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सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

1, 1, 2, 1

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

 

Video Article Chapters

Cite this Article: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

Robinson, M. M., Martin, J. M., Atwood, H. L., Cooper, R. L. Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises. J. Vis. Exp. (47), e2325, doi:10.3791/2325 (2011).

Abstract: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

यह कैसे बिजली के मॉडल के लिए जैविक झिल्लियों विशेषताएँ इस्तेमाल किया जा सकता है की एक प्रदर्शन है. यह व्यायाम भी biophysical इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में इस्तेमाल किया शब्दावली का परिचय है. एक ही उपकरण झिल्ली मॉडल में जीने की तैयारी पर के रूप में प्रयोग किया जाता है. तंत्रिका कार्रवाई क्षमता, न्यूरॉन्स की भर्ती, और तंत्रिका की हड्डी के पर्यावरणीय कारकों के लिए जवाबदेही: एक पृथक तंत्रिका की हड्डी के कुछ गुण की जांच कर रहे हैं.

Discussion: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

ऑन लाइन वीडियो प्रस्तुति और इस पत्र में हमारा लक्ष्य को दिखाना है कि कोशिकाओं के biophysical गुणों, भाग में, बिजली के सर्किट के रूप में कर सकते हैं modeled किया जा रहा है. इसके अलावा, जीवित तंत्रिका ऊतक है कि अपेक्षाकृत आसानी से प्राप्त किया जाता है के साथ, प्रवाहकत्त्व वेग, दुर्दम्य अवधि और electrophysiological रिकॉर्डिंग तकनीकों के मौलिक सिद्धांतों के उपकरणों के मामूली निवेश के साथ स्नातक छात्र प्रयोगशालाओं के लिए संभव हो रहे हैं. विषयों और मौलिक प्रस्तुत मानदंड विभिन्न पाठ्यक्रमों की आवश्यकताओं के लिए आसानी से संशोधित किया जा सकता है.

क्रेफ़िश और उनके बहुतायत के रखरखाव छात्र संचालित प्रयोग के लिए उन्हें आकर्षक मॉडल बनाता है. Crustacean वेंट्रल तंत्रिका डोरियों आम तौर पर मजबूत कर रहे हैं और घंटे के लिए एक न्यूनतम खारा है, जो एक 3 घंटे छात्र प्रयोगशाला के लिए पर्याप्त है शारीरिक अखंडता बनाए रखने.

यह देखते हुए कि क्रेफ़िश के VNC में बड़े axons की कुछ अंतराल जंक्शनों, उनके योगदान पर अतिरिक्त प्रयोग किया जा सकता है, और विभिन्न गुणों की तुलना में प्रदर्शन किया जा सकता है मानक मेंढक sciatic तंत्रिका तैयारी में पाया के माध्यम से जुड़े हुए हैं. sciatic तंत्रिका यौगिक कार्रवाई क्षमता और प्रवाहकत्त्व गुणों को संबोधित करने के लिए एक क्लासिक मॉडल है. यह भी छात्रों के लिए एक रोचक तुलनात्मक प्रयोग प्रवाहकत्त्व गुणों की तुलना, अक्षतंतु भर्ती है, और इन दोनों की तैयारी के बीच दुर्दम्य अवधि के हो सकता है.

Disclosures: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgements: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

इन प्रयोगों से संशोधित किया गया है कि एक पाठ्यक्रम में इस्तेमाल किया गया है एक प्रयोगशाला पुस्तिका, जूलॉजी, टोरंटो विश्वविद्यालय के विभाग में डा. HL Atwood द्वारा करवाया. अभ्यास भी इस्तेमाल किया गया और एक मैनुअल है कि "6 वें बुनियादी तंत्रिका विज्ञान पर गहन IBRO कार्यशाला" के लिए उत्पादन किया गया था और 1993 (कूपर एट अल., 1993) में कोरिया विश्वविद्यालय, सियोल, दक्षिण कोरिया में आयोजित से संशोधित. वर्तमान संशोधनों आम उपकरण का उपयोग करने के लिए विभिन्न विश्वविद्यालयों में दिन छात्र निर्देशित प्रयोगशालाओं वर्तमान के लिए आवश्यक थे. केंटकी के विश्वविद्यालय, जीव विज्ञान विभाग, कला और विज्ञान के स्नातक अध्ययन और कॉलेज के कार्यालय द्वारा समर्थित है.

Materials: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

Circuit board
  1. Electronics listed below for the breadboard experiments can be obtained at an local electronics store such as Radio Shack.
  2. Bread board, resistors, capacitors, batteries and wires that can serve as junctions for the breadboard as outlined in the experiments.
  3. A common voltmeter (Wavetek Meterman voltmeter)
  4. A/D board for on line recording to a computer. Electrical signals are recorded on line to a PowerLab/4s interface (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA). We use standard software from ADInstruments named Chart or Scope.

Physiology experiments
  1. Crayfish (Procambarus clarkii). Atchafalaya Biological Supply Co., Raceland, LA., USA.
  2. Standard crayfish saline: Modified from Van Harreveld's solution (1936). (in mM) 205 NaCl; 5.3 KCl; 13.5 CaCl22H2O; 2.45 MgCl26H2O; 5 HEPES and adjusted to pH 7.4. All saline chemicals were obtained from Sigma chemical company (St. Louis, MO).
  3. Dissection tools: Fine #5 tweezers, fine scissors, knife blade holder, #26002-20 insect pins (all obtained from Fine Science Tools (USA), Inc., 373-G Vintage Park Drive, Foster City, CA 94404-1139)
  4. A nerve chamber dish (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA) to hold the nerve. The wires that come with the nerve chamber dish can be used to stimulate the nerve.
  5. A suction electrode is used to record the signals.
  6. The manipulator or a clamp on a ring stand will also serve as a holder for the suction electrode.
  7. Faraday Cage
  8. Dissecting Microscope
  9. High Intensity Illuminator (light source)
  10. Microscope Platform
  11. AC/DC Differential Amplifier (A-M Systems Inc. Model 3000)
  12. PowerLab 26T (AD Instruments)
  13. Extracellular amplifier (AD Instruments)
  14. LabChart 7 (ADI Instruments)
  15. Dissecting tools
  16. A ring stand and clamp to serve as a holder for the recording suction electrode

References: सर्किट बोर्डों के साथ जैविक झिल्ली मॉडलिंग और axons में इलेक्ट्रिकल सिग्नल माप: छात्र प्रयोगशाला व्यायाम

  1. Bennett, M. V. L., Barrio, L. C., Bargiello, T. A., Spray, D. C., Hertzberg, E. and Sdez, J. C. Gap junctions: new tools, new answers, new questions. Neuron. 6: 305-320 (1991).
  2. Bernardini, G., Peracchia, C., and Peracchia, L.L. Reversible effects of heptanol on gap junction structure and cell-to-cell electrical coupling. European Journal of Cell Biology. 34(2):307-312 (1984).
  3. Cooper, R.L., Chang, J.J., and Ito, M. A report on the, "SIXTH INTENSIVE IBRO WORKSHOP ON BASIC NEUROSCIENCE", held in July 1993, Seoul, South Korea. Abstracts, Society for Neuroscience 19:116.3 (1993)
  4. Cragg, B.G. and Thomas, P.K. The relationship between conduction velocity and the diameter and internodal length of peripheral nerve fibers. Journal of Physiology. 136: 606-614 (1957).
  5. Erlanger, J. Gasser, H.S. and Bishop, G.H. The compound nature of the action current of nerves as disclosed by the cathode ray oscillograph. American Journal of Physiology 70: 624-666 (1924).
  6. Furshpan, E. J. and Potter, D. D. Transmission at the giant motor synapses of the crayfish. Journal of Physiology. 145(2): 289-325 (1959).
  7. Johnston, M. F., Simon, S.A., and Ramrn, F. Interaction of anesthetics with electrical synapses. Nature (Lond.). 286:498-500 (1980).
  8. Loewenstein, W. R. Permeability of membrane junctions. Annual NY Academy of Sciences 137: 441-472 (1966).
  9. Meda, P., Bruzzone, R., Knodel, S. and Orci, L. Blockage of cell-to-cell communication within pancreatic acini is associated with increased basal release of amylase. Journal of Cell Biology. 103(2):475-483 (1986).
  10. Peracchia, C. Increase in gap junction resistance with acidification in crayfish septate axons is closely related to changes in intracellular calcium but not hydrogen ion concentration Journal of Membrane Biology. 113 (1): 75-92 (1990).
  11. Peracchia, C. and Dulhunty, A. F. Low resistance junctions in crayfish: structural changes with functional uncoupling. Journal of Cell Biology. 70: 419-439 (1976).
  12. Peracchia, C., Bernardini, G., and Peracchia, L. L. Is calmodulin involved in the regulation of gap junction permeability? Pfügers Arch 399: 152-154 (1983).
  13. Peracchia, C., Lazrak, A. and Peracchia. L. L. Molecular models of channel interaction and gating in gap junctions. In Handbook of Membrane Channels. Molecular and Cellular Physiology. C. Peracchia, editor. Academic Press, San Diego. 361-377 (1994).
  14. Spray, D. C., Harris, A. L. and Bennett, M. V. L. Gap junctional conductance is a simple and sensitive function of intracellular pH. Sciences NY 211: 712-715 (1981).
  15. Spray, D.C., Harris, L.L. and Bennett, M.V.L. Comparison of pH and Ca dependence of gap junctional conductance. In Intracellular pH: Its Measurement, Regulation, and Utilization in Cellular Functions, R. Nuccitelli and D. Deamer, eds., pp. 445-461, Alan R. Liss, New York. pp. 445-461 (1982).
  16. Spray, D.C., White, R., De Carvalho, C., Harris, A.L. and Bennett, M.L.V. Gating of gap junction channels. Journal of Biophysics 45: 219-230 (1984).
  17. Watanabe, A., and Grundfest, H. Impulse propagation at the septal and commissural junctions of crayfish lateral giant axons. Journal of General Physiology 45: 267-308 (1961).
  18. Wiersma, C.A.G and Hughes, G.M. On the functional anatomy of neuronal units in the abdominal cord of the crayfish, Procambarus clarkii. Journal of Comparative Neurology 116: 209-228 (1961).

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