Vendbar køling-induceret deaktiveringer at studere kortikale bidrag til hindring hukommelse i den omvandrende kat
Summary
Komplekse bevægelse i naturalistiske miljøer, der kræver omhyggelig koordinering af lemmerne indebærer regioner af parietal cortex. Følgende protokol beskriver brugen af reversibel køling-induceret inaktivering at demonstrere af parietal område 5 i hukommelse-styrede hindring unddragelse i den omvandrende kat rolle.
Abstract
På komplekse, naturalistiske terræn, kan sensoriske oplysninger om en miljømæssig hindring bruges hurtigt justere bevægeapparatet bevægelser til at undgå. For eksempel, i kat, kan visuelle oplysninger om en forestående hindring modulere stepping for unddragelse. Bevægeapparatet tilpasning kan også opstå uafhængigt af vision, som pludselig taktile input til benet af en forventet hindring kan ændre intensivering af alle fire ben for unddragelse. Sådanne komplekse bevægeapparatet koordinering indebærer supraspinal strukturer, såsom den parietale cortex. Denne protokol beskriver brugen af reversibel, køling-induceret kortikale deaktivering at vurdere parietal cortex bidrag til hukommelse-styrede hindring bevægelse i katten. Lille afkøling sløjfer, kendt som cryoloops, er specielt formet til at deaktivere diskrete områder af interesse at vurdere deres bidrag til en åbenlys adfærd. Sådanne metoder har været anvendt til at belyse rollen af parietal område 5 i hukommelse-styrede hindring unddragelse i kat.
Introduction
På naturalistiske, ujævnt terræn, kan sensoriske oplysninger om en hindring, som kan erhverves via vision eller touch, hurtigt ændre bevægelse for at undgå. Denne omhyggelig koordinering af stepping bevægelser indebærer flere kortikale regioner1,2. For eksempel, har områder af motoriske cortex3,4 og parietal cortex5,6,7 været impliceret i komplekse bevægeapparatet opgaver såsom hindring unddragelse. Quadrupedal dyr udvides trin modulationer kræves for hindring unddragelse til at omfatte både forben og hindlegs. Forsinkes fremadrettet bevægelse mellem de forben og hindleg hindringsfrihed, (der kan opstå som et dyr slidbaner omhyggeligt gennem en kompleks, naturalistiske miljø stalking bytte), er oplysninger om hindring vedligeholdes i hukommelsen brugt til at guide hindleg hen over forhindringen en gang gå CV’er.
Eksperimentelle teknikker har til formål at deaktivere diskrete kortikale områder kan bruges til at studere kortikale bidrag til hukommelse-styrede hindring locomotion. Køling-induceret kortikale deaktivering giver en reversibel, pålidelig og reproducerbar metode til vurdering af kortikale bidrag til en åbenlys adfærd8. Cryoloops fremstillet af rustfri stålrør er formet præcis det kortikale område af interesse, at sikre yderst selektiv og diskrete deaktivering af loci. Når implanteret, kølet methanol pumpes gennem lumen af en cryoloop køler regionen i cortex direkte under loop til < 20 ° C. Under denne kritisk temperatur hæmmes synaptisk transmission i regionen i cortex direkte under sløjfen. Sådanne inaktivering kan vendes ved blot at ophøre med strømmen af methanol. Denne metode har været brugt til at studere kortikale bidrag til sensoriske forarbejdning og adfærd9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17, samt motorstyring saccadic øje bevægelser18 og hukommelse-styrede hindring locomotion19.
Formålet med denne protokol er at bruge reversible køling-induceret deaktiveringer for at vurdere inddragelse af de parietale kortikale områder for bevægeapparatet koordinering i katten. Specifikt, blev hukommelse-styrede hindring bevægelse undersøgt med eller uden aktive parietal cortex. Disse metoder har været anvendt med held påvise rolle af parietal område 5 i hukommelse-styrede hindring unddragelse i den omvandrende kat19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den beskrevne paradigme beskæftiger køling-induceret deaktiveringer af diskrete kortikale områder ved hjælp af cryoloop for at studere hukommelse-styrede hindring bevægelse i katten. Visuelle og taktile hindring hukommelse paradigmer er temmelig simpelt for dyr til at udføre som de udnytter naturalistiske bevægeapparatet adfærd, der opstår med en minimal indsats, når et dyr er motiveret til at følge en bevægende fødekilde. Størstedelen af uddannelsesperioden er således helliget acclimating dyret test være…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkender taknemmeligt støtte fra den canadiske institutter for sundhedsforskning, naturvidenskab og Engineering Research Rådet i Canada (NSERC) og Canada Foundation for Innovation. C.W. blev støttet af en Alexander Graham Bell Canada Graduate stipendium (NSERC).
Materials
| Camera | IDS Imaging Development Systems GmbH | Model: UI-5240CP-C-HQ | |
| Intake tubing | Restek | 25306 | Unflanged end is submerged in the methanol reservoir while the flanged end is connected to the pump |
| Pump | Fluid Metering, Inc. | Model: QG 150 | |
| Nalgene Dewar vacuum flask | Sigma-Aldrich | F9401 | |
| Teflon tubing | Ezkem | A051754 | |
| Microprobe thermometer | Physitemp | Model: BAT-12 | |
| Flanged tube end fittings | Valco Instruments Co. Inc. | CF-1BK | Assorted colours available for colour coding. Packages include the same number of washers as fittings |
| Washers | Valco Instruments Co. Inc. | CF-W1 | Extra washers |
| Flanging kit | Pro Liquid GmbH | 201553 | |
| Tubing connector | Restek | 25323 | |
| Tubing cutter | Restek | 25069 | |
| Male thermocouple connector | Omega | SMPW-T-M | Used to make cable connection to thermometer |
| Thermocouple wire | Omega | PP-T-24S | Used to make cable connection to thermometer |
| MATLAB | MathWorks | n/a |
Riferimenti
- Drew, T., Marigold, D. S. Taking the next step: cortical contributions to the control of locomotion. Curr. Opin. Neurobiol. 33, 25-33 (2015).
- Takakusaki, K. Neurophysiology of gait: From the spinal cord to the frontal lobe. Mov. Disord. 28, 1483-1491 (2013).
- Drew, T. Motor cortical activity during voluntary gait modifications in the cat. I. cells related to the forelimbs. J. Neurophysiol. 70, 179-199 (1993).
- Beloozerova, I. N., Sirota, M. G. The role of the motor cortex in the control of accuracy of locomotor movements in the cat. J. Physiol. 461, 1-25 (1993).
- McVea, D. A., Taylor, A. J., Pearson, K. G. Long-lasting working memories of obstacles established by foreleg stepping in walking cats require area 5 of the posterior parietal cortex. J. Neurosci. 29, 9396-9404 (2009).
- Lajoie, K., Andujar, J. -. E., Pearson, K. G., Drew, T. Neurons in area 5 of the posterior parietal cortex in the cat contribute to interlimb coordination during visually guided locomotion: a role in working memory. J. Neurophysiol. 103, 2234-2254 (2010).
- Beloozerova, I. N., Sirota, M. G. Integration of motor and visual information in the parietal area 5 during locomotion. J. Neurophysiol. 90, 961-971 (2003).
- Lomber, S. G., Payne, B. R., Horel, J. A. The cryoloop: An adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function. J. Neurosci. Methods. 86, 179-194 (1999).
- Lomber, S. G., Cornwell, P., Sun, J., Macneil, M. A., Payne, B. R. Reversible inactivation of visual processing operations in middle suprasylvian cortex of the behaving cat. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 2999-3003 (1994).
- Lomber, S. G., Payne, B. R. Contributions of cat posterior parietal cortex to visuospatial discrimination. Vis. Neurosci. 17, 701-709 (2000).
- Lomber, S. G., Malhotra, S. Double dissociation of ‘what’ and ‘where’ processing in auditory cortex. Nat. Neurosci. 11, 609-616 (2008).
- Lomber, S. G., Meredith, M. A., Kral, A. Cross-modal plasticity in specific auditory cortices underlies visual compensations in the deaf. Nat. Neurosci. 13, 1421-1427 (2010).
- Kok, M. A., Stolzberg, D., Brown, T. A., Lomber, S. G. Dissociable influences of primary auditory cortex and the posterior auditory field on neuronal responses in the dorsal zone of auditory cortex. J. Neurophysiol. 113, 475-486 (2015).
- Carrasco, A., Kok, M. A., Lomber, S. G. Effects of core auditory cortex deactivation on neuronal response to simple and complex acoustic signals in the contralateral anterior auditory field. Cereb. Cortex. 25, 84-96 (2015).
- Coomber, B., et al. Cortical inactivation by cooling in small animals. Front. Syst. Neurosci. 5, 53 (2011).
- Malmierca, M. S., Anderson, L. A., Antunes, F. M. The cortical modulation of stimulus-specific adaptation in the auditory midbrain and thalamus: a potential neuronal correlate for predictive coding. Front. Syst. Neurosci. 9, 19 (2015).
- Antunes, F. M., Malmierca, M. S. Effect of auditory cortex deactivation on stimulus-specific adaptation in the medial geniculate body. J. Neurosci. 31, 17306-17316 (2011).
- Peel, T. R., Johnston, K., Lomber, S. G., Corneil, B. D. Bilateral saccadic deficits following large and reversible inactivation of unilateral frontal eye field. J. Neurophysiol. 111, 415-433 (2014).
- Wong, C., Wong, G., Pearson, K. G., Lomber, S. G. Memory-guided stumbling correction in the hindlimb of quadrupeds relies on parietal area 5. Cereb. Cortex. , (2016).
- Horsley, V., Clarke, R. H. The structure and function of the cerebellum examined by a new method. Brain Behav Evol. 31, 45-124 (1908).
- Lomber, S. G., Malhotra, S., Hall, A. J. Functional specialization in non-primary auditory cortex of the cat: areal and laminar contributions to sound localization. Hear. Res. 229, 31-45 (2007).
- Johnston, K., Koval, M. J., Lomber, S. G., Everling, S. Macaque dorsolateral prefrontal cortex does not suppress saccade-related activity in the superior colliculus. Cereb. Cortex. 24, 1373-1388 (2014).
