Vi beskriver en metod för att registrera motorisk aktivitet, tidsinställda till elektriskt inspelade böjd kontakt signal i en tjudrad insekt, gå på halt underlag. Detta används för att studera de neurala grunden för adaptivt beteende under minskat inflytande av mekanisk samverkan mellan benen genom substratet.
Studera i hjärnan av att gå beteende, står man ofta problemet att det är svårt att separera neuronally produceras kliva ut från de benrörelser som är resultatet av passiva krafter och interaktioner med andra ben genom den gemensamma kontakt med underlaget. Om vi vill förstå, vilken del av en viss rörelse är producerad av nervsystemet motoreffekt, kinematisk analys av kliva rörelser, därför måste kompletteras med elektrofysiologiska inspelningar av motorisk aktivitet. Inspelningen av neuronala eller muskelaktivitet i ett bete djur begränsas ofta av den elektrofysiologiska utrustning som kan begränsa djuret i dess förmåga att röra sig med så många frihetsgrader som möjligt. Detta kan antingen undvikas genom att använda implanterade elektroder och sedan ha djuret rör sig på en lång tjuder (dvs Clarac et al, 1987;. Duch & Pflüger, 1995; Böhm et al, 1997;. Gruhn & Rathmayer, 2002) eller genom att sända data med hjälp telemetriskt enheter (Kutsch et al, 1993; Fischer et al, 1996;. Tsuchida et al 2004;. Hama et al, 2007;.. Wang et al, 2008). Båda dessa eleganta metoder som framgångsrikt används i större leddjur, visa sig ofta svår att använda i mindre promenader insekter som antingen lätt trassla in sig i det långa tjuder eller hindras av vikten på telemetrisk enheten och dess batterier. Dessutom, i alla dessa fall, är det fortfarande omöjligt att skilja mellan den rent neuronala grunden för förflyttning och de effekter som utövas av mekanisk koppling mellan det går benen genom substratet. En lösning på detta problem är att göra experimenten i en uppbundna djur som är gratis att gå på plats och det är lokalt avbrytas, till exempel över en hal yta, som effektivt tar bort de flesta markkontakt mekanik. Detta har använts för att studera fly svar (Camhi och Nolen, 1981; Camhi och Levy, 1988), svarvning (Tryba och Ritzman, 2000a, b;. Gruhn et al, 2009a), bakåt promenader (Graham och Epstein, 1985) eller förändringar i omloppshastigheten (Gruhn et al. 2009b) och det gör försöksledaren lätt att kombinera intra-och extracellulära fysiologi med kinematiska analyser (Gruhn et al., 2006).
Vi använder en hal yta setup för att utreda tidpunkten för benmusklerna på bete pinne med avseende på touch-ner och lyft under olika beteendestörningar paradigm som rakt fram och böjda vandra i intakt och minskad förberedelser.
Vi har beskrivit en inställning som gör att optiskt inducerade generationen vända beteende och tillstånd för att en hög grad av frikoppling av neuronally genereras gå aktivitet från den passiva som orsakas av den mekaniska förskjutning av andra går benen på marken. Potentiella informationsflöde mellan benen genom nervsystemet om markstyrkor reaktion eller böjd kontakt, å andra sidan är fortfarande möjligt och låter försöksledaren att studera inverkan av sådan information i den minskade beredning. Stora fördelar av hal yta inställning är bland annat att djuren visar en mycket hög benägenhet att gå, och i motsats till promenader eller trampa på en EKORREHJUL kan djuret utföra swing och hållning rörelser fas i alla riktningar av naturliga promenader. Dessutom grader av frihet för alla benen tillåter djuret att utföra kurvan gå om det är en intakt eller delvis intakt beredning. Eftersom benen inte kan vara passivt flyttas genom att helt enkelt framåt rörelse djur eller förflyttningar av underlaget under, speglar varje rörelse motorns effekt av att benet (Cruse, 1976, Graham och Wendler, 1981). Installationen är mycket lämplig för att undersöka neuronala grunden för adaptiva beteenden såsom svarvning eller framåt mot bakåt gå, eftersom man kan kombinera elektrofysiologiska inspelningar av motorisk aktivitet med analysen av kinematik lem rörelse.
Vi använde pinne är optomotor svar att framkalla gå. Svaren från djuren till den roterande randmönster visa sin beredskap att utföra kurva till fots när tjudrad över den hala ytan. De flesta överraskande för oss, enda ben i en enda ben förberedelser visar kvalitativt samma rörelse mönster som i den intakta djuret. Vi har alltså anledning att tro att kontrollen av kurvan promenader kan fungera i stort sett utan samordning sinnesintryck från närliggande ben. Det kommer att vara viktigt att testa i ytterligare experiment om verksamheten av motoriska nervceller i de borttagna benen också påverkas av optomotor mönster. Installationsprogrammet kan lätt modifieras för att möjliggöra studier av andra uppgifter som rakt framåt och bakåt gående genom att placera en enda rand framför djuret eller försiktigt dra antennerna.
Den exakta mätningar av markkontakt ger oss möjlighet att korrelera muskelaktivitet och ben position. Den höga tidsupplösning av denna elektriska kontakten signal är bättre än 1 ms och leder oss till en ny insikt om tidpunkten för övergången från swing till stödfasen. Upplösningen är värre för den ståndpunkt att svinga övergången på grund av förseningen i klippning av den ledande smörjmedel och en brist på behovet av en fullständig lättning under förlängningen på halt underlag. Ändå är kunskapen om de exakta swing till ställningstagande övergången ett särskilt användbart första steg om vi vill förstå de mekanismer som styr muskler timing och samordnad verksamhet benmusklerna i olika beteende-sammanhang (se även: Büschges et al, 2008;. Büschges & Gruhn 2008).
Som exempel använde vi upprullningsdonet och gradskiva coxae muskler i mellanörat ben och exakt korrelerad sin verksamhet med att byta från swing till stödfasen samtidigt som vi följt beteende i vilket sammanhang benet användes. För detta ändamål framkallade vi gå och spelade in muskelaktiviteten kontinuerligt. En viss ben kan vara en inne eller en utomstående ben, beroende på att vända riktning. I ett fördjupat mitt ben, i egenskap av ett insidan av benet i funktionell mening, kan det konstateras att upprullningsdon och gradskiva muskler kan både fungera som funktionell hållning muskler eftersom benet ibland ger bakslag i tillägg till framåtriktad steg (se Fig. 4 ).
Den electromyograms (EMGs) från både muskler var åtgärdats och normaliserade till tiden för touch-ner och latensen för den första muskeln spikar beräknades. Intressant, till latenser både muskler med respekt lättning och touch-down beror på funktionen av de muskler som respektive sving eller hållning muskeln (se Fig. 4) och inte på muskler själv, och visar endast mindre förändringar i Tidpunkten för aktivitet debut. De flesta förklaringar till förändringen av staten från swing till hållning anta att sensoriska signaler böjd kontakt utlösa start hållning. Den intressanta frågan om hur de korta latenser mellan touch-ner och muskel aktivering i pinne förs och på vilka sensorisk information de är beroende av kan nu åtgärdas med den ändrade konfigurationen.
Sammanfattningsvis visar vi en hal yta installation som tillåter oss att på ett tillförlitligt framkalla raka och kurvan går i stationära hålla insekter. Kinematik, muskelaktivitet och tidpunkten för böjd touch-ner och lyft kan övervakas och korreleras i de två olika beteendemässiga contexts på samma gång. Detta ger oss ett utmärkt verktyg för att studera närmare sambandet mellan muskelaktivitet och beteendemässiga sammanhang för en enda ben samt i den intakta djuret och de underliggande mekanismerna.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Michael Dübbert, Oliver Hoffmann, Hans Scharstein, Jan Sydow och Anne Wosnitza för utmärkt tekniskt bistånd. Denna studie stöddes av DFG bevilja Bu 857 / 8,10 till AB
Material Name | Tipo | 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 |