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Articles by Robin L. Cooper in JoVE

 JoVE Neuroscience

膜电位,突触反应,神经回路,神经调节和肌肉组织学用小龙虾:学生实验室练习


JoVE 2322 1/18/2011

1Department of Biology, University of Kentucky, 2Department of Physiology, University of Toronto

实验表明一个简单的方法,让学生获得经验,研究肌肉结构,突触反应,离子梯度和膜电位的通透性的影响。此外,一个感觉,中枢神经系统,电机肌肉电路提交显示一个方法来测试化合物在神经元电路的影响。

 JoVE Neuroscience

生理实验与小龙虾肠:学生实验室的工作


JoVE 2324 1/18/2011

1Department of Biology, University of Kentucky, 2Department of Biological Sciences, Brock University

在这份报告中,我们展示了可以用于研究的小龙虾肠的生物学技术。我们展示了如何剖析一个小龙虾腹部和研究相关的解剖学,生理学和调制的活动。蠕动活动和收缩力测力传​​感器使用。

Other articles by Robin L. Cooper on PubMed

生理上发现小龙虾神经肌肉接头处 5-HT2 样受体。

小龙虾开瓶器神经肌肉接头突触编写模型被认为是回应的 5-羟色胺的外源应用。5-羟色胺的主要影响是水泡释放的突触前的运动神经终端的增强。5-羟色胺众所周知,通过 IP(3) 级联,这表明存在 5-HT(2) 受体亚型 ; 采取行动然而,这基于脊椎动物 5-羟色胺受体分类。我们通过使用选择性激动剂和脊椎动物的 5-HT(2) 受体亚型的两个拮抗剂研究这种可能性。拮抗剂 ketanserin 和 spiperone 以剂量依赖方式降低 5-羟色胺的响应能力。广泛的 5-HT(2) 受体激动剂、 α-甲基-5-羟色胺 (阿尔法-我-5-羟色胺) 增强了突触传递,浓度依赖的方式,但不是发自如 5-羟色胺。这些结果支持 5-HT(2) 受体亚型是 presynaptically 上的小龙虾运动神经终端存在的概念。由知道 5-羟色胺受体存在于突触前的运动神经末梢在此模型突触制备的类型后,即将行动的 5-羟色胺对水泡释放的机制更好地理解。

乙醇对 Pre-synaptic 组件模型谷氨酸能突触突触传递的影响: 小龙虾神经肌肉接头。

我们已经阐明的一些机制由哪些乙醇 (炒紫苏子醇) 减少了突触的效能,在模型谷氨酸能突触。精湛的模式,直接评估对突触传递的 pre-synaptic 组件的炒紫苏子醇影响小龙虾阶段性和补品神经肌肉接头。执行的突触传递的量子分析的能力使我们能够评估 pre-synaptic 改建的释放。使用此系统,我们报告的炒紫苏子醇,应用范围内的一个观察的陶醉人类 (44 和 88 毫米),导致兴奋性突触电位 (EPSP) 振幅数目减少。此外,使用焦宏-修补程序录制,量子突触电流录,评估的 pre-synaptic 组件作为炒紫苏子醇的行动的潜在目标站点。补药神经肌肉路口炒紫苏子醇 (88 毫米) 减少释放 (p) 的概率和在某些情况下,减少释放地点 (n) 的数目,但并没有改变便利指数也不会损害水疱释放的滞后时间。阶段性神经肌肉交界,减少突触充电过程中出现炒紫苏子醇的存在。因此,观察到的减少突触强度至少是部分归因于 pre-synaptic 的改建,专门释放更少的水泡。

鞘氨醇 1-磷酸增强了青蛙神经肌肉接头处的自发神经递质释放。

胞内录制了从蛙坐骨神经匠神经-肌肉的筹备工作,并对微型终板电位 (MEPPs) 鞘氨醇 1-磷酸 (S1 P) 的影响进行了研究。S1-P (1 和 30 微 M) 的胞外应用了的频率和振幅的 MEPPs 没有显著影响。传递到神经末梢的脂质体 10(-5)、 10(-4) 或 10(-3) M S1 P 是与 MEPP 频率 37、 63 和 86%的浓度依赖性增加相关联。% 的中位数 MEPP 振幅没有大的变化,但有的 '巨人' MEPPs 人数增加。作的筹备工作获得 S1 P 10(-5) 但不是 10(-8) M 固定化脂质体的 15 分钟阻塞的后续 superfusion S1 P (10(-4) M) 的影响-填补脂质体对 MEPP 频率。因此,胞内 S1 P 受体似乎接受的 S1 P.含量较高的脱敏结果提供膜层行事,S1 P 的第一个证据,但不是 extracellularly 增强了青蛙神经肌肉接头处的自发神经递质释放。

细胞内离子浓度的荧光指标发射谱,其关系到 K(d),F(min),F(max) 公式,从校准和突触前钠 Na 绿色与使用。

荧光指标和 F(min)、 F(max) 和 K(d) 公式的发射谱校正曲线显示有关。我们使用已知校准的荧光绿钠 (Na-绿色) 和光电倍增管量子效率所发出,钠浓度范围内计算的检测信号。计算出的校准曲线的传递与窄带、 中型带或全谱的滤光片进行了对比。我们发现一种基于充分的发射谱方法是最合适。鉴于在已知的休息浓度的细胞内的钠,校准的读数可以转换为浓度值。当曲线的浓度范围内发射谱可用时,此方法是适用于任何荧光指示符。我们小龙虾电机轴突突触前码头注入 Na 绿色期间列车的动作电位 (Ap) 测量钠浓度变化。在低频 AP 列车,期间净钠渐近随着频率。平均净 Na 通量每个 AP 减少增加终端大小。小龙虾电机轴突的码头有这是 7700 比倍鱿鱼卷比表面积。因此,与鱿鱼、 小龙虾终端表现出更大的改变,在 [Na(+)](i) 等效 AP 活动期间。

通过统计分析的突触收费估计释放地点的数目和终端神经内射击的概率。

调查个别突触的功能,对了解化学突触传递效果的影响的机制至关重要。已知在小龙虾神经肌肉接头 (NMJ) 突触结构的简单性和释放其量子性质允许的运动神经码头内的离散神经突触的评估。我们在这篇文章的目标是调查活动释放地点 (n) 的数目和这些活动地点释放 (p) 的概率的刺激频率的影响。因为往往基于直接计数的方法提供不稳定联合估计数 (n) 和 (p),我们会将我们的分析基于混合建模。尤其是,混合建模方法用于估算 (n) 和 (p) 刺激 1 Hz、 2 Hz 和 3 Hz 的频率。我们的研究结果表明随着刺激频率的增加,新网站招聘 (从而增加 n) 释放 (p) 的可能性增加。

小龙虾初级感觉神经元对 5-羟色胺和蜕皮激素的影响。

整体行为和动机国家观察期间社会互动和整个小龙虾的蜕皮周期已链接到体液调质的影响。5-羟色胺 (5-HT) 和蜕皮相关激素水平,20-羟基蜕皮酮 (20--他),是已知的甲壳类动物血淋巴中存在。若要确定是否他们改变监视本体信息的初级感觉神经元的活动,我们审查了慢适应肌肉受体器官 (MRO) 的小龙虾腹部,进行了广泛研究模型感觉系统的活动对其影响。5-羟色胺的 100 范围内 nM 到 1 microM,在持续刺激期间增加神经元的发射频率。在实验中单独添加 20--他了,发射频率增加也发生,虽然是在较小程度比 5-羟色胺在相同的浓度。当医生注册条例第一次暴露在 20--他时,按顺序执行的 5-羟色胺,程度与暴露的反向顺序有关的活动增加。这一结果表明这些内源性调质,各个级别的混合物在交替行为比绝对任何的水平一人单独介绍了,更重要。

内在差异敏感性对 5-羟色胺支配同一目标的高和低输出端子。

调质突触结构的各种疗效差行动提供额外微调的突触调节频率诱导可塑性之外。我们用人们熟知的高和低输出运动神经码头、 补品和小龙虾,走路腿伸肌肉中的阶段性神经肌肉接头 (NMJs) 来调查的 5-羟色胺 (5-HT) 的微分操作,因为这两个码头支配同一目标。补品 NMJ 兴奋性突触后的电位增强比更大程度的阶段性的 NMJs 期间暴露于 5-羟色胺 (100 nM)。Macropatch 沿运动神经终端和量子分析确定地点当前录制指示,意味着量子内容大幅上升 5-羟色胺。阶段性码头时接触到 100 比补品码头更大程度增加了总体概率的水泡释放 nM 5-HT.该地区采取的措施 (即电荷) 自发的量子电流的指示对谷氨酸能突触传递因暴露于 5-羟色胺在突触后接受没什么区别。结果提供关于差分调制的低和高输出神经突触存在于同一目标组织的新细节。

M-CPP 在改变神经元功能的影响: 在无脊椎动物电机和感觉神经元,但令人兴奋的大鼠脊髓背角神经元中的阻塞去极化。

复合 m-chlorophenylpiperazine (m-CPP) 用于临床操作 serotonergic 函数,但其确切机制的行动还不太清楚。m CPP 由 5-HT(1) 和 5-HT(2) 的受体上的非选择性卡巴行动改变突触传递和神经功能的脊椎动物。在此研究中,我们展示了这 m CPP 似乎不通过 5-羟色胺受体抑制神经元功能的无脊椎动物 (小龙虾和果蝇) 采取行动。相反,m-CPP 可能减少钠涌入本电机和初级感觉神经元电压门控钠通道通过。胞内弥漫性轴索录音显示,m CPP 降低小龙虾运动神经元动作电位的幅度。兴奋性突触后电流,在神经肌肉接头 (NMJ) 的小龙虾和果蝇,录得的量子分析表明在突触前水泡的事件,产生量子平均含量减少的数量减少。m CPP 也减少在小龙虾的初级感觉神经元的活动。相比之下,5-羟色胺产生增幅在 NMJ 淡水螯虾的突触强度和活性的感觉神经元 ;它产生在果蝇 NMJ 没有效果。大鼠脊髓中,m CPP 增强了自发兴奋性突触后电位诱发电流不作修改地的发生。

褪黑素对行为、 血淋巴代谢和神经递质释放的小龙虾的调节作用。

如行为和神经递质释放在脊椎动物中褪黑激素会影响各种各样的昼夜节律的进程。小龙虾褪黑激素生产发生在 eyestalks,和生产的周期可能会根据季节变化。到目前为止,褪黑激素的作用和甲壳动物生理学作用机制却不清楚。我们褪黑激素或生理盐水注入淡水螯虾的 scotophase,在早春监测活动和血淋巴血糖/乳酸超过 24 h。小龙虾大大更积极地与预期的 scotophase,photophase,并发血糖/乳酸峰值。褪黑激素扭转的活动模式,导致 scotophase 活动高峰期,但不是血糖/乳酸模式。在夏末,期间哪些控制活动和血糖/乳酸水平上升了在 scotophase 中重复了这项研究。褪黑激素减少 scotophase 活动和血糖/乳酸,消除活动和葡萄糖周期的振幅。我们还注射褪黑激素或 1 h.控件在不同时期的初夏一天盐渍和监视自发活动已在 1200 (中旬 photophase) 和 2100 h (早期 scotophase),高活性和褪黑激素在 1200 h 活动增加,但减少它在 2100 h.1500 h 但不是 1800 h (晚 photophase) 褪黑激素也增加了活动。接下来,我们审查了小龙虾神经生理学对褪黑激素的影响。褪黑激素 (10 microM) 加强在神经肌肉接头 (NMJ) 突触传递。突触前的行动造成更多囊泡诱发激励时被释放。我们的研究表明那褪黑激素可能和保守的作用中的无脊椎动物与脊椎动物的昼夜节律性信息转导。行为和生理影响可能介导中央的途径,通过神经调节的 NMJ 外围一级增强的调制。

5-羟色胺、 章鱼胺和在 Semi-intact 的果蝇幼虫中多巴胺的感官 CNS 电机电路的调制。

我们推出了原位合成通过刺激感官中枢神经系统电路,诱使运动单位活动使用的果蝇的三龄幼虫。可以有选择地聘用和驱动取决于感官刺激强度、 持续时间和频率是定义完善的解剖和生理功能的离散可识别电机单位。由于周围神经系统是双边对称协调双边对称节段性肌肉组织模式,能诱使虚拟形式的运动。上突出腹侧纵向体壁肌肉,如 m6 和 m12,监控兴奋性突触后电位 (EPSP) 提供了更多深入了解如何可能内完整动物征聘选择性电机单位。我们还引进调质的行动 (5-羟色胺、 章鱼胺 (OA) 和多巴胺 (DA)) 诱导型模式的感官电机电路内的活动。在果蝇中强大的基因操纵模式生物中打开进一步调查的电路和电路形成和维护的发展问题和模式代细胞方面的许多途径。

在神经生物学中最近的事态发展: 简介专题讨论会。

神经肌肉接头突触前减少的钙通道功能与发展造成的后果。

诱发神经递质释放在神经肌肉接头 (NMJ) 受的终端,至于最化学突触的突触前神经钙流入量的果蝇。钙条目出现电压门控性钙通道通过。温度敏感果蝇突变株、 cac(TS2)、 诱发刺激过程中,减少了大量的钙条目了。我们用这个突变审查期间内发展中国家的幼虫肌 6 NMJ 发展自我规管机制。兴奋性突触后电位的幅度降低了这两个 Ib,3 龄幼虫在 33 度 C 从 1 日龄阶段提出运动神经元。幼虫在 25 摄氏度和幼虫提出脉冲在从各种长度的时间显示减少突触效能为 3 龄为晚的第二届龄 33 摄氏度。结果表明神经终端不能充分生理补偿调节的突触传递期间减少了大量的诱发的钙条目的幼虫生活。Ib 的形态比较是长度与终端和静脉曲张的人数显著降低,在 cac(TS2),这也表明缺乏自我的能力。这些调查结果经过多年发展,是有关的因为在各种系统中的突触传递的许多赤字得到补偿或生理或结构,但不是在这种情况下对于减少钙条目在诱发传输过程。

直接支配的果蝇果蝇幼虫主动脉。

心率的果蝇幼虫调制而成各种生物胺和多肽。采取的行动具有一向被认为是由于对心脏的直接行动,因为幼虫的心不已知可支配。最近一项研究表明 5-羟色胺敏感性的幼虫的心差异时被烧蚀中枢神经系统,从而表明神经直接输入。在这里,我们显示绿色荧光蛋白标记运动神经元和神经末梢对心脏的主动脉区域都存在。运动神经元细胞体也存在于中枢神经系统之外。透射电子显微镜揭示了主动脉组织中的直接支配。因此,现在可以加以发展和监管的问题,在此模型中遗传解决心脏发育和神经网络控制。

诱发突触后电位的 Self-modeling 结构。

与突触结构和生理在神经肌肉接头 (NMJs) 的小龙虾和被释放在量子的数据包中的给定的发射器的简洁,化学突触传递的详细的评估中的基本过程是可能的。由于量子事件是传输的基本元素,我们考虑采取的办法,进一步了解量子反应的特点。在此研究中,我们介绍跨兴奋性突触后电位 (EPSPs) 的量子性质中合并的信息的方法。Self-modeling 回归,即作为 SEMOR 统计文献中调用该方法。此方法说明了不同的时机和高度的群峰可以具有四个系数测量的 x 和 y 的仿射 (shift 和规模) 转换所述轴。我们表现出这种关系使我们能够提供一个统一的架构在文献中,例如峰值振幅、 马头、 延迟、 曲线或衰减时间下的地区目前使用的许多泛函。研发中的计算机代码是可用在互联网上进行分析。

在基本神经科学与脑病的最新进展: 从突触的行为。

了解基本的神经元机制举行,希望今后治疗脑病。突触、 内存、 药物成瘾及疼痛第一届国际会议于 2006 年 8 月 21-23 日在多伦多,加拿大美丽市中心举行。与其他传统的会议,不同的是这次新的会议侧重于三个主要目标: (1) 以促进新的和切割边缘研究神经科学 ;(2) 鼓励国际信息交流和科学协作 ;及 (3) 若要为活动的科学家,讨论新的研究结果提供一个平台。达 64 名调查员提出了他们最近的发现,从基本的突触机制到人类的大脑疾病相关基因。这次会议是由分子疼痛,多伦多大学 (医学系、 生理学系以及疼痛研究的中心) 及部分赞助的。我们这次会议的目标是促进未来主动科学协作和提高人类的健康,通过基本的基本神经科学研究。神经细胞和脑病第二次国际会议将在多伦多 (8 月 29-31,2007 年) 举行。

波形和氧安非他明 (摇头丸) 对生理、 发展和果蝇的行为的影响。

在发展、 行为和生理的果蝇幼虫,段 chlorophenylalanine (波形) 和 3,4 亚甲二氧基安非 (MDMA,「 忘我 」) 的影响进行了调查。波形阻止 5-羟色胺 (5-HT) 的合成和摇头丸已知消耗 5-羟色胺在哺乳动物神经元 ;因此进行了这些研究,主要是为了针对 serotonergic 的系统。波形与摇头丸治疗延迟时间化蛹和羽化。发育的速率是唯一的果蝇研究生存分析的统计方法进行了调查。运动和饮食减少动物暴露于摇头丸或波形。对外部应用 5-羟色胺对诱发感官-中枢神经系统 (CNS) 的敏感性-电动机电路表明中枢神经系统对 5-羟色胺敏感,但减少的灵敏度时耗尽的 5-羟色胺的波形发生。饮食与摇头丸生产外源 5-羟色胺的中央电路上的增强的响应。吃摇头丸,从第一至三龄幼虫中枢神经系统 ; 内 5-羟色胺在没有减少但是,吃波形降低 5-羟色胺,以及多巴胺含量的高性能液相色谱法从幼虫的大脑来衡量。用作心 5-羟色胺曝光好 bioindex,它被用于在美联储波形和摇头丸的幼虫,但没有显著影响发生与外源 5-羟色胺。总之,这些药理作用的化合物的行动改变了幼虫的行为和发展。波形处理改为 5-羟色胺,暗示 5-羟色胺受体调节调制而成的 serotonergic 神经元的神经活动的中枢神经系统的敏感性。急性粒摇头丸暴露的行动建议 5-羟色胺激动剂行动或可能倾倒的 5-羟色胺的神经元。

诱发的量子事件的自动的分类。

我们提供突触传递数据的分析的理论与计算的改进。从理论上讲,我们表现出内诱发突触后电位 (EPSP) 观测值的相关结构符合从顺序 (2,2) 共同自回归滑动平均 (ARMA) 进程的多个随机绘制。我们使用这种观察和标准时间系列结果构造统计假设检验程序以确定是否给定的跟踪 EPSP。通过计算,我们在研发,免费软件统计语言,从而减少了所需的调查员,把痕迹划分为群峰或非群峰的时间量并消除了这种分类从调查员主体性实现此方法。此外,我们提供一种计算共同泛函群峰 (峰值振幅、 衰减率等) 的计算方法。方法是通过互联网免费提供。自动化的过程,要编制索引的量子特性大大有助于确定如果任何一个或多个参数由于实验条件变化。在我们的经验,该软件可减少需执行这些分析从几小时到几分钟的时间。

Ca2 + 调节的不同影响突触传递的机制: 小龙虾和果蝇神经肌肉接头之间的比较。

经动力学和短期便利化的突触传递的历史背景简介介绍了。此研究为重点的机制负责调节细胞内钙离子浓度 (在高输出端子的幼虫果蝇相比小龙虾神经肌肉接头 (NMJ) 低输出终端 [Ca(2+)](i))。三个进程 ;plasmalemmal Na(+)/Ca(2+) 换热器 [NCX]、 Ca(2+) ATPase (PMCA),与内肌浆网/质 Ca(2+) ATPase (SERCA) 是重要的调节 [Ca(2+)](i) 进行审查。NCX 就受到时减少 [Na(+)](o),没有一致的效果发生 ;但 NCX KB R7943 阻滞剂减少兴奋性突触后潜在 (EPSP) 振幅。损害与 pH 8.8 PMCA 导致的 EPSP 振幅增加但 PMCA 特异性抑制剂 carboxyeosin 治疗产生相反的结果。Thapsigargin 风险敞口一般阻止 SERCA 降低 EPSP 振幅。损害活性的调控蛋白的上述经了短期抑郁没有实质性影响。(与功能失调 SERCA),包括第一次在火车内的 EPSP EPSP 振幅下降 Kum(170TS) 应变。突触传递通过减少以上三种功能改变 [Ca(2+)](i) 监管机构 ;但他们不一致不同物种之间像预期的那样。小龙虾 NMJ 结果与预期结果与果蝇 NMJ 相比更为一致。它的前提是不同的机制用于调节 [在高和低输出突触端子的 Ca(2+)](i)。

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