Reversible Kühlung-induzierte Deaktivierungen kortikalen Beiträge zum Hindernis Speicher in der zu Fuß Katze zu studieren
Summary
Komplexe Fortbewegung in naturalistischen Umgebungen erfordern sorgfältige Koordination der Gliedmaßen beinhaltet Regionen des parietalen Kortex. Das folgende Protokoll beschreibt den Einsatz der reversiblen Kühlung-induzierte Deaktivierung die Rolle des parietalen Bereich 5 in Speicher-geführte Hindernis-Vermeidung in der zu Fuß Katze zu demonstrieren.
Abstract
Sensorischer Informationen über ökologische Hindernis ist auf komplexe, naturalistische Terrain lässt sich rasch lokomotorische Bewegungen zur Vermeidung anpassen. Beispielsweise kann bei der Katze, visueller Informationen über bevorstehende Hindernis modulieren stepping für Vermeidung. Bewegungsapparates Anpassung kann auch unabhängig von der Vision, auftreten, wie plötzliche taktile Eingaben an das Bein von einem erwarteten Hindernis zur Vertiefung aller vier Beine für Vermeidung ändern können. Solche komplexen Bewegungsapparat umfasst supraspinalen Strukturen, z. B. der parietalen Kortex. Dieses Protokoll beschreibt den Einsatz der reversibel, Kühlung-induzierte kortikalen Deaktivierung parietalen Kortex Beiträge zur Speicher-geführte Hindernis Fortbewegung bei der Katze zu beurteilen. Kleine Abkühlung Schleifen, bekannt als Cryoloops, sind speziell geformt, um diskrete Regionen von Interesse für ihre Beiträge zu einem offenkundigen Verhalten beurteilen zu deaktivieren. Solche Methoden wurden verwendet, um die Rolle der parietalen Bereich 5 in Speicher-geführte Hindernis Vermeidung bei der Katze zu erhellen.
Introduction
Auf naturalistische, unebenen Gelände kann sensorischer Informationen über ein Hindernis, die Vision per Touch erworben werden können, schnell Fortbewegung zur Vermeidung ändern. Diese sorgfältige Abstimmung der Schrittmotor Bewegungen beinhaltet mehrere kortikalen Regionen1,2. Zum Beispiel haben Bereiche des motorischen Kortex3,4 und parietalen Kortex5,6,7 bei komplexen motorischen Aufgaben wie Hindernis Vermeidung verwickelt. Bei vierbeinigen Tieren müssen Schritt Modulationen erforderlich zur Vermeidung von Hindernis auf den Vorderbeinen und Hinterbeinen erstrecken. Wenn vorwärts Fortbewegung zwischen den Vorderlauf und Hinterläufen Hindernisfreiheit verzögert wird (die auftreten können, wie ein Tier sorgfältig durch eine komplexe, naturalistische Umwelt stalking Beute tritt), dient Informationen über das Hindernis im Speicher beibehalten führen das Hinterbein verstärkt über das Hindernis einmal zu Fuß fortgesetzt wird.
Experimentelle Techniken zur diskreten kortikalen Bereiche deaktivieren können verwendet werden, kortikale Beiträge zur Speicher-geführte Hindernis Fortbewegung zu studieren. Kühlung-induzierte kortikalen Deaktivierung bietet eine Reversible, zuverlässige und reproduzierbare Methode zur Bewertung von kortikalen Beiträge zu einer offenkundigen Verhalten8. Cryoloops aus Edelstahlrohren gefertigt sind spezifisch für die kortikalen Bereich von Interesse, geformt sehr selektiv und diskrete Deaktivierung der Loci zu gewährleisten. Einmal implantiert, gekühlte Methanol durch das Lumen der ein Cryoloop gepumpt, kühlt die Region der Hirnrinde direkt unterhalb der Schleife zu < 20 ° C. Unterhalb dieser kritischen Temperatur ist in der Region der Hirnrinde direkt unterhalb der Schleife synaptische Übertragung gehemmt. Diese Deaktivierung kann umgekehrt werden, indem Sie einfach aufhören den Fluss von Methanol. Diese Methode wurde zur kortikalen Beiträge zur sensorischen Verarbeitung und Verhaltensweisen9,10,11,12,13,14,15 studieren , 16 , 17, sowie die Motorsteuerung saccadischen Auge Bewegungen18 und Speicher-geführte Hindernis Fortbewegung19.
Dieses Protokoll soll reversible Kühlung-induzierte Deaktivierungen verwenden, um die Beteiligung der parietalen kortikalen Bereiche der motorischen Koordination bei der Katze zu beurteilen. Speicher-geführte Hindernis Fortbewegung war speziell, mit oder ohne aktive parietalen Kortex untersucht. Mit diesen Methoden haben erfolgreich die Rolle des parietalen Bereich 5 in Speicher-geführte Hindernis Vermeidung zu Fuß Katze19nachzuweisen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das beschriebene Paradigma beschäftigt Kühlung-induzierte Deaktivierungen von diskreten kortikalen Bereiche, die mit der Cryoloop um Speicher-geführte Hindernis Fortbewegung bei der Katze zu studieren. Die visuelle und taktile Hindernis Speicher Paradigmen sind ziemlich einfach für Tiere ausführen, da sie naturalistische Bewegungsorgane Verhaltensweisen, die mit minimalem Aufwand auftreten beuten, wenn ein Tier motiviert ist, eine beweglichen Nahrungsquelle zu folgen. Somit ist der Großteil der Ausbildungszeit akkl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir erkennen dankbar an die Unterstützung der Canadian Institutes of Health Research, Naturwissenschaft und Engineering Research Council of Canada (NSERC) und Canada Foundation for Innovation. C.w. wurde durch ein Alexander Graham Bell Canada Graduate Stipendium (NSERC) unterstützt.
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 |
References
- 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).
