्टी epoxy गोंद (UHU प्लस, UHU GmbH, जर्मनी) द्वारा विद्युत के अनुदैर्ध्य अक्ष के नीचे सीधे एक दूसरे से अछूता जानवर. वे 13.5×15.5cm की कुल सतह क्षेत्र (चित्रा 1) उत्पादन. बाएँ और दाएँ पैर के लिए आधा विमानों की जुदाई प्रत्येक पक्ष पर एक पैर के लिए स्वतंत्र tarsal संपर्क निगरानी की अनुमति देता है. थाली / ग्लिसरीन पानी के मिश्रण के साथ 95 भागों ग्लिसरीन के अनुपात में 5 NaCl समाधान संतृप्त slipperiness और विद्युत चालकता हूं भागों lubricated है, दलदलापन लगभग 430cStokes है (शंकर और कुमार, 1994). मिश्रण सीधे सतह पर लागू किया जाता है और नरम ऊतक का एक टुकड़ा करने के लिए 0.1-0.2mm के एक समग्र मोटाई आश्वासन के साथ छितरी हुई है. 2. ऑप्टिकल उत्तेजना सेटअप चलना एपिसोड दो के रूप में Scharstein (1989) द्वारा वर्णित दो दौर, जमीन ग्लास स्क्रीन (130mm व्यास, Marata स्क्रीन, Linos फोटोनिक्स, गौटिंगेन, जर्मनी) है कि लगभग एक दूरी पर तैनात हैं पर एक धारीदार पैटर्न परियोजना प्रोजेक्टर का उपयोग कर हासिल कर रहे हैं. आँखों से, और छोड़ दिया और सही प्लेट (Fig.1) के सामने के छोर पर 45 ° का एक कोण पर 70mm. धारीदार पैटर्न की तरंग लंबाई λ पर स्थिर रखा है = 21 ° चलती उत्तेजनाओं के विपरीत आवृत्ति 0.35, 0.72, 1.07, और 1.49Hz के बीच विभिन्न जा सकता है. पशुओं की प्रतिक्रिया के बाद से विपरीत आवृत्ति ω / λ पर ही निर्भर करता है (ω = कोणीय वेग, λ = पैटर्न तरंग लंबाई) अगर पैटर्न के विपरीत पर्याप्त उच्च (फर्मी और Reichhardt, 1963) है, हम प्रयोगों भर λ भिन्न नहीं था . जानवर के किनारे पर उज्ज्वल धारियों के luminance लगभग 15cd/m2 और 0.8 विपरीत है. छड़ी कीट यौगिक आँख (Carausius morosus) dorso – वेंट्रल अक्ष में 24 ommatidia (Friza 1928) और rostro – दुम अक्ष में कुछ अधिक है. के रूप में छड़ी कीट आंख के विचलन कोण औसत 6.2 पर है डिग्री (Jander और Volk – Henrichs, 1970) हमारे पैटर्न तरंग दैर्ध्य लगभग 4 बार ommatidia के कोण था. प्रयोगों एक अंधेरे फैराडे पिंजरे में सेट कर रहे हैं और 20-22 में एक अंधेरे कमरे डिग्री सेल्सियस में प्रदर्शन अग्रेषित चलने से दोनों स्क्रीन पर एक प्रगतिशील पैटर्न से प्रेरित है, जहां प्रत्येक स्क्रीन जावक चाल, या सफेद पृष्ठभूमि पर एक एकल काले बीम स्क्रीन के बीच रखा पर धारियों टर्निंग दोनों स्क्रीन पर एक ही दिशा में आगे बढ़ धारियों द्वारा प्रेरित है. हम चल धारियों की गति और बारी के कोण के बीच एक संबंध नहीं पाया है. एक बार धारीदार पैटर्न के luminance चलने को प्रेरित करने के लिए सेट कर दिया जाता है, यह आमतौर पर आगे समायोजन की आवश्यकता नहीं करता, लेकिन यह अलग जानवरों के लिए प्रोजेक्टर में हलोजन लैंप के वोल्टेज की आवश्यकता के अनुसार समायोजित किया जा सकता है है. 3. प्रायोगिक पशु की तैयारी स्त्री वयस्क छड़ी कीड़े (Carausius morosus) (दंत सीमेंट, ProTempII, 3M espe, Seefeld, जर्मनी) सरेस से जोड़ा हुआ एक पतली balsa (3x5x100mm, WxHxL) छड़ी, जो पीतल ट्यूब कि एकाधिक कनेक्टर्स में डाला जाता है पर उदर नीचे की ओर. जानवर नीचे लगभग एक मिनट के लिए आयोजित किया जाता है जब तक गोंद कम से कम आंशिक रूप से कठोर है. सिर और पैरों और dowel के सामने की ओर से बहर के लिए उनके मुक्त आवाजाही की अनुमति है. सभी पैरों के coxae के क्षेत्र के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पेट के प्रमुख भाग गोंद से मुक्त नहीं छोड़ा जा सकता है. कीट सिर, छाती, और प्रत्येक जांध की हड्डी और टिबिअ के बाहर समाप्त होता है फ्लोरोसेंट pigments (डॉ. Kremer Farbmühle, Aichstetten, जर्मनी) बाद में वीडियो पर नज़र रखने के लिए दंत सीमेंट के साथ मिश्रित के साथ चिह्नित हैं. 4. EMG इलेक्ट्रोड की नियुक्ति जैसे विभिन्न पैर की मांसपेशियों के बलवान, इस उदाहरण में, गतिविधि, चांदा और retractor coxae मांसपेशियों, जो छाती और कारण अतिकाल (आगे आंदोलन) और पैर के त्याग (पिछड़े आंदोलन) में स्थित हैं EMG इलेक्ट्रोड के माध्यम से दर्ज की गई है छाती में प्रत्यारोपित. सभी EMG रिकॉर्डिंग विभिन्न परिलक्षित कर रहे हैं. संकेत 100x (इलेक्ट्रॉनिक्स कार्यशाला, प्राणी संस्थान, कोलोन) preamplifier फ़िल्टर बैंड पास, (100Hz – 2000Hz) में परिलक्षित किया गया था, आगे (10x) प्रवर्धित, और spike2 में एक ई. कनवर्टर के माध्यम से आयातित (CED Vers.5.05,, कैंब्रिज, ब्रिटेन). इलेक्ट्रोड लेपित तांबे के तारों से बना रहे हैं (Elektrisola, Eckernhagen, जर्मनी, 47μm बाहरी व्यास). एक इलेक्ट्रोड के लिए, दो तारों पहले गोंद के साथ गंदा कर रहे हैं, तो, दो चिपचिपा तार एक दूसरे के चारों ओर मुड़ रहे हैं एक अंत में मुड़ तार समाप्त होता है एक मिनी प्लग करने के लिए soldered हैं. दूसरे छोर पर तारों जानवर में सम्मिलन के लिए इन्सुलेशन के बिना स्वच्छ समाप्त होता है प्रदान करने के लिए काट रहे हैं. EMG इलेक्ट्रोड plugge हैंपीतल ट्यूब के अंत में छोटे संबंधक में घ. एक minuten पिन छल्ली में छोटे छेद पंच के लिए प्रयोग किया जाता है इलेक्ट्रोड की कटौती समाप्त होता है और फिर अलग हो रहे हैं एक दूसरे से लगभग 1mm दूरी, जो हमारे अनुभव में, शोर अनुपात करने के लिए एक अच्छा संकेत देता है पर एक मांसपेशी में डाला. देखभाल के लिए मांसपेशियों में भी गहरी इलेक्ट्रोड सम्मिलित नहीं लिया जाना चाहिए क्रम में करने के लिए अपने क्षति से बचने के के. चित्रा 2 जानवर की छाती में इलेक्ट्रोड का स्थान दर्शाता है. चित्रा 3 जगह में इलेक्ट्रोड के तार के साथ एक जानवर से पता चलता है. हम histoacrylic गोंद (3M Vetbond, St.Paul, MN, संयुक्त राज्य अमेरिका) के एक छोटे से ड्रॉप करने के लिए जगह में तार पकड़ का उपयोग करें. एक जमीन तार पेट में डाला जाता है. 5. Tarsal संपर्क की रिकॉर्डिंग Tarsal संपर्क हमेशा EMG निशान के साथ एक साथ दर्ज की गई. फिसलन सतह के बाद से दो हिस्सों में विभाजित है, दो contralateral tarsal संपर्कों की एक अधिकतम एक ही समय में पंजीकृत किया जा सकता है. इस प्रयोजन के लिए, पैर एक "स्विच" थाली और प्रवर्धक के बीच एक सर्किट को बंद के रूप में प्रयोग किया जाता है. प्लेटों को वर्तमान लागू किया जा सकता है अलग से प्रत्येक थाली के आधार पर दो कुर्सियां ​​के माध्यम से. हम amplitudes 4mV एक पल्स जनरेटर (मॉडल MS501, इलेक्ट्रॉनिक्स कार्यशाला, प्राणी संस्थान, कोलोन) के साथ 2 के साथ दो वर्ग तरंग संकेत है कि 90 ° चरण की देरी कर रहे हैं उत्पन्न कर सकते हैं. संकेतों (1000 /) 60dB और फिसलन सतह के दो halves के लिए लागू द्वारा तनु हैं. इस प्रयोग में हम केवल दो संकेतों के उपयोग. यह एक साथ एक संदर्भ संकेत के रूप में एक ताला प्रवर्धक में में खिलाया है. ताला प्रवर्धक 2 चरण (इलेक्ट्रॉनिक्स कार्यशाला, प्राणी संस्थान, कोलोन) चुनिंदा और प्रदान संदर्भ संकेत के रूप में एक ही आवृत्ति चरण के केवल संकेतों amplifies. एक दूसरे चैनल केवल 90 ° चरण देरी संकेत का पता लगाता है. संदर्भ आवृत्ति की तुलना में अन्य आवृत्तियों पर शोर संकेतों को खारिज कर दिया और माप को प्रभावित नहीं है. एम्पलीफायर के उत्पादन में संकेत के एक विज्ञापन (माइक्रो 1401k द्वितीय, CED, कैम्ब्रिज, ब्रिटेन) कनवर्टर और digitalized का उपयोग Spike2 में खिलाया है. बीच स्पर्श नीचे और लिफ्ट बंद टैसास के पर और फिसलन सतह से, तांबे के तार (नीचे देखें: 5.3-5.8) में टैसास और टिबिअ के माध्यम से थाली से वर्तमान प्रवाह. चुना प्रवर्धक एक उच्च इनपुट प्रतिरोध (1MΩ) है और संकेत वोल्टेज क्रम में जानवर के चलने व्यवहार को प्रभावित करने से बचने के लिए बहुत छोटा है. टैसास और टिबिअ के माध्यम से वर्तमान गुजर 2 और 4nA के बीच है. उतरान के दौरान संकेत नेतृत्व स्नेहक और सतह से संपर्क में प्रवेश के बीच समय 1ms से कम है. लिफ्ट बंद के दौरान संपर्क संकेत संक्रमण कम खड़ी और अधिक देरी है. यह देरी टैसास से स्नेहक की एक केशिका वृद्धि के प्रभाव से और फाड़ के बिना पैर के आंदोलन के कारण की वजह से है पूरा स्विंग चरण में लिफ्ट बंद. balsa छड़ी जो जानवर सरेस से जोड़ा हुआ है के साथ पीतल ट्यूब एक micromanipulator में डाला जाता है जानवर के बीच 7 और फिसलन सतह है, जो मुक्त चलने के दौरान ऊंचाई से मेल खाती है ऊपर 12mm ऊंचाई समायोजन की अनुमति. आदेश में वर्तमान प्रवाह को मापने के लिए जब भी निगरानी पैर के कीट टैसास जमीन पर है, एक तार (47μm व्यास) लगभग 15cm लंबे टुकड़ों में काट रहा है. एक तांबे का इन्सुलेशन यह शराब के साथ दूर जल द्वारा हटा दिया जाता है. एक पाश तार के एक सिरे के साथ बनाई है और जानवर के टैसास गिरावट पाश टिबिअ के बाहर का अंत में बंधा हुआ है जानवर और तार के बीच अच्छा संपर्क प्रदान करने के लिए. तार तो दो घटक गोंद (ProTempII, ऊपर देखें) की एक बूंद के साथ जानवर की छाती पर तय है, और एक मगरमच्छ दबाना के माध्यम से अंतर एम्पलीफायर से जुड़ा है. अपने समाप्त होता है, इलेक्ट्रोड क्रीम की एक बूंद पर तार के चालकता में सुधार (Marquette Hellige, Freiburg, जर्मनी) संपर्क के क्षेत्रों पर लागू किया जाता है. सिग्नल की शक्ति है तो मॉनीटर पर परीक्षण किया है. ताला एम्पलीफायर के कम पास फ़िल्टर गुण (10ms निरंतर समय) और टैसास के क्रमिक lift-off/touch-down के कारण, संकेत एक सटीक वर्ग संकेत नहीं है. इसलिए एक tarsal संपर्क के सही समय का निर्धारण और मैन्युअल रूप से प्रत्येक डिजिटिकरण सॉफ्टवेयर के द्वारा निर्धारित की घटना की जाँच के लिए उपयुक्त संक्रमण बिंदु के पास थ्रेसहोल्ड सेट है. Tarsal संपर्क के आधार पर, हम समय जब एक भी पैर की टैसास रुख और समय जब यह स्विंग चरण के रूप में हवा में था के रूप में जमीन पर था परिभाषित किया. EMG का पता लगाने और tarsal संपर्क संकेत के साथ कैमरे के लिए ट्रिगर संकेत के साथ दर्ज की गई है, और व्यवहार और दर्ज निशान के फ्रेम सहसंबंध द्वारा एक सटीक फ्रेम की अनुमति देता है. 6. पैर आंदोलनों के डिजिटल विश्लेषण के लिए ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग फिसलन सतहों पर छड़ी कीड़ों के कदम आवृत्ति 3 – 4Hz (ग्राहम और cruse, 1981) तक पहुँच सकते हैं. चलने दृश्यों की रिकॉर्डिंग से पहले, एक दर्पण जानवर के पीछे एक 45 डिग्री कोण पर रखा गया है उतरान के लिए एक अतिरिक्त दृश्य मॉनिटर है. कैमरे के बाह्य और शुरू हो रहा है और चित्रों को एक पीसी में एक FireWire अंतरफलक के माध्यम से तंग आ चुके हैं. हम ऊपर से 100fps पर एक उच्च गति वीडियो कैमरा (एफ 033C मार्लिन, एलाइड विजन टेक्नोलॉजीज, Stadtroda, जर्मनी) पैर आंदोलनों का विश्लेषण डिजिटल के साथ चलने के दृश्यों रिकॉर्ड है, और उन्हें EMG गतिविधि और tarsal संपर्क के साथ सहसंबंधी. दृश्यों चलने की रिकॉर्डिंग के दौरान, पशु नीले एलईडी (30 50V डीसी, luminance 24cd, इलेक्ट्रॉनिक्स कार्यशाला, प्राणी संस्थान, कोलोन विश्वविद्यालय) arrays, जो तीव्रता में समायोजित कर रहे हैं फ्लोरोसेंट मार्करों रोशन के साथ प्रबुद्ध है. साहित्य (Schlegtendal 1934) के अनुसार, छड़ी कीड़े रंग दृष्टि अधिकारी नहीं है और हम मोड़ प्रतिक्रिया पर यूवी प्रकाश रोशनी की एक प्रतिकूल प्रभाव नहीं देखा है. कैमरे के लेंस के सामने में एक पीले रंग की फिल्टर सक्रियण प्रकाश की छोटी तरंग दैर्ध्य को दबा और वीडियो रिकॉर्डिंग के लिए एक उच्च विपरीत देता है. वीडियो फ़ाइलों को गति ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर (WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak सेवा, बर्लिन, जर्मनी) का उपयोग विश्लेषण किया जा सकता है. 7. चलना दृश्यों की रिकॉर्डिंग किसी नियंत्रण के रूप में, पहले एक अक्षुण्ण जानवर के साथ चलने के अनुक्रम दर्ज की गई है. धारीदार पैटर्न के वेग सेट है, और पैटर्न और वीडियो रिकॉर्डिंग लगभग एक ही समय में शुरू कर रहे हैं. यदि पशु हरकत अनायास नहीं शुरू नहीं करता है, यह (Bässler और Wegener के, 1983), ब्रश, या हवा का एक कश द्वारा एंटीना के साथ पेट में प्रेरित किया जा सकता है. इस मामले में, पशुओं के पेट की बाईं तरफ छुआ छोड़ दिया और इसके विपरीत बारी करते हैं. धारीदार पैटर्न चलती है जब तक पशु घूमना बंद हो जाता है या सतत रिकॉर्डिंग के 3 मिनट के बाद जब तक रखा जाता है. आदेश में परीक्षण करने के लिए कितनी दूर एक पैर में मांसपेशियों गतिविधि पड़ोसी पैरों से संवेदी इनपुट पर निर्भर है, पशु के लिए अपने पैरों autotomize प्रेरित है. autotomy की साइट सेकंड के भीतर स्वाभाविक रूप से बंद कर देता है. Autotomized सामने और पिछले पैरों के साथ एक जानवर का एक उदाहरण 3 चित्र में दिखाया गया है. उदाहरण के लिए, केवल एक मध्यम पैर वाले पशुओं के साथ प्रयोग के लिए, हम संदंश (श्मिट और Grund, 2003) की एक जोड़ी के साथ प्रॉक्सिमल जांध की हड्डी pinching द्वारा समर्थक और metathoracic पैरों के autotomy प्रेरित या coxae के स्तर पर पैर कट बरकरार जानवर से रिकॉर्डिंग के बाद. उसके बाद कम से कम वसूली समय के लिए 30min के एक जानवर को दिया जाता है. तो हम पहले के रूप में नए चलने दृश्यों का रिकॉर्ड है. कम तैयारी में, हम अक्सर पेंट ब्रश स्ट्रोक का उपयोग कर चलने को प्रेरित करने की आवश्यकता है. 8. प्रतिनिधि परिणाम: चित्रा 1 प्रायोगिक सेटअप, एक: फिसलन सतह के ऊपर एक छड़ी सीमित कीट, पैर पर नज़र रखने के लिए फ्लोरोसेंट pigments के साथ चिह्नित और EMG रिकॉर्डिंग और tarsal संपर्क माप के लिए तार की तस्वीर. बी: दोहरे पैर tarsal संपर्क रिकॉर्डिंग के लिए फिसलन सतह पर चलने के दौरान wiring आरेख. चित्रा 2 छड़ी कीट मध्यम पैर की छाती में चांदा और retractor मांसपेशियों में EMG इलेक्ट्रोड की नियुक्ति के लिए पद.. मध्यम पैर, FL: एमएल पैर सामने चित्रा 3 EMG तारों के साथ जगह में मध्य पैर के समर्थक retractor और मांसपेशियों में कीट छड़ी, आगे और पिछले पैरों में किया गया है कीनेमेटीक्स और मध्यम पैर की मांसपेशियों की गतिविधियों पर पड़ोसी पैरों की उपस्थिति के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए हटाया कम तैयारी. चित्रा 4 retractor EMG गतिविधि के अंदर एक मध्यम पैर में tarsal संपर्क के संदर्भ संकेत के साथ उदाहरण का पता लगाने के दौरान बदल रहे हैं. ट्रेस की शुरुआत में (पहली नीले बॉक्स) retractor रुख के दौरान सक्रिय है, जबकि पैर जमीन संपर्क ("क्लोज सर्किट") है, यह दर्शाता है कि पैर आगे कदम बनाता है, एक छोटी स्विच (दूसरा नीले बॉक्स) के बाद, retractor स्विंग के दौरान सक्रिय है, जबकि पैर हवा ("खुला सर्किट", तीसरे नीले बॉक्स) में है, पीछे की ओर निर्देशित कदम की घटना को दर्शाता है. 5 चित्रा एक रिकॉर्डिंग के चांदा से स्क्रीन शॉट (ऊपर ट्रेस) और retractor (मध्य ट्रेस) मांसपेशियों और एक साथ दर्ज tarsal संपर्क का पता लगाने (नीचे ट्रेस). EMG निशान जो कदम चक्र में दो मांसपेशियों की गतिविधि के लिए संगत में बारी गतिविधि ध्यान दें, कि बस से पहले और दौरान चांदा गतिविधि हैझूले, जब tarsal संपर्क ट्रेस जमीनी संपर्क के संकेतों हानि, और retractor गतिविधि के बाद और टैसास के स्पर्श नीचे के दौरान, जब पैर रुख में है. वीडियो मिलान डालने इस रिकॉर्डिंग है कि पशुओं के व्यवहार को सत्यापित करने के लिए प्रयोग किया जाता है इसी फ़ाइल दिखाता है.

Discussion

हम एक सेटअप है कि अनुमति देता है वर्णित है neuronally जमीन पर अन्य चलने अंग यांत्रिक विस्थापन की वजह से निष्क्रिय प्रभाव से उत्पन्न चलने गतिविधि के uncoupling एक बड़ी डिग्री करने के लिए व्यवहार और परमिट मोड़ के ऑप्टिकली प्रेरित पीढ़ी. जमीन प्रतिक्रिया बलों या दूसरे हाथ पर tarsal संपर्क के बारे में तंत्रिका तंत्र के माध्यम से पैरों के बीच संभावित सूचना प्रवाह, अभी भी संभव है और experimenter कम तैयारी में ऐसी जानकारी के प्रभाव का अध्ययन करने की अनुमति देता है. फिसलन सतह की स्थापना के मेजर लाभ शामिल है कि पशुओं के लिए एक बहुत ही उच्च चलना की प्रवृत्ति है, और चलने या एक treadwheel पर कदम विपरीत, पशु और प्राकृतिक चलने के सभी दिशाओं में स्विंग रुख चरण आंदोलनों प्रदर्शन कर सकते हैं दिखा. इसके अलावा, सभी पैरों के लिए स्वतंत्रता के अंशों जानवर घूमना है कि क्या यह एक अक्षुण्ण या अर्द्ध बरकरार तैयारी है वक्र प्रदर्शन करने के लिए अनुमति देते हैं. क्योंकि पैर निष्क्रिय जानवर या नीचे सब्सट्रेट के आंदोलन के आगे आंदोलन द्वारा नहीं बस स्थानांतरित कर सकते हैं, हर आंदोलन है कि पैर की मोटर निर्गम (; ग्राहम और Wendler, 1981 cruse, 1976) को दर्शाता है. सेटअप अत्यधिक मोड़ या आगे बनाम पिछड़े घूमना जैसे अनुकूली व्यवहार के neuronal आधार की जांच के लिए उपयुक्त है, क्योंकि एक अंग आंदोलन कीनेमेटीक्स के विश्लेषण के साथ मोटर गतिविधि electrophysiological रिकॉर्डिंग गठबंधन कर सकते हैं.

हम छड़ी कीट optomotor प्रतिक्रिया इस्तेमाल करने के लिए चलने को प्रकाश में लाना. धारी पैटर्न घूर्णन करने के लिए जानवरों की प्रतिक्रियाओं चलने जबकि फिसलन सतह से अधिक सीमित वक्र करने के लिए अपनी तत्परता दिखा. सबसे आश्चर्यजनक हमारे लिए, एकल पैर तैयारी में एकल पैर गुणात्मक बरकरार जानवर के रूप में ही चलती पैटर्न दिखा. हम इस तरह विश्वास है कि वक्र चलने के नियंत्रण मोटे तौर पर पड़ोसी पैरों से संवेदी इनपुट समन्वय के बिना कार्य कर सकते हैं के कारण है. यह महत्वपूर्ण हो सकता है के लिए आगे के प्रयोगों चाहे हटा पैरों की मोटर न्यूरॉन्स की गतिविधियों को भी optomotor पैटर्न से प्रभावित है में परीक्षण किया जाएगा. सेटअप आसानी से जानवर के सामने एक एकल धारी रखने या धीरे एंटीना खींच द्वारा सीधे आगे और पिछड़े घूमना जैसे अन्य कार्यों के अध्ययन की अनुमति के लिए संशोधित किया जा सकता है.

जमीन संपर्क से सटीक माप हमें मांसपेशियों की गतिविधि और पैर की स्थिति सहसंबंधी करने के लिए अनुमति देता है. इस बिजली के संपर्क संकेत के उच्च समय संकल्प 1ms से बेहतर है और हमें स्विंग से रुख चरण के लिए स्विच के समय में एक नए अंतर्दृष्टि की ओर जाता है है. संकल्प करने के लिए संक्रमण का आयोजन स्नेहक के बाल काटना में देरी की वजह से स्विंग रुख और फिसलन सतह पर अतिकाल के दौरान एक पूरा लिफ्ट बंद के लिए जरूरत की कमी के लिए भी बदतर है. फिर भी, रुख संक्रमण के लिए सटीक स्विंग पर ज्ञान एक विशेष रूप से उपयोगी पहला कदम है अगर हम तंत्र को समझना चाहता हूँ कि नियंत्रण की मांसपेशी समय है और अलग अलग व्यवहार संदर्भों में पैर की मांसपेशियों के समन्वित गतिविधियों (यह भी देखें: Büschges एट अल, 2008;. Büschges और Gruhn 2008).

एक उदाहरण के रूप में, हम और मध्यम पैर के चांदा coxae मांसपेशियों retractor का इस्तेमाल किया और ठीक स्विंग से रुख चरण के लिए स्विचन के साथ अपनी गतिविधि सहसंबद्ध जब तक हम एक साथ व्यवहार संदर्भ में जो पैर इस्तेमाल किया गया था पर नजर रखी. इस प्रयोजन के लिए, हम चलने को प्रेरित और मांसपेशियों गतिविधि लगातार दर्ज की. एक दिया पैर एक के अंदर या बाहर एक पैर, मोड़ दिशा के आधार पर कर सकते हैं. कदम बीच पैर में, कार्यात्मक अर्थों में एक के अंदर पैर के रूप में अभिनय, यह देखा कि retractor और चांदा मांसपेशियों कार्यात्मक रुख मांसपेशियों के रूप में दोनों काम है क्योंकि पैर रहकर कर सकते हैं आगे निर्देशित कदम के अलावा पिछड़े कदम का उत्पादन कर सकते हैं (Fig.4 देख ).

दोनों मांसपेशियों से electromyograms (EMGS) सुधारा गया और स्पर्श – डाउन के समय और पहली मांसपेशियों spikes के विलंबता की गणना की गई करने के लिए सामान्यीकृत. दिलचस्प है, सम्मान के साथ दोनों की मांसपेशियों के सुप्तावस्था लिफ्ट बंद और स्पर्श नीचे संबंधित स्विंग या मांसपेशियों रुख (Fig.4 देखें) के रूप में और मांसपेशियों में ही नहीं पर पेशी के समारोह पर निर्भर करने के लिए, और दिखाने में केवल मामूली परिवर्तन गतिविधि शुरू होने के समय. स्विंग से रुख करने के लिए राज्य के परिवर्तन के लिए हाल स्पष्टीकरण tarsal संपर्क ट्रिगर रुख की शुरुआत की है कि संवेदी संकेत मान. कैसे स्पर्श नीचे और छड़ी कीट में पेशी सक्रियण के बीच कम latencies के बारे में लाया जाता है और वे क्या संवेदी जानकारी निर्भर दिलचस्प सवाल अब संशोधित सेटअप के साथ संबोधित किया जा सकता है.

संक्षेप में, हम एक फिसलन सतह सेटअप है कि हमें मज़बूती स्थिर छड़ी कीड़ों में सीधे और वक्र चलने प्रकाश में लाना करने के लिए अनुमति देता है दिखाते हैं. कीनेमेटीक्स, मांसपेशियों की गतिविधि और tarsal स्पर्श डाउन के समय और लिफ्ट बंद और नजर रखी जा सकता है दो अलग अलग व्यवहार ग में सहसंबद्धएक ही समय पर ontexts. यह हमें बरकरार जानवर और अंतर्निहित तंत्र में एक एकल के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पैर के लिए मांसपेशियों गतिविधि और व्यवहार के संदर्भ के बीच विस्तृत कनेक्शन अध्ययन के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण देता है.

Materials

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
2-component epoxy glue		UHU plus, UHU GmbH, Germany
glass screens (diameter 130mm)		Marata screens, Linos Photonics, Göttingen, Germany
dental cement		ProTemp II, 3M ESPE, Seefeld, Germany	3M Id : 70-2011-0358-0 Catalog Number : 46430	Available through 3M (http://www.3m.com/)or dental suppliers
fluorescent pigments		Dr. Kremer Farbmühle, Aichstetten, Germany	Cat.#s: i.e 56200 Fluorescent Pigment Golden Yellow 56350 Fluorescent Pigment Flame Red	http://kremer-pigmente.de/en or http://www.kremerpigments.com/
histoacrylic glue		3M Vetbond, St.Paul, MN, USA		supplier: WPI
coated copper wire		Elektrisola Eckernhagen		http://www.elektrisola.com/
electrode cream		Marquette Hellige, Freiburg, Germany		Product is now discontinued, we suggest for example: www.grasstechnologies.com
pulse generator		Model MS501, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany
lock-in-amplifier		electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany
AD converter		Micro 1401k II, CED, Cambridge, UK
preamplifier		electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany
high speed video camera		Marlin F-033C, Allied Vision Technologies, Stadtroda, Germany
UV LED arrays		30-50V DC, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany		λ390-395nm Luminance 24cd
Digitalizing software Spike2		Vers.5.05, CED, Cambridge, UK
motion tracking software		(WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak service, Berlin, Germany