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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aquí describimos la disección del cordón nervioso abdominal del cangrejo de río. También demostramos una técnica electrofisiológica para registrar la locomoción ficticia de las neuronas motoras de Swimmeret.
Aquí se demuestra la disección del nervio espinal cangrejos abdominal. La preparación comprende los dos últimos ganglios torácicos (T4, T5) y la cadena de ganglios abdominal (A1 a A6). Esta cadena de ganglios incluye la parte del sistema nervioso central (CNS) que impulsa la locomoción coordinada de los pleópodos (swimmerets): el sistema swimmeret. Se sabe desde hace más de cinco décadas que en los cangrejos cada swimmeret es impulsada por su propio núcleo generadores de patrones independiente que genera la actividad rítmica alternancia 1-3. Las neuronas motoras que inervan la musculatura de cada swimmeret comprender dos anatómica y funcionalmente distintas poblaciones 4. Uno de ellos es responsable de la retracción (carrera de potencia, PS) de la swimmeret. El otro impulsa la prolongación (carrera de retorno, RS) de la swimmeret. Las neuronas motoras del sistema swimmeret son capaces de producir espontáneamente un patrón motor ficticio, que es idéntico al patrón grabado en vivo 1.
El objetivo de este informe es dar a conocer una interesante y conveniente sistema modelo para el estudio de las redes y la coordinación de los microcircuitos independientes para prácticas de laboratorio de los estudiantes de generación de ritmo. El protocolo previsto incluye paso a paso las instrucciones para la disección del cordón nervioso abdominal del cangrejo de río, el fijar de la cadena de aislados de ganglios, desheathing los ganglios y registrando el patrón motor ficticio swimmerets extracelular del sistema nervioso aislado.
Además, podemos controlar la actividad de las neuronas swimmeret registrados intracelularmente a partir de las dendritas. Aquí también se describe brevemente estas técnicas y proporcionamos algunos ejemplos. Además, la morfología de las neuronas swimmeret se puede evaluar usando varias técnicas de tinción. Aquí proporcionamos ejemplos de intracelular (por iontoforesis) tinte lleno neuronas y rellenos de grupos de neuronas motoras swimmeret. En nuestro laboratorioutilizamos esta preparación para estudiar las funciones básicas de locomoción ficticia, el efecto de la retroalimentación sensorial sobre la actividad del SNC, y la coordinación entre los microcircuitos en un nivel celular.
Los swimmerets de cangrejos de río tienen una función en el control de la postura y la golpeaban rítmicamente cuando los animales nadan hacia adelante, ventilar sus madrigueras o hembras airean sus huevos 5, 6. Los swimmerets del cangrejo señal, Pacifastacus leniusculus, ocurren en pares de la segunda a la quinta segmento abdominal, con una extremidad a cada lado del abdomen 7. El sistema nervioso central produce en su propia el golpeteo rítmico motor que impulsa el movimiento swimmeret en el animal intacto, así como en la preparación cordón nervioso aislado. Cuando no hay retroalimentación sensorial o de entrada presente descendente el patrón motor rítmico producido se llama la locomoción ficticia 1, 2. En el sistema swimmeret este patrón motor no difiere en cualquier parámetro de la actividad de los swimmerets medidos en el animal intacto.
El movimiento de cada swimmeret es accionado por un microcircuito que se encuentra en y limitado a un corresponding hemiganglion 1 -. 3 En cada microcircuito hay un kernel generadores de patrones que se compone de cinco interneuronas no enriquecidas identificados. Pueden caracterizarse funcionalmente como siendo Inhibidor de Power Stroke (IPS) o inhibidor de la carrera de retorno (IRS) 8. Estos IPS y interneuronas IRS no son osciladores endógenos, en lugar de su actividad alterna es impulsado por la inhibición recíproca 9. Debido a que estas interneuronas inhiben directamente las neuronas motoras swimmeret, la alternancia PS-RS movimiento se genera 10. Locomotion sin embargo, no sólo requiere la generación de actividad, sino también la coordinación de los diferentes microcircuitos independientes. En el sistema swimmeret dicha coordinación es establecida por el microcircuito de coordinación que asegura que las extremidades son activos en tiempos correctos. Este microcircuito es construido por tres neuronas identificadas en cada segmento de 11 a 15.
Este protocolo prevé ªe primera vez una guía disección paso a paso para aislar la cadena de ganglios (T4 a A6, Figura 1). Mostramos cómo la clavija del cable aislado nervio abdominal y desheathe cada ganglio. En este aislado de preparación del sistema nervioso, las neuronas responsables del movimiento swimmeret están listos para su uso en experimentos electrofisiológicos y morfológicos. La segunda parte de este protocolo demuestra las principales características del patrón motor swimmeret. Esto incluye una guía paso a paso para grabar extracelularmente la actividad de las neuronas motoras swimmeret. Los axones de las neuronas motoras RS proyectan a través de la rama anterior del nervio N1, mientras que los axones de las neuronas motoras PS proyectan a través de la rama posterior del mismo nervio (Figura 1) 4. Por lo tanto su actividad se puede grabar a partir de estas ramas con electrodos diferenciales pines.

Figura 1: Aislado sistema nervioso de ganglio torácico 4 (T4) para ganglio abdominal 6 (A6) y un diagrama esquemático de que T4:. Ganglio torácico 4; T5: ganglio torácico 5; A1, A2 ... A6 ganglio abdominal 1, el ganglio abdominal 2 ... ganglio abdominal 6; N1: nervios N1; N2: nervio N2; N3: nervio N3; PS: el poder de carrera; RS: vuelta de carrera. Abreviaturas direccionales: A = anterior; P = posterior.
Este procedimiento de disección y la técnica electrofisiológica demostrado son convenientes para los estudiantes de pregrado y pueden complementar los cursos prácticos de los estudiantes en la fisiología. La cadena aislado de los ganglios se ha utilizado en una serie de experimentos para estudiar la función del sistema nervioso, la coordinación, o modulación de microcircuitos swimmeret 6 así como el control neuronal de la conducta adaptativa en la locomoción 16, 17. Así, el sistema swimmeret cangrejo de río proporciona una cantidad enorme de la enseñanza interesante o tllover las oportunidades que todos comienzan con la disección del cordón nervioso ventral de cangrejos de río y registro extracelular del patrón motor ficticio.
Este procedimiento de disección está de acuerdo con las Comunidades Europeas Directiva del Consejo de 22 de septiembre de 2010 (2010/63 / UE).
1. Preparación
(1) gran cubo lleno de hielo; (2) solución salina cangrejos; (3) dispensador de solución salina; (4) microscopio de disección; (5) plato de disección; (6) tijeras fuertes; (7) pinzas (8) tijeras de primavera; (9) caja de Petri llena de Sylgard claro; (10) pernos de fijación; (11) fuente de la lámpara fría. 2. Bruto Disección 3. fina disección 4. Fijación del cordón nervioso en la placa de Petri NOTA: Utilice pequeños pasadores cortados de alambre de acero inoxidable (ver suplementos) para fijar el cordón nervioso. Toque sólo la terminación nerviosa con las pinzas y no hacer squeeze las conectivas o ganglios. 5. Desheathing los ganglios 6. extracelular Grabaciones de neuronas motoras 
Figura 2:
NOTA: Los siguientes pasos (02.12 a 04.08) contiene instrucciones direccionales que se aplican a los experimentadores diestros. En los siguientes pasos (02.12 a 06.08) es importante para reemplazar salina cangrejos en intervalos regulares, cada 20 a 30 minutos con solución salina fría, para mantener el sistema nervioso saludable.
NOTA: Los ganglios torácicos y nervios asociados están parcialmente cubiertas por la musculatura de la pierna y sterna cefalotórax. El sterna cefalotórax formar un esqueleto que separa las cavidades situadas lateralmente de las piernas para caminar unos de otros y de la cavidad medial en el que reside el cordón nervioso ventral.
NOTA: El cordón nervioso será dañado en el proceso para evitar la captación de la nerve cable varias veces.
Con las grabaciones extracelulares simultáneas de RS y PS, las neuronas motoras de un ganglio, la actividad alterna de estos conjuntos de neuronas motoras, se puede controlar (Figura 18), lo que representa el patrón de locomoción ficticia.

Figura 18: Esquema de un ganglio y la colocación del electrodo de patilla diferencial registro extracelular de RS neuronas motoras (trazo superior) y las neuronas motoras PS (trazo inferior)..
La actividad PS extracelular de PS ipsilateral 2 para PS 5 neuronas motoras destaca aspectos interesantes de la coordinación entre segmentos en el sistema swimmeret (Figura 19A).
En primer lugar, la actividad siempre comienza con una ráfaga PS en A5 (Figura 19A, 4ª traza) y la onda de excitación se propaga en la dirección anterior (<strong> Figura 19A, línea verde). En segundo lugar, el período (que es el tiempo medido desde el comienzo de una ráfaga a la aparición de la siguiente ráfaga) en cada segmento permanece constante (Figura 19A, flecha cian). Esto es cierto, siempre y cuando el flujo de información de un ganglio a la siguiente está intacto y las condiciones experimentales no cambian.
En diferentes preparaciones o bajo diferentes condiciones experimentales los períodos y duraciones de ráfaga pueden variar sustancialmente: de períodos de 0,25 a 1 seg. Con el fin de comparar estos parámetros entre diferentes preparaciones, que necesitan ser normalizados y se representan en un histograma de fase (Figura 19B). Esto revela el tercer aspecto interesante del patrón motor: el atraso de fase entre los segmentos, el retraso intersegmental, permanece constante e independiente de la frecuencia del ritmo.
Para calcular un histograma de fase, las siguientes mediciones y cálculos son necesario:
En primer lugar, una traza de referencia tiene que ser elegido. Por lo general, usamos la traza PS del ganglio más posterior (por ejemplo, PS 5) como referencia (siendo el tiempo 0) para un histograma fase del ritmo swimmeret registrado a través de varios segmentos (Figura 19A) .A continuación, medir el período (en ms ) del ritmo desde el comienzo de una ráfaga de 5 PS (tiempo 0, la Figura 19A, la línea de puntos naranja) al comienzo de la siguiente ráfaga de PS 5 (Figura 19A, flecha cian) .Dentro este ciclo, medir las latencias (en ms ) entre el inicio de la PS 5 ráfaga (tiempo 0) y el inicio (inicio de ráfaga, Figura 19A y B, flechas de color naranja) y el final (offset Figura 19A y B, flechas violeta) de la PS se echó en cada uno de los otros ganglios . Por lo tanto para calcular la aparición de fase y de desplazamiento para cada ráfaga las latencias se dividen por el período concurrente. Estas mediciones se traducirá en v numéricoalores entre 0 y 1. Finalmente, la trama estos valores en un histograma de fase como se muestra en la Figura 19B.
El histograma de fase resultante (Figura 19B) contiene información sobre el ciclo de trabajo de la PS de ráfaga en cada segmento. Y el atraso de fase intersegmental de ~ 0,25 entre segmentos vecinos es claramente visible.

Figura 19: (A) Representación esquemática de la colocación de electrodos y la grabación extracelular de PS ipsilateral 5 a PS 2. (B) Mediciones y cálculos necesarios para el histograma de fase. El histograma de fase calculada a partir de diez ráfagas consecutivas (n = 10) muestra el retardo de fase intersegmental de ~ 0,25.
Para experimentadores más avanzados, grabaciones intracelulares con microelectrodos afilados de las dendritas de las neuronas motoras pueden ser útiles. Los potenciales de membranadel individuo neuronas motoras PS intracelularmente grabados muestran oscilaciones en fase con la actividad extracelular registrado de todas las neuronas motoras PS del mismo hemiganglion (Figura 20, paneles grises). Alternativamente, las neuronas motoras o interneuronas RS se pueden grabar intracelularmente de la misma manera (datos no mostrados).

Figura 20:. Esquema de colocación de los electrodos El potencial de membrana de una forma intracelular registrado motoneurona PS (trazo superior) oscila en fase (paneles grises) con la actividad PS extracelularmente grabada (trazo inferior).
Para la identificación de las neuronas intracelularmente grabados (interneuronas o neuronas motoras), las células pueden ser tinte llena utilizando microelectrodos afilados y iontoforesis (véase la discusión). En la Figura 21, se muestran dos neuronas motoras PS intracelularmente tinte llenos. Su somata ventralse encuentran por detrás de la base del nervio N1. Los proyectos de neuritas primaria parte anterior (Figura 21B-2) y una sucursal en el lateral neuropil (Figura 21A y B-3); los proyectos de los axones a través de la rama posterior del nervio N1 a la musculatura swimmeret (Figura 21B-4).

Figura 21: (A) Representación esquemática de un ganglio abdominal (B) Dos neuronas motoras PS intracelularmente manchadas.. (1) somata; (2) neuritas primarias; (3) ramificación dendrítica en el neuropilo lateral; (4) axones proyecto a través de la rama posterior del nervio N1; Bar = 100 micras.
Por menos experimentadores avanzados, o aquellos que quieren estudiar la morfología del ganglio abdominal, rellenos de los conjuntos de neuronas PS y RS de motor a través de la N1 nervio, son un ejercicio interesante. En la Figura 22, el RS y las neuronas motoras PS de una hemiganglion se tiñeron con Co2 + (RS) y los iones Ni 2+ (PS), respectivamente. Somata de las neuronas motoras PS se encuentran por detrás de la base del nervio N1 (Figura 22-1). Todo somata de RS neuronas motoras se encuentra por delante de la base del nervio N1 (Figura 22-2).

Figura 22: rellenos de la anterior (naranja, Co 2+) y posterior (azul, Ni2 +) rama del nervio N1 (1) Somata de las neuronas motoras PS;. (2) somas de las neuronas motoras RS. Bar = 100 micras.

Figura 3: Extracción las garras (1) y urópodos (2). Líneas rojas (1) y (2) indican las posiciones de los cortes. Bar = 5 cm.

Figura 5: (A) La decapitación y (B) la eliminación de las piernas para caminar. Las líneas rojas indican las posiciones de los cortes. Bares = 1 cm.

Figura 6: Extracción de la anterior y las partes laterales de la cephalothorax (A, B, C y D). E. Apertura del abdomen a lo largo del lado lateral.Líneas rojas (1), (2), (4) y (5) indican las posiciones de los cortes. (3) La glándula digestiva. Las flechas rojas indican la cavidad abdominal ya abierto. Bares = 1 cm.

Figura 7: (A) La muestra se tomó en una abertura de las piernas para caminar (flechas rojas) hilos (B) El músculo dorsal (1) se seccionan mientras se abre la muestra.. La flecha blanca representa la dirección en la que se tira de la placa esternal. (C) Descripción general de la cavidad abdominal con la arteria esternal (2) y el cable de nervio (3).

Figura 8: vista transversal del abdomen del cangrejo de río con hebras de músculo dorsal fijo (1) y la arteria del esternón (2); Líneas rojas (3) y (4) indican las posiciones de los cortes. Bares= 5 mm.

Figura 9: Dorsal y partes ventrales del abdomen están separados el uno del otro (1) La línea roja indica la posición de corte.. Placa esternal (2) con el cordón nervioso ventral; dorsal parte del abdomen (3).

Figura 10:.. (A) Posiciones de las pinzas para quitar el sterna cefalotórax anterior (B) Las líneas rojas (1) y (2) indican dónde cortar los músculos entre el sterna cefalotórax restante (C) Los nervios torácicos se seccionan en las líneas rojas (3) para aislar los ganglios torácicos del tejido circundante. La línea roja (4) indica el corte entre T3 y T4. Bares = 5 mm.

Figura 12: (A y B) A6 se aísla del tejido y el cordón nervioso puede ser levantado en los nervios de A6 (C). (D) cordón nervioso aislado se transfirió a una placa de Petri forrada con Sylgard clara y lleno con solución salina. Las líneas rojas indican las posiciones de los cortes. Bares = 5 mm.

Figura 13: Vista lateral de un ganglio Identificación de la dorsal y ventral (línea negro) del cordón nervioso.. Bar = 5 mm

Figura 14: La rama anterior del nervio N1 se separa de la rama posterior Bar = 5 mm..

Figura 15: Instrucciones de desheathing de un ganglio abdominal (A) Posición de la primera pequeña incisión a través de la vaina de los conectivos (flecha roja), colocó lateral y posterior al ganglio. El corte posterior a través de la vaina por encima del conectivo está marcada por la línea roja (1). (B) Las líneas rojas (1) y (2) marcan los cortes a lo largo de los bordes laterales de la ganglio. La funda se puede sacar después del ganglio. Bares = 1 mm.

Figura 16:. (A) Descripción general de la configuración de la grabación (B) Materiales y herramientas necesarias para las grabaciones extracelulares. C. Material necesario para el registro electrofisiológico. (1) fuente de la lámpara frío; (2) jaula de Faraday; (3) Microscopio estéreo; (4) mesa de aire; (5) Tabla de microscopio; (6) espejo; (7) electrodos pin diferencial; (8) jeringa llena con éter de petróleoVaselina; (9) arcilla de modelar; (10) fórceps; (11) eliminación de residuos líquidos; (12) digitalizador; (13) Amplificador extracelular; (14) de ordenador, equipado con software de grabación y el monitor.

Figura 17: (A y B) Posición de grabación (1) y de referencia (2) electrodo de patilla. (C y D) La rama posterior del nervio N1 se dobla alrededor del electrodo de registro. E. La base (4) del electrodo de registro se aísla con vaselina. F. El electrodo de registro completo se aísla con vaselina desde la solución del baño. (3) La jeringa llena de vaselina. Bares = 2 mm.
Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
Aquí describimos la disección del cordón nervioso abdominal del cangrejo de río. También demostramos una técnica electrofisiológica para registrar la locomoción ficticia de las neuronas motoras de Swimmeret.
Damos las gracias a Jos Burgert por ayudar con algunas de las figuras. Estamos muy agradecidos a Ingo Selbach (y el grupo "Edelkrebsprojekt NRW") por sus esfuerzos para suministrar el laboratorio con animales de experimentación. Damos las gracias a Anna C. Schneider para la corrección primeras versiones del manuscrito. Esta investigación fue apoyada por una beca SM Emmy Noether DFG 206 / 3-1 y una subvención de inicio de la Universidad de Colonia para la facultad femenina.
| Amplificador extracelular de 4 canales: MA 102 | Amplificador | Elektroniklabor, Zoologie, Universitä t zu Kö ln, Alemania | |
| Air-table | Technical Manufacturing Corporation (TMC) una unidad de AMETEK Ultra Precision Technologies, Peabody, MA, EE. UU | . 63-534 | |
| Axon Digidata 1440A | Digitizador | Axon Instruments, Diseño de dispositivos moleculares, Union City, CA | DD1440A |
| gran cubo | |||
| Clampex & Clampfit | pClamp 10, software de registro y análisis | Molecular Devices Design, Union City, CA | pClamps 10 Fuente de |
| lámpara fría | estándar con guía de luz flexible (haz de fibra óptica) | Microscopios Euromex holanda, Arnhem, BD | LE.5211 & LE.5235 |
| ordenador y monitor | equipado con software | de registro | |
| , contenedor y pipeta para residuos líquidos | |||
| cangrejo de río salino | contiene (en mM): 5,4 KCl, 2,6 MgCl2, 13,5 CaCl2 y 195 NaCl, tamponado con 10 mM de base Tris y 4,7 mM de ácido maleico; aireado durante 3 horas. Ajuste a pH de 7.4. | ||
| dextrano, Texas Red (3000MW, lisina fijable) | tinte fluorescente, lisina fijable | Life Technologies GmbH, Darmstadt, Alemania | D3328 |
| plato de disección | (largo x ancho x alto) 15x7x5 cm; forrado con silicona | negra | |
| Pinzas de fijación | de la jaula|||
| de | Faraday | ||
| (biología, Dumont #5) | Pinzas: Biología, punta 0,05 x 0,02 mm, longitud 11cm, INOX | Fine Science Tools (FST), Alemania | 11252-20 |
| pinzas (biología, Dumont #55) | Pinzas: Biología, punta 0,05 x 0,02 mm, longitud 11cm, INOX | Pinzas Fine Science Tools (FST), Alemania | 11255-20 |
| (electrónicas, Dumont #5) | Pinzas: Estándar, punta 0,1 x 0,06 mm, longitud 11cm, INOX | Fine Science Tools (FST), Alemania | 11251-20 |
| electrodo intracelular | Capilares de vidrio de borosilicato (diámetro exterior/interior: 1 mm/0,5 mm), con filamento | Sutter Instruments, Novato, CA | BF100-50-10 |
| Leica S8 Apo StereoZoom | Microscopio de disección Zoom 1x - 8x | Leica, Alemania | 10446298 |
| espejo | de mesa | para iluminar la preparación desde abajo||
| de modelismo | |||
| Olympus SZ61 | |||
| Zoom 0.67x - 4.5x | Olympus, Alemania | ||
| placa de Petri | 94 x 16 mm; forrado con silicona transparente | Greiner bio-one, Alemania | 633180 |
| tijeras de anillo | ThoughCut, filo: afilado/romo, recto: 13 cm | Tijeras de muelleFine Science Tools (FST), Alemania | 14054-13 |
| o alternativa: Tijeras de muelle Vannas | filo de corte: 8 mm, diámetro de la punta: 0,2 mm, recto: 10 cm o filo de corte 2,5 mm, diámetro de la punta 0,075 mm, recto: 8 cm | Fine Science Tools (FST), Alemania | 15024-10 o 15000-08 |
| estudiante Vannas tijeras de resorte o alternativa: Tijeras de resorte Moria | filo de corte: 5 mm, diámetro de la punta: 0,35 mm, recto: 9 cm o filo: 5 mm, diámetro de la punta 0,1 mm, recto: 8 cm | Fine Science Tools (FST), Alemania | 91500-09 o 15396-00 |
| sylgard | 184 base de elastómero de silicona y agente de curado; para sylgard negro agregue carbón activado | Dow Corning, Midland, MI, USA | |
| jeringa rellena de vaselina y equipada con una aguja de gauche 20 con punta | redondeada |