눈 기구학 생체 외에서 거북이에 두개골 신경의 자극에 의해 측정
Summary
이 프로토콜에는 그들의 눈 운동의 운동학을 측정 하는 체 외에서 고립 된 거북이 머리 준비를 사용 하는 방법을 설명 합니다. 두개골에서 뇌의 제거 후, 두개골 신경 척도 회전 눈의 동 공 크기에 변화를 전류로 자극 수 있습니다.
Abstract
동물 안락사는 후 그들의 조직 죽을 시작 합니다. 거북 특히 온 혈 척추 동물에 비교 될 때 그들의 조직의 더 긴 생존 시간 때문에 이점을 제공 합니다. 이 때문에, 신경 신호를 조사 하는 시간의 연장된 기간 및 그들의 대상 작업의 제어에 대 한 거북에 생체 외에서 실험을 수행할 수 있습니다. 고립 된 머리 준비를 사용 하 여, 거북, 눈 운동의 운동학 측정 그리고 전기 신호에 의해 그들의 변조 두개골 신경에 의해 수행. 두뇌는 두개골에서 제거 되었다, 후 그대로 두개골 신경, 해 부 머리에에서 배치 했다 안구의 움직임을 보정 하려면 짐 벌. 유리 전극은 두개골 신경에 연결 된 (oculomotor, trochlear, 그리고 abducens) 안구의 움직임을 연상 하는 전류와 자극. 우리는 적외선 비디오 추적 시스템 및 눈의 계량된 회전 안구의 움직임을 모니터링. 전류 펄스의 진폭, 주파수, 범위 그리고 기차 기간 응답에 미치는 영향을 관찰 하는 데 사용 했다. 준비는 뇌에서 분리 하기 때문에 근육 대상에가 하는 원심 성 통로 중앙 처리 감각 정보의 부재에서 신경 신호를 조사 하는 절연에서 시험 수 있다.
Introduction
빨간 귀 슬라이더 거북 Electrophysiological 실험에 사용 하기 위한 근거:
빨간 귀 슬라이더 거북 (Trachemys scripta 선 충), 세계 최악의 침략 종1 중 하나 간주 됩니다 하 고 생태계 문제 임을 나타낼 수 있습니다. 왜 빨간 귀 슬라이더 거북은 그래서 성공 하는 이유는 제대로 이해 하지만 일부 했기 때문일 수도 있습니다 그들의 관용 생리학과 신경 조직의 hypoxic 조건2,3,4에서 살아남을 수 있는 소유 물 . 실험 그들의 숫자를 위협 하지 않습니다에 대 한 최소한의 노력으로 electrophysiological 준비 남아 있을 수 있는 실행 가능한 만큼 18 시간5,6연장된 기간 동안 그들을 사용 합니다. 혜택 또한 산소8의 낮은 레벨을 견딜 수 있는 대7, 같은 무척 추 동물 동물을 사용 하는 장점은 비슷합니다.
안구의 움직임을 측정 하기 위한 기법.
정면 eyed 동물 비 인간 영장류를 사용 하 여 안구의 움직임을 측정 하는 방법 잘 개발 된9되었습니다. 눈 회전 궤도 있는 3 개의 축: 수평, 수직, 및 비틀림. 마그네틱 검색 코일 방법 일반적으로 측정 회전에 대 한 가장 신뢰할 수 있는 것으로 간주 하지만 침략, 동물10,11의 scleras에 삽입 하려면 작은 코일을 요구. 비디오 기반 시스템도 수 측정 회전 하 고 비-침략 적 되 고의 이점이 있다. 혁신적인 이미지 처리 함께 더 나은 카메라의 개발 비디오 기반 시스템12,,1314를 고려 하는 매력적인 대안을 만드는 그들의 기능을 강화 했습니다.
Nonmammals에서 안구의 움직임을 측정 하기 위한 개발 기술을 훨씬 덜 중요 한 되었습니다. 측정 중 낮은 해상도 또는 회전15,16,,1718의 일부 설명. 개발의 부족 시각적 대상에 따라 훈련 nonmammals에 어려움에 부분적으로 비난 받을 수 있다. 비록 눈 움직임 잘 빨간 귀 슬라이더 거북19,20,21,22,23,,2425 에서 연구 26,,2728,29,30, 대상 추적 훈련 동물에서 도전 때문에 그들의 눈 움직임의 정확한 운동학은 저조한 이해.
빨간 귀 슬라이더 거북은 일반적으로 척추 옆 눈 간주 됩니다 하지만 그들은 완전히 그들의 셸31에 그들의 머리를 철회 수, 때문에 등 딱지에 의해 측면 시각 필드의 중요 한 폐색 발생32. 결과 그들의 시각 가시 더 정면 눈 포유류 처럼 행동 그들 앞쪽 강제로. 따라서, 안구의 움직임을 측정 하기 위한 접근 방법을 개발 하기 위한 모델 사용은 또한 독특한 진화 관점을 제공 합니다.
이 작품에서 설명 하는 프로토콜 빨간 귀 슬라이더 거북의 눈 운동의 운동학을 식별 하는 생체 외에서 고립 된 머리 준비를 사용 합니다. 두뇌는 두개골 신경 그대로 두개골에서 해 부. 머리는 눈 근육 innervating 두개골 신경의 전기 자극에 의해 안구의 움직임을 보정 하 여 반응을 짐 벌에 배치 됩니다. 조치는 눈에 의해 회전의 어두운 눈동자와 아이리스의 표시를 추적 하는 소프트웨어 알고리즘을 사용 하는 비디오 기반 시스템에 의해 수행 됩니다. 운동학 extraocular 모두 (즉, 수평, 수직, 및 비틀림 회전)을 측정 하 기회를 제공 하는 준비32 및 안 구내 (즉, 눈동자 변화)33 움직임.
원심 성 신경 경로의 분석을 위한 모델 시스템:
접근 기회 공부 어떻게 원심 성 신경 신호를 생성 눈 움직임 근육 뇌32에 의해 처리 된 통합 감각 정보의 부재와 그들의 편안한 상태에서 시작 하는 조사를 제공 하는 더 일반적으로, 33. 따라서, 눈 운동학 있는 그들은 전적으로 원심 성 신경 통로 떠나 뇌와 근육에 synapsing에 의해 처리 되는 모델 시스템에서 시험 될 수 있다.
Protocol
참고: 빨간 귀 슬라이더 거북, 둘 다 남성과 여성, 공급 업체 로부터 구입 했다. 거북이 따뜻한 동물 제품군 250 W 적외선 조명 아래 sunning 벽돌 제도 완비 두 60 갤런 통에에서 보관 되어 있었다. 환경 물 온도 22 ° c.에 14/10-h 명암 주기 유지 되었다 조명 오전 6시 켜져 있었고 오후 8시. 필터링 시스템 갖춘 탱크 매주 청소 했다 그리고 거북이 매일 광고 libitum 지 루 했다. 빨간 귀 슬라이더의 거북…
Representative Results
그림 1 에서는 해 부를 설명 하는 비디오에서 촬영 한 이미지의 스틸. 이미지는 두뇌에서 절단 전에 신경의 일반적인 위치를 제공합니다. 그림 1: 시 신경 (nII), oculomotor 신경 (nIII), trochlear 신경 (nIV), 및 abducens 신경 (nVI)의 위치를 표시 해 …
Discussion
중요 한 단계:
이 프로토콜 내에서 중요 한 단계는 다음과 같습니다: 1) 해 부와 transected 신경;의 생존 능력을 유지 하 게 하는 치료 2)과 일치 하는 크기의 두개골 신경 하 일관 된;에 흡입 전극 그리고 3) 눈의 회전의 적절 한 보정을 제공 하는 짐 벌에 머리의 배치.
문제 해결:
해 부도 전하실 수 있습니다, 하지만 그것에 게 몇 번을 완료 단?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 기술 지원에 대 한 부인 Paulette 멕 케 나 및 비서 지원에 대 한이 연구에서 리사 Pezzino 씨 필 Auerbach을 감사합니다. 저자는 또한 우리 체 외에서 고립 된 머리 준비를 도입에 대 한 박사 마이클 아리엘과 마이클 S. 존스 (세인트 루이스 대학의 학부) 감사 합니다. 이 협력의 지원에 대 한 자금 학과 생물학 (로버트 S. 체이스 펀드), 학술 연구 위원회 그리고 라파예트 대학 신경 과학 프로그램에 의해 제공 했다. 마지막으로,이 작품은에 전념 씨 필 Auerbach, 28 9 월 2016; 돌아가 그는 스캐닝 전자 현미경을 해제 하 고이 프로토콜에 사용 하기 위해 그것의 5 축 단계의 유용성을 인식. 그의 우정과 지 략 크게 그리울 것 이다.
Materials
| Red-eared slider turtles | Kons Scientific | Trachemys scripta elegans | Large size (carapace length 15-20 cm) |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich Co. LLC. | S5886 | |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich Co. LLC. | P5405 | |
| Magnesium choride | Sigma-Aldrich Co. LLC. | M7304 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich Co. LLC. | S5761 | |
| Dextrose | Sigma-Aldrich Co. LLC. | C5767 | |
| Concentrated hydrochloric acid | Sigma-Aldrich Co. LLC. | H7020 | |
| Calcium chloride | Sigma-Aldrich Co. LLC. | C7902 | |
| pH meter | Oakton | pH 6+ | |
| Suction stimulation electrode | A-M Systems | 573000 | Bipolar suction electrode. Note that 573000 has been replaced with 573050. |
| Capillary glass | A-M systems | 626000 | Single-barrel borosilicate capillary glass without microfilament, length 10 cm, outside diameter 1.0 mm, inner diameter 0.50 mm |
| Alternative suction stimulation electrode | A-M Systems | 573050 | Bipolar suction electrode. Requires larger diameter capillary glass: 627000, outside diameter 1.2 mm, inner diameter 0.68 mm |
| Stereoscope | Lieca | GZ7 | Magnification range, 10x – 70x |
| Fiber optic light source | Amscope | HL250-A | 150W Fiber optical microscope illuminator light box |
| Rongeurs | Carolina Biological Supply Company | 625654 | stainless steel, straight spring, 5.25" |
| Blunt dissection probe | Carolina Biological Supply Company | 627405 | Huber mall probe, double-ended probe and seeker, 6" |
| Microscissors | Carolina Biological Supply Company | 623555 | Iris microdissecting scissors, stainless steel, 0.5" blades, 4.75" long |
| Fine forceps | Sigma-Aldrich Co. LLC. | F6521 | Jewelers forceps, dumont No. 5, inox alloy, 4.25" |
| Curved forceps | Sigma-Aldrich Co. LLC. | Z168696 | Medium tip, curved forceps, stainless steel, 4" |
| Scalpel handle | Sigma-Aldrich Co. LLC. | S2896 | Scalpel handles, No. 3, stainless steel |
| Scalpel blade | Sigma-Aldrich Co. LLC. | S2771 | Scalpel blades, No. 11, steel |
| Guillotine | Harvard Apparatus | 73-1918 | Kleine guillotine type 7575 |
| Spatula | Sigma | Z648299 | Micro spoon and spatula weighing set. Use small spatula: 5.9” long x 0.07” diameter handle with square end: 0.17” x 1.3” long, other end round: 0.17” x 1.27” long |
| Hook | Autozone | 98069 | SureBilt hook and pick set. Use grinder to dull sharp points of hook to prevent injury to animals mouth. |
| 95/5% O2/CO2 | Airgas, Inc. | X02OX95C2003102 | 5% Carbon dioxide balance oxygen certified standard gas mixture, size 200 Cylinder, CGA-296 |
| Regulator | Airgas, Inc. | Y11244D296-AG | Single stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-296 with needle outlet. Use brass adjustable airline pipe valve to go from 3/8", inner diameter, vinyl airline tubing connected to regulator to a 3/16", inner diameter, airline connection going to airstone or glass pasteur pipette. |
| Adjustable airline pipe valve | Doctors Foster and Smith | CD-12061 | Brass valve |
| Rigid table | Unknown | Unknown | Auto-clave door laid on top of a sturdy table. Nine 5" diameter tennis balls isolate vibrations from the top surface of the table. |
| 5" tennis ball | Petco Animal Supplies, Inc. | 712868 | Petco Jumbo Pet Tennis Ball: balls are unsliced and held within an integrated frame on the underside part of the autoclave door. |
| Alternative vibration isolation table | Newport Corporation | INT1-36-6-N | Rigid vibration control system, integrity 1: Surface dimensions, 3' x 6' |
| Gimbal | ISI, International Scientific Instruments, Inc. | Stage from SUPER III-A Scanning EM | 5-axis eucentric stage: X, Y, and Z linear movements, ±20 mm, 0.1 mm precision; Rotations, vertical, ±10°, and horizontal, ±12.5°, with 1.25° precision. Note: from decommission instrument. |
| Chuck for gimbal | Unknown | Unknown | Chuck from an old microtome of unknown manufacture was machined to fit the shaft of the specimen holder of the Scanning EM stage |
| Alternative gimbal | ThorLabs, Inc. | GN2/M with MBT602/M | Dual-axis goniometer (GN2/M) mounted on 3-axis microblock stage with thumbscrew adjusters (MBT602/M): design a chuck to hold turtle head with eye at 12.7 mm above top surface of goniometer (distance to point of rotation) |
| Video-based eye tracking system | Arrington Research, Inc. | ViewPoint EyeTracker, PC-60 | Tracking method: Infrared video by dark pupil; Black and white camera (Item BC02): 30 Hz, 640 x 480; System requirements: Windows 2000, XP, 7, 8, 8.1, 10; Visual range: Horizontal +/- 44°; vertical +/- 20°; Accuracy ~0.5°; Spatial resolution ~0.15°; Pupil size resolution ~0.03 mm; Eye data: X, Y position of gaze, pupil height and width, torsion, delta time, total time, and regions of interest (ROI); Real-time communication (Item 0022): 4-Channel AnalogOut with eight TTL input channels to mark codes into the data file |
| Multi-position magnetic base | Harbor Freight Tools | Pittsburg, item #5645 | Magnetic holder reaches up to 12" and produces 45 lbs. of magnetic pull. Use to position camera. Machine thread holes onto the end of the rod to mount cameras. |
| Micromanipulator | Kopf | 900 | 5 axis manipulation for mount of suction electrode: X, Y, Z linear travel, 2 axis of rotation |
| Dissection scope on boom | Lieca | GZ6 | Magnification range, 6.7x – 40x |
| Nerve/muscle stimulator | Astro-Med Grass Telefactor | Grass S88 | Dual pulse voltage stimulator: two output channels that can be operated independently or synchronized to generate non-isolated constant voltage pulses (10 mv to 150 V). Pulses can be single (10 μsec to 10 sec), repetitive (0.01 Hz to 1 KHz), and trains (1 ms to 10 s) and synchronized with TTL inputs and output. Send TTL outputs via the output channels of a DB25 connector to the TTL input channels of the ViewPoint EyeTracker. Note: Astro-Med Grass Telefactor is no longer in business. |
| Current isolation device | Astro-Med Grass Telefactor | PSIU6 | Current stimulus isolation unit: enables safe delivery of constant currents by the S88 to the preparation. The PSIU6 connects by a BNC cable to one of the output channels of the S88. Multiplier switches on the PSIU6 allow the S88 to generate a wide array of current amplitudes ranging from 0.1 µA to 15 mA. |
| Alternative nerve/muscle stimulator with isolation | A-M Systems | 2100 | Isolated Pulse Stimulator: Unit has built-in isolator to produce constant currents. |
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Citer Cet Article
Cano Garcia, M., Nesbit, S. C., Le, C. C., Dearworth Jr., J. R. Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle. J. Vis. Exp. (136), e56864, doi:10.3791/56864 (2018).