我们描述了一种从神经、肌肉及已鉴定的单个神经元进行细胞外记录和刺激的技术 体外 在摄食装置中诱发并观察不同类型的摄食行为 Aplysia.
方法文章
我们描述了一种从神经、肌肉及已鉴定的单个神经元进行细胞外记录和刺激的技术 体外 在摄食装置中诱发并观察不同类型的摄食行为 Aplysia.
多功能性,指单一外周结构产生多种不同行为的能力1,使动物能够快速适应变化的环境。海洋软体动物 Aplysia californica 为研究多功能性提供了一个易于操作的系统。在摄食过程中, Aplysia 利用同一摄食器官——口球,产生多种截然不同的行为。控制这些行为的神经节包含多个体积较大且已被鉴定的神经元,可进行电生理学研究。这些神经元的活动表现为两类运动程序,根据控制食物抓握器关闭的神经活动与控制抓握器伸出或缩回的神经活动之间的时序关系,可将运动程序分为摄食性和排飞性两类。2然而,在离体神经节中,能够产生这些行为的肌肉运动并不存在,因此更难确定所观察到的运动程序是否真实行为的对应表现。 体内,已获得与摄食程序相对应的神经和肌肉记录2,3,4,但直接记录单个神经元的活动非常困难5此外, 体内,摄食程序可进一步分为咬合和吞咽1,2,这一区别在以往大多数已描述的方法中均难以实现 体外 制备物
悬置的口器团块制备(图1)填补了离体神经节与完整动物之间的空白。在此制备中,摄食行为(包括咬合和吞咽)以及排食行为(排斥)均可被诱发,同时可使用细胞外电极对单个神经元进行记录和刺激6。与这些不同行为相关的摄食运动可以被记录、量化,并直接与运动程序相关联。在悬置的口器团块制备中,所观察到的运动程序似乎比在离体神经节中诱发的运动程序更接近于in vivo状态下观察到的程序。因此,该制备中的运动程序可更直接地与in vivo行为相对应;同时,单个神经元相较于完整动物更易于进行记录和刺激。此外,作为离体神经节与完整动物之间的中间步骤,来自悬置口器团块的研究结果有助于解释在更简化或更完整条件下所获得的数据。悬置的口器团块制备是研究Aplysia中神经对多功能性控制的一个有效工具。
1. 溶液的配制
2. 记录培养皿的制备
3. 电极制备
4. 动物解剖与口器团制备
5. 钩状电极的安装
6. 神经节的定位与鞘膜的减薄
7. 刺激与记录
目前在美国,无脊椎动物不需要经过机构动物使用与护理委员会的正式批准。然而,我们已确保对 Aplysia 的所有操作均将对动物造成的伤害和痛苦降至最低,并且所有解剖操作均在动物完全麻醉状态下进行。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
当细胞外电极置于神经元胞体上方并用于刺激该神经元时,可在胞体记录通道与该神经元投射所支配的神经上观察到一一对应的放电关系(图6,左图,对已鉴定神经元B9的刺激)。在施加电流时(图中时间点1),胞体通道(顶部通道)被设置为刺激模式,随后迅速切换至记录模式(时间点2)。通过保持电极位置不变,可在运动程序期间持续记录该神经元的活动(图6,右图),同时记录I2肌肉、齿舌神经以及左右两侧的口前神经2和3的活动。
图7展示了通过向脑神经节施加卡巴胆碱并在此期间将海藻条放入齿舌颚中以诱导卡巴胆碱引发的摄食行为后,记录到的一系列吞咽模式的视频图像。在7A中,齿舌外伸以夹住海藻;在7B中,齿舌回缩,将海藻拉入口中。视频与电生理记录可直接相互同步;图7中的静态图像对应于图6右侧面板中标注的时间点A和B。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
以往的研究已对完整动物以及简化制备标本(如离体神经节)中的Aplysia运动程序进行了表征。在完整动物中,尽管已获得单个神经元的记录5,但此类实验极为困难,且在摄食过程中无法将电极从一个神经元移动到另一个神经元。在离体神经节中,则无法观察由神经活动引发的摄食运动。悬浮的口球囊制备标本填补了这两种极端情况之间的空白。
在之前的研究中曾使用过其他半离体 preparations,但悬浮的口球 preparation 具有显著优势。在一种半离体 preparation 中,唇部和口球仍保持连接,但该 preparation 结构过于简化,无法观察完整的摄食运动14。一种摄食头部 preparation15,16 可实现体外(in vitro)观察摄食运动。然而,与本文所述的悬浮口球 preparation 相比,该摄食头部 preparation 的制备更为复杂,且仅能接触脑神经节中的单个神经元,而无法接触口神经节中的神经元。摄食头部 preparation 的优势在于,其保留了唇部和前...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本研究由美国国立卫生研究院(NIH)基金项目 NS047073 和美国国家科学基金会(NSF)基金项目 DMS1010434 资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 氯化钠 | Fisher Scientific | S671 | 生物级,认证 |
| 氯化钾 | Fisher Scientific | P217 | ACS认证 |
| 六水合氯化镁 | Acros Organics | 19753 | 99% |
| 七水合硫酸镁 | Fisher Scientific | M63 | ACS认证 |
| 二水合氯化钙 | Fisher Scientific | C79 | ACS认证 |
| 葡萄糖(右旋糖) | Sigma-Aldrich | G7528 | BioXtra |
| MOPS缓冲液 | Acros Organics | 17263 | 99% |
| 卡巴胆碱 | Acros Organics | 10824 | 99% |
| 氢氧化钠 | Fisher Scientific | SS255 | 认证级 |
| 盐酸 | Fisher Scientific | SA49 | 认证级 |
| 单通道毛细玻璃管 | A-M Systems | 6150 | |
| Flaming-Brown 微电极拉制仪 P-80/PC 型号 | Sutter Instruments | 使用灯丝:FT345B | |
| 漆包不锈钢丝 | California Fine Wire | 0.001D,h型涂层 | |
| 家用 Silicone II 胶水 | GE | ||
| Duro Quick-Gel 瞬干胶 | Henkel corp. | ||
| A-M Systems 1700 型放大器 | A-M Systems | 滤波设置:300-500 Hz 神经,10-500 Hz I2 肌肉 | |
| Pulsemaster 多通道刺激器 | World Precision Instruments | A300 | |
| 刺激隔离器 | World Precision Instruments | A360 | |
| AxoGraph X | AxoGraph Scientific | ||
| Veeder-Root 累计计数器 | Danaher | C342-0562 | |
| 金质连接插针 | Bulgin | SA3148/1 | |
| 金质连接插座 | Bulgin | SA3149/1 | |
| Sylgard 184 硅橡胶弹性体 | Dow Corning | ||
| 100 x 50 mm 结晶皿 | Pyrex | ||
| 高真空润滑脂 | Dow Corning | ||
| 移液器吸头 | Fisher Scientific | 21-375D | |
| 显微固定针 | Fine Science Tools | 26002-10 | |
| 模型黏土 | Sargent Art | 22-4400 | |
| 丝线缝合线 | Ethicon | K89OH | |
| Whisper 气泵 | Tetra | 77849 | |
| 水族管路 | Eheim | 7783 | 12/16 mm |
| Elite 气石 | Hagen | A962 | |
| Vannas 弹簧剪 | Fine Science Tools | 15000-08 | |
| Dumont #5 精细镊子 | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| Yaki 寿司海苔 | Rhee Bros | ||
| Kimwipes 纸巾 | Kimberly-Clark | 34155 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可