אנו מתארים פרוטוקול לניטור שינויים בפעילות הנוירונים האדיבים במהלך פקודות מוטוריות במערכת תאי שיער של בעלי חוליות מודל.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אנו מתארים פרוטוקול לניטור שינויים בפעילות הנוירונים האדיבים במהלך פקודות מוטוריות במערכת תאי שיער של בעלי חוליות מודל.
מערכות חושיות אוספות רמזים החיוניים להכוונת התנהגות, אך בעלי חיים חייבים לפענח איזה מידע רלוונטי ביולוגית. תנועה מייצרת רמזים חוזרים כי בעלי חיים חייבים להתנתק מרמזים חושיים רלוונטיים של הסביבה שמסביב. לדוגמה, כאשר דג שוחה, זרימה הנוצרת מגלי גוף מזוהה על ידי נוירומסטים מכניים, הכוללים תאי שיער, המרכיבים את מערכת הקו לרוחב. תאי השיער מעבירים מידע על תנועת נוזלים מהחיישן למוח דרך תאי העצב החושיים. במקביל, פריקה corollary של הפקודה המוטורית מועברת לתאי השיער כדי למנוע עומס חושי. חשבונאות ההשפעה המעכבת של אותות מנוע חזוי במהלך הקטר הוא, אם כן, קריטי בעת הערכת הרגישות של מערכת הקו לרוחב. פיתחנו גישה אלקטרופיזיולוגית in vivo כדי לפקח בו זמנית על נוירון afferent קו לרוחב אחורי ופעילות שורש מנוע הגחוני בזחלים זברה (4-7 ימים לאחר הפריה) שיכול להימשך מספר שעות. הקלטות חוץ-תאיות של נוירונים afferent מושגות באמצעות טכניקת מהדק תיקון רופף, אשר יכול לזהות פעילות של נוירונים בודדים או מרובים. הקלטות שורש גחוני מבוצעות דרך העור עם אלקטרודות זכוכית כדי לזהות פעילות נוירון מוטורי. הפרוטוקול הניסיוני שלנו מספק את הפוטנציאל לנטר שינויים אנדוגניים או מעוררים בקלט חושי על פני התנהגויות מוטוריות בחולייתן שלם ומתנהג.
נוירונים afferent של מערכות mechanosensory להעביר מידע מתאי שיער למוח במהלך שמיעה ואיזון. אלקטרופיזיולוגיה יכולה לחשוף את הרגישות של נוירונים afferent באמצעות הקלטות ישירות. בעוד תיקון תאים שלמים מתאי שיער יכול להיות מאתגר, הקלטה מתאי עצב afferent במורד הזרם קל יותר ומאפשר הערכה של פוטנציאל פעולה בתגובה גירויים מבוקרים1,2,3. מגרה תאי שיער להוביל הסטה שלהם, אשר משנה מבנים mechanosensory, ובכך לעורר עלייה בפוטנציאל הפעולה (קוצים) בתאי עצב אדיש4,5,6. בהיעדר גירויים חיצוניים, נוירונים afferent גם ספייק באופן ספונטני עקב דליפת גלוטמט מתאי השיער על מסופים פוסט סינפטיים afferent7,8, והוכחו לתרום לשמירה על רגישות9,10. הקלטת מלחציים של פעילות afferent מאפשרת תצפית על רגישות לתאי השיער ודינמיקת אותות שאינם אפשריים באמצעות טכניקות ברזולוציה זמנית נמוכה יותר, כגון במיקרופוניקה11,12 או הדמיית סידן תפקודית13,14,15. הפרוטוקול הבא יאפשר הקלטה של פעילות afferent במקביל לפקודות המנוע לחשוף שינויים מיידיים ברגישות לתאי השיער.
דגי זברה(Danio rerio)משתמשים בתאי שיער הכלולים בנוירומסטים המרכיבים את מערכת הקו לרוחב כדי לזהות תנועת מים יחסית לגופם, המתורגמת לאותות עצביים החיוניים לניווט16,17,18, הימנעות טורפים, לכידת טרף19,20, ולימוד21. זרימת מים יכולה להיווצר גם על ידי תנועות של שחייה22,23,24,נשימה 22,25,26, והאכלה27. התנהגויות אלה מהוות תנועות חוזרות ונשנות שיכולות להתעייף מתאי השיער ולפגוע בחישה. לכן, זה קריטי כי מערכת הקו לרוחב מבדיל בין חיצוני (exafferent) ו עצמית שנוצר (reafferent) גירויים זרימה. פריקה קורולית מקלה על אותות זרימה עצמיים במהלך תנועה בזברה. אות מנוע חיזוי מעכב זה מועבר באמצעות נוירונים יורדים לקולטנים החושיים כדי לשנות את הקלט או להפריע לעיבוד המשוב החביב28,29. עבודה מהותית שתרמה להבנתנו המוקדמת את מערכת ההזנה הזו הסתמכה על הכנות במבחנה שבהן הקישוריות והפעילות האנדוגנית של המעגל העצבי לא נשמרו28,30,31,32,33,34,35. פרוטוקול זה מתאר גישה לשימור מעגל עצבי שלם שבו נשמרת דינמיקת משוב אנדוגני ובכך מאפשר הבנה טובה יותר של הפרשות corollary ב vivo.
הפרוטוקול המתואר כאן מתאר כיצד לפקח על הנוירונים האחוריים לרוחב קו פעילות נוירון מוטורי בו זמנית זברה זחל. אפיון דינמיקת האותות לפני, במהלך ואחרי פקודות מוטוריות מספק תובנות לגבי משוב אנדוגני בזמן אמת ממערכת העצבים המרכזית המווסתת את רגישות תאי השיער במהלך התנועה. פרוטוקול זה מתאר אילו חומרים יצטרכו להיות מוכנים לפני הניסויים ולאחר מכן מתאר כיצד לשתק ולהכין זחלי זברה. הפרוטוקול יתאר כיצד להקים הקלטה יציבה של תיקון רופף של נוירונים afferent ואת השורש הגחוני חוץ תאי (VR) הקלטות של נוירונים מוטוריים. נתונים מייצגים שניתן להשיג באמצעות פרוטוקול זה מוצגים מאדם למופת וניתוח בוצע בשכפולים מרובים של הפרוטוקול הניסיוני. עיבוד מראש של נתונים מתבצע באמצעות קבצי Script כתובים מותאמים אישית ב- MATLAB. בסך הכל, פרדיגמה ניסיונית זו in vivo צפויה לספק הבנה טובה יותר של משוב חושי במהלך תנועה במערכת תאי שיער בעלי חוליות מודל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הטיפול והניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים ושימוש בבעלי חיים באוניברסיטת פלורידה.
1. הכנת חומרים להקלטות אלקטרופיזיולוגיות
2. הכנת פתרון
3. הכנת זחלים להקלטות אלקטרופיזיולוגיות
4. הקלטת שורש גחוני
5. הקלטת נוירון Afferent
6. רכישת נתונים
7. המתת חסד
8. עיבוד מקדים וניתוח נתונים
הערה: עיבוד וניתוח מראש של נתונים יחייבו הבנה בסיסית של קידוד שורת הפקודה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאחר זחלי זברה משתקים כראוי ואת גנגליון קו לרוחב האחורי והקלטת VR מושגת, פעילות הן נוירונים afferent ומוטורי ניתן למדוד בו זמנית. ערוצי הקלטה מוצגים באמצעות פרוטוקולי הקלטה ללא פערים (שלב 1.4) לניטור רציף של פעילות afferent ו- VR. בזמן אמת, ניתן להבחין בירידות בשיעור הזינוק הספונטני במקביל לפעילות מציאות מדומה המעידה על התקפי שחייה פיקטיביים(איור 1E). מצאנו כי התוצאות הטובות ביותר וזיהוי ספייק מדויק היו מוצרים של הקלטות שהשיגו יחס אות לרעש של לפחות 0.5. סקריפטים מותאמים אישית לעיבוד מראש בכת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול הניסיוני המתואר מספק את הפוטנציאל לניטור שינויים אנדוגניים בקלט החושי על פני התנהגויות מוטוריות בחולייתן שלם ומתנהג. באופן ספציפי, הוא מפרט גישה in vivo לביצוע הקלטות חוץ תאיות בו זמנית של נוירונים afferent קו לרוחב ושורשים מוטוריים גחוניים בזברה זחל. פעילות ספונטנית מתאפיינת בעבר בזברהפיש ללא התחשבות בפעילות מוטורית פוטנציאלית בו זמנית1,2,39,40,41. ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין אינטרסים כלכליים מתחרים.
אנו מודים בהכרת תודה על תמיכת המכון הלאומי לבריאות (DC010809), הקרן הלאומית למדע (IOS1257150, 1856237), ומעבדת ויטני למדעי המוח הימיים ל J.C.L. ברצוננו להודות לחברי מעבדת ליאו בעבר ובהווה על הדיונים הממריצה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 100 מ"ל | PYREX | 1000 | שקע לתחריט |
| 10x מטרת טבילה במים | אולימפוס | UMPLFLN10xW | הגדלה נמוכה למיקום זחלים והקלטת אלקטרודה |
| 40x מטרת טבילה במים | אולימפוס | LUMPLFLN40XW | הגדלה גבוהה יותר למיקום קצה האלקטרודה והקמת תיקון-מהדק |
| abfload.m | קובץ קידוד משלים | סקריפט MATLAB כתוב בהתאמה אישית להמרת הקלטות אלקטרופיזיולוגיה גולמיות לקבצי .mat | |
| AffVR_preprocess.m | קובץ קידוד משלים | סקריפט MATLAB כתוב בהתאמה אישית לעיבוד מקדים של נתוני הקלטה | |
| BNC כבלים קואקסיאליים | ThorLabs | 2249-C-12 | חיבור ampliifier וערוצי דיגיטייזר; דורש 4 |
| נימי זכוכית בורוסיליקט עם נימה | וורנר מכשירים | G150F-3 | קוטר פנימי: 0.86, קוטר חיצוני: 1.50; זכוכית נימית המשמשת ליצירת אלקטרודות הקלטה |
| burst_detect | קובץ קידוד משלים | פונקציית MATLAB כתובה בהתאמה אישית הדרושה להפעלת | |
| מחשב | AffVR_preprocess.m N/A | N/A | כל מחשב צריך לעבוד |
| כוח DC | Tenma | 72-420 | המשמש לחריטה חשמלית של פיני חיתוך |
| אלקטרופיזיולוגיה דיגיטייזר | Axon Instruments, מכשירים מולקולריים | Axon DigiData 1440A | מאפשר רכישה של חוט נתונים מהדק תיקון |
| Sutter Instrument Company | FB255B | 2.5 מ"מ חוט קופסה המשמש במלקחיים עדינים של מושך מיקרופיפטה | |
| Fine Science Tools | Dumont #5 (0.05 x 0.02 מ"מ) פריט מס' 11295-10 | המשמש למניפולציה של זחלים והכנסת סיכות | |
| שלב קבוע DIC מיקרוסקופ מיקרוסקופ | אולימפוס | BX51WI | המשמש להדמיה והקמה של הקלטות מהדק תיקון |
| קצה פיפטה גמיש ומחודד | פישר סיינטיפיק | 02-707-169 | טיפים גמישים מאפשרים החדרה לאלקטרודה הקלטה כדי להוציא תמיסה חוץ-תאית בקצה |
| FluoroDish | World Precision Instruments Inc. | FD3510-100 | כיסוי צלחת הקלטת צלחת עם תחתית זכוכית |
| KimWipe | KimTech | 34155 | מגבון משימות המשמש לנידוף עודפי נוזלים מזחלים |
| Kwik-Gard | World Precision Instruments Inc. | 710172 | אלסטומר סילגרד לערבוב עצמי |
| MATLAB | MathWorks | R2020b | תוכנת שורת פקודה לעיבוד מקדים |
| של מגבר מיקרואלקטרודות | Axon Instruments, מגבר | MultiClamp 700B MultiClamp | להקלטות דו-ערוציות |
| microforge Narishige | MF-830 microforge | לליטוש מיקרומניפולטור אלקטרודות הקלטה | |
| יחידת בקרה | Siskiyou | MC1000-eR/T | מתאם חיוג 4 צירים לשליטה במיקרומניפולטור |
| חולץ מיקרופיפטות | חברת Sutter Instrument Company | Flaming/Brown P-97 | למשיכת זכוכית נימית לתוך אלקטרודות הקלטה |
| יחידת בקרת מיקרוסקופ | Siskiyou | MC1000e | ממקמת את המיקרוסקופ סביב השלב הקבוע והכנה |
| מיקרומניפולטור | ממונעSiskiyou | MX7600 | ממקם את הבמה הראשית ואלקטרודת ההקלטה המצורפת להקלטת תיקון-מהדק |
| MultiClamp Commander | התקנים מולקולריים | 2.2.2 | להורדה מ- Axon MultiClamp 700B Commander דף הורדה |
| שולחן אוויר אופטי שולחן אוויר אופטי | Newport Corporation | VH3036W-OPT | שולחן בידוד לוח לחם כדי לצוף מיקרוסקופ ולמזער רעידות במהלך הקלטות |
| pCLAMP | התקנים מולקולריים | 10.7.0 | להורדה מ- Axon pCLAMP 10 אלקטרופיזיולוגיה רכישת נתונים & תוכנת ניתוח הורד עמוד |
| סמן דיו קבוע | Sharpie | order מ-amazon.com | לסימון הצד הקדמי של אלקטרודת ה-VR כדי להבטיח כיוון נכון בעת הכנסה למחזיק פיפטה |
| צלחת פטרי | פלקון | 35-3001 | המשמש לטבילת זחלים |
| במחזיק פיפטה | התקנים מולקולריים | 1-HL-U | להחזיק אלקטרודת הקלטה ולהתחבר לראש הבמה |
| מתמר פנאומטי | Fluke Biomedical Instruments | DPM1B | לשליטה באלקטרודת הקלטה לחץ פנימי |
| אשלגן הידרוקסיד | Sigma-Aldrich | 221473-25G | תחריט לתחריט סיכות חיתוך |
| צינורות סיליקון | Tygon | 14-169-1A | צינורות לחיבור מתמר פנאומטי למחזיק פיפטה |
| spike_detect | קובץ | קידוד משליםפונקציית MATLAB כתובה בהתאמה אישית הנחוצה להפעלת | |
| סטריאומיקרוסקופ | Carl Zeiss | Stemi 2000-C | משמש להדמיית קצות סיכות ובמהלך הכנת |
| סכין גילוח קצה ישר זחלים | Canopus | מ-amazon.com | חותכת את חוט הטונגסטן תוך כדי יצירת סיכות חיתוך |
| swimbout_detect | קובץ | קידוד משליםפונקציית MATLAB כתובה בהתאמה אישית הנחוצה להפעלת | |
| מזרק | AffVR_preprocess.m Becton Dickinson Compoany | 309602 | מלא בתמיסה חוץ-תאית להזרקה לאלקטרודות |
| הקלטה העברת פיפטה | Sigma-Aldrich | Z135003-500EA | לשימוש חד פעמי, לא סטרילי להעברת זחלים |
| טריקאין מתאן סולפונאט | סינדל | 12854 | חומר הרדמה תרופתי המשמש להמתת חסד של זחלים במינון גבוה. |
| חוט טונגסטן | World Precision Instruments Inc. | 715500 | 0.002 אינץ', 50.8 μ קוטר מ '; משמש לייצור סיכות חיתוך |
| יחידת סינון ואקום | Sigma-Aldrich | SCGVU11RE | יחידות סינון חד פעמיות, סטריליות, ואקום המשמשות לעיקור תמיסה חוץ-תאית המשמשת לאלקטרופיזיולוגיה אלקטרודה צלצול |
| מתח-מהדק זרם-מהדק ראש במה | מולקולריים | CV-7B | מסופקים עם מגבר MultiClamp 700B המשמש כבמות ראש שמאל וימין |
| &אלפא;-בונגרוטוקסין | ThermoFisher | B1601 | לשיתוק הזחלים לפני ההקלטה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.