Reversibel kylning-inducerad avaktiveringar att studera kortikala bidrag till hinder minne i vandrande katt
Summary
Komplexa rörelsemönster i naturalistiska miljöer som kräver noggrann samordning av benen innebär regioner av parietala cortex. Följande protokoll beskriver användningen av reversibel kylning-inducerad avaktivering att demonstrera rollen av parietala område 5 i minne-guidad hinder skatteundandragande i walking katt.
Abstract
På komplexa, naturalistiska terräng, kan sensorisk information om miljömässiga hinder användas att snabbt justera rörelseapparaten rörelser för att undvika. Till exempel i katten, kan visuell information om ett förestående hinder modulera kliva för undvikande. Rörelseapparaten anpassning kan också uppstå oberoende av vision, som plötslig taktil ingångar till benet av ett förväntade hinder kan ändra kliva av alla fyra ben för att undvika. Sådan komplex motorisk samordning innebär supraspinal strukturer, såsom parietala cortex. Det här protokollet beskriver användningen av reversibel, kyla-inducerad kortikala avaktivering att utvärdera parietala cortex bidrag till minne-guidad hinder locomotion i katten. Liten kylning loopar, känd som cryoloops, är speciellt formad för att avaktivera diskret regioner av intresse att utvärdera deras bidrag till en overt beteende. Sådana metoder har använts för att belysa rollen av parietala område 5 i minne-guidad hinder skatteundandragande i katten.
Introduction
Sensorisk information om ett hinder, som kan förvärvas via vision eller touch, kan snabbt ändra locomotion för undvikande på naturalistisk, ojämn terräng. Denna noggrann samordning av stegmotor rörelser involverar flera kortikala regioner1,2. Till exempel har områden av motoriska cortex3,4 och parietala cortex5,6,7 varit inblandade under komplexa rörelseapparaten uppgifter såsom undvika hinder. Fyrbent djur, måste steg modulationer krävs för att undvika hinder omfatta både framben och hindlegs. Om framåt locomotion försenas mellan framben och hindleg hinder clearance (som kan uppstå som ett djur trampar försiktigt genom en komplex, naturalistiska miljö stalking byte), används information om hindret underhålls i minnet för att vägleda den hindleg kliva över hindret en gång promenader återupptas.
Experimentella tekniker syftar till att avaktivera diskret kortikala områden kan användas för att studera kortikala bidrag till minne-guidad hinder förflyttning. Kylning-inducerad kortikala inaktivering ger en reversibel, tillförlitliga och reproducerbara metod för bedömning av kortikala bidrag till en overt beteende8. Cryoloops tillverkad av rostfria stålrör är formade specifika för det kortikala området av intresse, säkerställa mycket selektiv och diskret avaktivering loci. När implanteras, kylda metanol pumpas genom lumen av en cryoloop kyler regionen i cortex direkt under slingan till < 20 ° C. Under denna kritiska temperaturen hämmas synaptisk transmission i regionen i cortex direkt under slingan. Sådan avstängning kan vändas genom att helt enkelt upphör flödet av metanol. Denna metod har använts för att studera kortikala bidrag till sensorisk bearbetning och beteenden9,10,11,12,13,14,15 , 16 , 17, samt motorisk kontroll av saccadic öga rörelser18 och minne-guidad hinder locomotion19.
Syftet med detta protokoll är att använda reversibla kylning-inducerad avaktiveringar för att bedöma medverkan av de parietala kortikala områdena för motorisk samordning i katten. Minne-guidad hinder locomotion undersöktes specifikt, med eller utan aktiva parietala cortex. Dessa metoder har använts framgångsrikt Visa rollen av parietala område 5 i minne-guidad hinder skatteundandragande i walking katt19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den beskrivna paradigmen sysselsätter kylning-inducerad avaktiveringar diskret kortikala områden använder cryoloop för att studera minne-guidad hinder locomotion i katten. Visuella och taktila hinder minne paradigm är ganska enkel för djuren att utföra eftersom de utnyttjar naturalistiska rörelseapparaten problem som uppstår med minimal ansträngning när ett djur är motiverade att följa ett rörligt näringskälla. Således, majoriteten av utbildningstiden ägnas åt acclimating djuret testning rum och kylutr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi erkänner tacksamt stöd av den kanadensiska institut för hälsa forskning, naturvetenskap och Engineering Research rådet av Kanada (NSERC) och Kanada Stiftelsen för Innovation. C.W. stöddes av 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 |
Referências
- 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).
