The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Department of Biology, University of Kentucky
Leksrisawat, B., Cooper, A. S., Gilberts, A. B., Cooper, R. L. Muscle Receptor Organs in the Crayfish Abdomen: A Student Laboratory Exercise in Proprioception . J. Vis. Exp. (45), e2323, doi:10.3791/2323 (2010).
この実験の主な目的は、動物のための固有感覚情報として関節の動きと位置の情報を伝える一次感覚ニューロンを示すことです。この実験の追加の目的は、解剖顕微鏡下で染色、解剖と神経細胞と感覚の構造の観察により、準備の解剖学を学ぶことです。これは、共同体の器官や染色技術から電気的活動を記録するための基本的な神経生理学的機器を使用して実行されます。ザリガニの筋肉の受容体の器官（MRO）のシステムは、電気生理学的記録のためのより容易にアクセス可能な比較モデルとしてのを助ける哺乳類の錘内筋紡錘、に似ています。さらに、これらは準備の間で識別可能な感覚ニューロンである。準備は、学生の実験演習のための従順である時間のための最小限の生理食塩水で実行可能です。 MROは、システムで変更することができますゲインとともに動きと静止位置の動的な信号の調節作用との統合のサイトに興味深い質問を促す神経調節の影響を受けやすくなります。
1）はじめに
Proprioceptorsは関節の位置、方向、速度、および筋肉のストレッチを検出するニューロンです。 proprioceptorsが本体内ではなく、外の世界からinteroceptorsと感覚刺激であるため、固有感覚は、独特の感覚モダリティです。
脊椎動物のシステムでは、それは共同と緊張の受容体の多くは総固有感覚情報を検出するために必要ではないことが表示されます。筋線維上annulospiralとflowerspray（感覚神経終末）受容体は固有感覚（バージェスら見直し、1982用）に必要な2つの重要な受容体のグループであることがアブレーションだけでなく、振動と麻酔薬の研究によって示されている。しかし、それは動きの微調整に使用されるような関節のような他の受容体、、で収集された冗長な情報があることは注目に値する。脊椎動物のような節足動物では、関節でつながった腕を持っている。したがって、脊椎動物で説明proprioceptorsは節足動物の手足と関節での対応を持っていることは驚くべきことではない。
カニの振動や音響に反応する臓器の解剖学的配置は、機能に応じて個々のニューロンの分析を行うことができます。さらに、発達質問は、動物の成長に合わせて対処または動物の四肢（クーパーとGovind、1991;ハートマンとクーパー、1993）を再生成するときにすることができます。カニのいくつかの共同振動や音響に反応する臓器は、一次感覚ニューロンの数百（クーパー、2008）が含まれており、これらのニューロンは、関節の動きと位置の範囲の分画の側面を監視します。関節の動きと位置を監視するの少ない複雑な固有受容システムは、ザリガニの腹部の筋肉の受容体の器官（MROs）（;マッカーシーとマクミラン、1995エッカート、1961a、b）である。ザリガニの腹部のMROsの機械受容には段階的受容体の潜在的に、筋肉に埋め込まれた感覚終末のストレッチ刺激を、形質導入。電位がしきい値を超えると、活動電位は軸索のベースになります。これは、神経生物学における"スパイク発生の部位"として定義されていると知られているものです。このシステムでは細胞体には、監視対象の筋肉に近い同格に存在します。ストレッチ受容体の異なる2つのタイプがこの感覚システム内に存在している：ゆっくり、適応と急速に適応受容体。活動はメカニカルストレッチの強さに依存しています。ザリガニのMROシステムは、哺乳動物における錘内筋紡錘に類似しており、筋肉はまた、哺乳動物における錘内筋のために知られているように筋肉の緊張した性質を維持するために遠心性に制御することができます。
哺乳類の筋紡錘感覚ニューロンが原因感覚終末の小さい性質の電気生理学的に調査するために挑戦しています。それは彼らの末梢終末に後根神経節に細胞体の位置を追跡することも困難です。比較では、ザリガニのMROのニューロンは、長期的な録音のための細胞外および細胞内電極のために容易にアクセス可能です。 MRO感覚ニューロンの細胞体（直径50〜100μmの）相対的に大きいです。 。Edwardsら、1981;。エルクスレーベン、1989感覚ニューロンは、また、神経細胞の機能におけるチャネル、感覚ニューロンのイオンの流れ、チャネルの分布、および密度（Brown ら 、1978を"ストレッチがアクティブに"どのように対処する上でモデルを務めている。ハントら、1978;。PuraliとRydqvist、1992; RydqvistとPurali、1991; RydqvistとSwerup、1991; Cooper ら、2003）。。 1つのセグメント内のMROからの感覚入力の統合は、他の隣接するセグメントを（エッカート、1961a、b）に影響を与えることができます。からの感覚入力の調節には、いくつかの報告があるMRO（パーストルとマクミラン、1990;。Cooperら 、2003）。神経回路の変調は、基礎科学の将来の調査のための豊かな地域であり、この準備は、脊椎動物の脊髄に潜在的に、将来のアプリケーションのための哺乳類の基盤として機能することができます（ロシニョールら、2001、2002;。Donnelan、2009）
1.1）学習の成果
この室内実験では、一つはザリガニの腹部を解剖し、MROの関連する解剖学、生理学を学ぶことができます。一つは、細胞外記録と神経活動を監視するために、共通の電気機器を使用する方法を学習します。一つは、グラフおよび提供の感覚刺激に基づいて得られたデータを解釈します。感覚刺激が静的な位置だけでなく、監視対象のセグメントのダイナミックな動きの範囲になります。一つは、この感覚システムとその意義における固有感覚の概念に対処します。感覚適応は、一連の実験で観察される。重要性だけでなく、感覚的適応の背後にある潜在的なメカニズムは、学生が解決される予定です。
2）方法
2.1）材料
2.2）のセットアップ
図1：機器のセットアップ
2.3）解剖
注：
各腹節には、右と左hemisegments上で急速にゆっくりと、適応MROsの2つのセットを持っています。関連付けられている神経の束は、キューティクルの隣に横方向のエッジに沿って実行する。これは、1つから録音されることを神経の束である。一つは、彼らはDEL1、2筋（付録の図1と2）の下に配置されているためMROsを表示することができなくなります。図8は、腹部を分離するために行われる解剖の概要を説明します。
図8：腹部を分離する一般的な解剖の概要。 、B、およびCは、ザリガニの解剖の一連のステップです。
3）結果
3.1）の記録
ストレッチをストレッチし、維持しながら、ゆっくりと急速に適応MROsから得られた一般化された応答は、図9に示されている。その軸索は同じ神経束に含まれているとしてこの演習では、1つは一緒に両方MROsから録音されます。
図9：ザリガニは、MROの神経細胞の2種類があります。高速モータの軸索、および遅いモータ軸索によって支配されている強壮剤によって支配されている相の、。 （a）はトニックの受容体が刺激されると、徐々に刺激に適応し、活動電位の安定した発火パターンを続けています。 （B）相の受容体が刺激されると、急速に刺激に適応し、唯一の活動電位の短いパターンを発生させます。
運動感覚神経を含む全体の神経が（図10）から記録されます。しかし1は、モータ駆動が動物の腹側神経索から切断されているとして感覚ニューロンを検出します。
図10：記録電極に吸い取られる神経の束。 （A）自由神経は解剖腹部に浮かん示されています。 （B）神経束と神経によるプラスチック吸引電極の近くに概説します。 （C）分節神経が青色に記載されている吸引電極、に取り込まれます。
一つは、今MROsから電気的応答を記録する準備ができています。
チャート1：
| 角度（°） | ＃3秒1秒後の活動電位の | ＃10秒後に1秒の活動電位の |
| 180 °（フラット） | ||
| 45 ° | ||
| 90 ° | ||
これらの実験を行いながら、考えるための質問は以下のとおりです。ジョイントの拡張と屈曲の動きにパターンと一貫性のある応答はありますか？応答のどのような種類は、さまざまな固定位置に尾節を固定または保持することによって誘発される？繰り返すと、その応答は一致している？
観察された応答の種類を慎重にノートを作る。あなたがあなたの観察に満足された後、データファイルを保存することにより、この活動の恒久的な記録を作る。一度セグメント3で行った観測に満足し、活動を観察するためにセグメントを4または5でまたはセグメント3の反対側の神経からさらにレコーディングに移ります。
一つは、神経修飾物質（オクトパミン、セロトニン、及びproctolin）または他の化合物または生理食塩水のイオン性質に変化した組成が定義されている生理食塩水で得られたものから様々な応答を生成するかどうかを判断したい場合があります。
3.2）メチレンブルーで染色
一つは、染色技術でMROsを表示するには（付録を参照）筋肉を解剖することができます。準備を取るとザリガニの生理食塩水を注ぐ。静かに準備して数分のためのスワール皿をにメチレンブルー溶液の約5 MLSを置きます。その後、廃棄物容器に過剰メチレンブルーを注ぐと準備の上に新鮮な生理食塩水を注ぐ。今MROsを表示するには、筋肉を解剖開始するために顕微鏡下で皿を置きます。筋肉の下にはさみの一部を配置して、筋肉に沿って切断したとして引き上げて、肋骨（正中矢状の外側）に沿ってセグメントをカット。一度DEL 1と2の筋肉が筋肉のバック剥離してカットされ、筋肉の薄い層（SEM）を観察する必要があります。 MROsは、らせんの筋肉（図11）に平行に横たわっている最後の二つの内側繊維である。
"ALT ="図11"/>
図11：腹部セグメントの概略は、筋肉群を示す（）とメチレンブルー（B）で染色した準備が無傷の準備のための筋群の輪郭を描くのに役立ちます。の概説領域は拡大図とBに示されています。回路図の下半分に示すようにAに示すようにBで、DEL1、2筋群が離れてカットされていません
学生の演習用のものは学生が次の質問に答えることを望む可能性があります。
関連するムービーとテキストで提供される詳細情報は十分にその場でザリガニのMROの活動を記録するために重要なステップを提供している。私たちの報告書の一つの目標は、感覚生理学の基本概念を教えるための調査研究室を実行する学生で、この準備のための可能性の意識を高めることです。最小限の生理食塩水を浴びている間の準備は実行可能性に非常に堅牢です。
MROの筋肉のモータ制御は、識別が伝送における規制とシナプス可塑性の潜在的なだけでなく、興奮性と抑制性ニューロンの伝送の有効性は、調査のための空地のままされています（Elekesとフローリー、1987A、B、フローリーとフローリー、1955カフラー、1954年、カフラーとEyzaguirre、1955）。
この製剤は、優れた一次調査だけでなく、デモンストレーションではMROの生物学を理解するために動物内での実験条件の数だけでなく、運動の自然な範囲を調査するために使用することができます。 Edwards ら、1981;。Purali、1997; RydqvistとPurali、1991; Rydqvistこれらの感覚ニューロンの生物物理学的特性は、部分的に維持刺激（Brownら、1978と神経活動の適応の彼らの自然の中で解決されていますとSwerup、1991）。しかし、これらの感覚受容器とそれに関連する筋線維（Cooper ら、2003;パーストルとマクミラン、1990）上でわずか数レポートのアドレス神経調節。レポートは、体液中に存在することが知られている多くの化合物のほんの一部を扱う。変調器の多くの変調器とカクテルは、MROの複合体（筋肉や神経細胞）で検査されずに残っている。パーストルとマクミラン（1990）は、様々な甲殻類の種間MROsの活動に神経修飾物質5 - HTとオクトパミンを検討し、種の違いがあることを指摘しました。彼らは詳細にこれらの神経修飾物質の長期的な影響もMROの異なる静的な位置での活動への影響を調べていませんでした。
。ラビンら、2009;。マリノら準備のこのタイプの運動単位のabnormities（パテルら 、2009と人間のためのリハビリテーションと疾患管理において重要である神経処理の知覚と制御の基礎を理解するのに役立ちます。、2010）。アクセス可能な無脊椎動物の調製品で関節の動きを監視するための入力と発火パターンの様々な種類のロボット/プロテーゼ（マクミランとPatullo、2001）で使用することができます。いくつかの方法で有益であることができるこの準備のための答えを待っている多くの疑問が残っています。
利害の衝突は宣言されません。
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