Name: ללמוד את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת של תנועה בתוך חרקים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-04-13T11:03:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: למדו את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת בתנועה בחרקים באמצעות שיטה חדשנית להקלטת פעילות שרירי הרגל בחיפושית מקל. השיטה מאפשרת ניתוח מדויק של תזמון שרירים וקינמטיקה בתנאים מבוקרים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים מיכאל Dübbert, אוליבר הופמן, הנס Scharstein, יאן ואן Sydow Wosnitza לקבלת סיוע טכני מעולה. מחקר זה מומן על ידי מענק DFG Bu 857 / 8,10 אל AB

<ol><li>Bässler, U., Wegener, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+output+of+the+denervated+thoracic+ventral+nerve+cord+in+the+stick+insect+Carausius+morosus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Motor output of the denervated thoracic ventral nerve cord in the stick insect Carausius morosus.</a> J. Exp. Biol. 105, 127-147 (1983).</li>
<li>Böhm, H., Messai, E., Heinzel, H. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activity+of+command+fibres+in+free-ranging+crayfish%2C+Orconectes+limosus+Raf%5BTitle%5D)+AND+%22Naturwissenschaften%22%5BJournal%5D)">Activity of command fibres in free-ranging crayfish, Orconectes limosus Raf.</a> Naturwissenschaften. 84, 408-410 (1997).</li>
<li>Büschges, A., Gruhn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanosensory+feedback+in+walking%3A+from+joint+control+to+locomotor+pattern%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.Insect+Physiology%22%5BJournal%5D)">Mechanosensory feedback in walking: from joint control to locomotor pattern.</a> Adv.Insect Physiology. 34, 194-234 (2008).</li>
<li>Büschges, A., Akay, T., JP, G. abriel, Schmidt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organizing+network+action+for+locomotion%3A+insights+from+studying+insect+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res+Rev%22%5BJournal%5D)">Organizing network action for locomotion: insights from studying insect walking.</a> Brain Res Rev. 57, 162-171 (2008).</li>
<li>Camhi, J. M., Levy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organization+of+a+complex+movement%3A+fixed+and+variable+components+of+the+cockroach+escape+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Physiol+A%22%5BJournal%5D)">Organization of a complex movement: fixed and variable components of the cockroach escape behavior.</a> J Comp Physiol A. 163, 317-328 (1988).</li>
<li>Camhi, J. M., Nolen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Properties+of+the+escape+system+of+cockroaches+during+walking%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Physiol+A%22%5BJournal%5D)">Properties of the escape system of cockroaches during walking.</a> J Comp Physiol A. 142, 339-346 (1981).</li>
<li>Clarac, F., Libersat, F., Pflüger, H. J., Rathmayer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+pattern+analysis+in+the+shore+crab+%28Carcinus+maenas%29+walking+freely+in+water+and+on+land%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Motor pattern analysis in the shore crab (Carcinus maenas) walking freely in water and on land.</a> J Exp Biol. 133, 395-414 (1987).</li>
<li>Duch, C., Pflüger, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+patterns+for+horizontal+and+upside+down+walking+and+vertical+climbing+in+the+locust%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Motor patterns for horizontal and upside down walking and vertical climbing in the locust.</a> J Exp Biol. 198, 1963-1976 (1995).</li>
<li>Fermi, G., Reichhardt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optomotorische+Reaktionen+der+Fliege+Musca+domestica.+Abh%C3%A4ngigkeit+der+Reaktion+von+der+Wellenl%C3%A4nge%2C+der+Geschwindigkeit%2C+dem+Kontrast+und+der+mittleren+Leuchtdichte+bewegter+periodischer+Muster%5BTitle%5D)+AND+%22Kybernetik%22%5BJournal%5D)">Optomotorische Reaktionen der Fliege Musca domestica. Abhängigkeit der Reaktion von der Wellenlänge, der Geschwindigkeit, dem Kontrast und der mittleren Leuchtdichte bewegter periodischer Muster.</a> Kybernetik. 2, 15-28 (1963).</li>
<li>Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+radiotelemetric+2-channel+unit+for+transmission+of+muscle+potentials+during+free+flight+of+the+desert+locust%2C+Schistocerca+gregaria%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A radiotelemetric 2-channel unit for transmission of muscle potentials during free flight of the desert locust, Schistocerca gregaria.</a> J Neurosci Methods. 64, 39-45 (1996).</li>
<li>Friza, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zur+Frage+der+F%C3%A4rbung+und+Zeichnung+des+facettierten+Insektenauges%5BTitle%5D)+AND+%22Zeitschr.+f.+vergl.+Physiologie%22%5BJournal%5D)">Zur Frage der Färbung und Zeichnung des facettierten Insektenauges.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 8, 289-336 (1928).</li>
<li>Götz, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+optomotor+reactions+in+insects%5BTitle%5D)+AND+%22Bibl.+Ophthalmol%22%5BJournal%5D)">Principles of optomotor reactions in insects.</a> Bibl. Ophthalmol. 82, 251-2559 (1972).</li>
<li>Gruhn, M., Rathmayer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+implantable+electrode+design+for+both+chronic+in+vivo+nerve+recording+and+axon+stimulation+in+freely+behaving+crayfish%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">An implantable electrode design for both chronic in vivo nerve recording and axon stimulation in freely behaving crayfish.</a> J Neurosci Methods. 118, 33-40 (2002).</li>
<li>Gruhn, M., Hoffmann, O., Dübbert, M., Scharstein, H., Büschges, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tethered+stick+insect+walking%3A+a+modified+slippery+surface+setup+with+optomotor+stimulation+and+electrical+monitoring+of+tarsal+contact%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Tethered stick insect walking: a modified slippery surface setup with optomotor stimulation and electrical monitoring of tarsal contact.</a> J Neurosci Methods. 158, 195-206 (2006).</li>
<li>Gruhn, M., Zehl, L., Büschges, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Straight+walking+and+turning+on+a+slippery+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Straight walking and turning on a slippery surface.</a> J Exp Biol. 212, 194-209 Forthcoming.</li>
<li>Gruhn, M., Uckermann, G. von, Westmark, S., Wosnitza, A., Büschges, A., Borgmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+stepping+velocity+in+the+stick+insect+Carausius+morosus%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Control of stepping velocity in the stick insect Carausius morosus.</a> J Neurophysiol. 102, 1180-1192 Forthcoming.</li>
<li>Hama, N., Tsuchida, Y., Takahata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+context-dependent+modulation+of+descending+statocyst+pathways+during+free+walking%2C+as+revealed+by+optical+telemetry+in+crayfish%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Behavioral context-dependent modulation of descending statocyst pathways during free walking, as revealed by optical telemetry in crayfish.</a> J Exp Biol. 210, 2199-2211 (2007).</li>
<li>Hassenstein, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%C3%9Cber+die+Wahrnehmung+der+Bewegung+von+Figuren+und+unregelm%C3%A4%CE%B2igen+Helligkeitsmustern+%28nach+verhaltensphysiologischen+Untersuchungen+an+dem+R%C3%BCsselk%C3%A4fer+Chlorophanus+viridis%5BTitle%5D)+AND+%22Zeitschr.+f.+vergl.+Physiologie%22%5BJournal%5D)">Über die Wahrnehmung der Bewegung von Figuren und unregelmäβigen Helligkeitsmustern (nach verhaltensphysiologischen Untersuchungen an dem Rüsselkäfer Chlorophanus viridis.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 40, 556-592 (1958).</li>
<li>Jander, J. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Untersuchungen+zum+Mechanismus+und+zur+zentralnerv%C3%B6sen+Steuerung+des+Kurvenlaufs+bei+Stabheuschrecken+%28Carausius+morosus%29+%5B%5D%22">Untersuchungen zum Mechanismus und zur zentralnervösen Steuerung des Kurvenlaufs bei Stabheuschrecken (Carausius morosus) [dissertation]</a>. , Universität Köln. Köln. (1982).</li>
<li>Jander, R., Volk-Henrichs, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Das+strauch-spezifische+Perzeptorsystem+der+Stabheuschrecke+%28Carausius+morosus%29%5BTitle%5D)+AND+%22Zeitschr.+f.+vergl.+Physiologie%22%5BJournal%5D)">Das strauch-spezifische Perzeptorsystem der Stabheuschrecke (Carausius morosus).</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 70, 425-447 (1970).</li>
<li>Kirschfeld, K. The resolution of lens and compound eyes. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKirschfeld%2C+K+%22Neural+Principles+in+Vision%22">Neural Principles in Vision</a>. Zettler, F., Weiler, R. , Springer Verlag. Berlin. 354-370 (1976).</li>
<li>Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wireless+transmission+of+muscle+potentials+during+free+flight+of+a+locust%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Wireless transmission of muscle potentials during free flight of a locust.</a> J Exp Biol. 185, 367-373 (1993).</li>
<li>A universal projector for optomotor stimulation. Scharstein, H. 17th Göttingen Neurobiology Conference, Göttingen, Germany, , (1985).</li>
<li>Schlegtendal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beitrag+zum+Farbensinn+der+Arthropoden%5BTitle%5D)+AND+%22Zeitschr.+f.+vergl.+Physiologie%22%5BJournal%5D)">Beitrag zum Farbensinn der Arthropoden.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 20, 573-581 Forthcoming.</li>
<li>Schmidt, J., Grund, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rhythmic+activity+in+a+motor+axon+induced+by+axotomy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroreport%22%5BJournal%5D)">Rhythmic activity in a motor axon induced by axotomy.</a> Neuroreport. 14, 1267-1271 (2003).</li>
<li>Shankar, P. N., Kumar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+Determination+of+the+Kinematic+Viscosity+of+Glycerol-Water+Mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Mathematical+and+Physical+Sci%22%5BJournal%5D)">Experimental Determination of the Kinematic Viscosity of Glycerol-Water Mixtures.</a> Proc. Mathematical and Physical Sci. 444, 573-581 (1994).</li>
<li>Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-Joint+coordination+during+walking+and+foothold+searching+in+the+Blaberus+cockroach+I.+Kinematics+and+electromyograms%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach I. Kinematics and electromyograms.</a> J Neurophysiol. 83, 3323-3336 Forthcoming.</li>
<li>Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-Joint+coordination+during+walking+and+foothold+searching+in+the+Blaberus+cockroach.+II.+Extensor+motor+neuron+pattern%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach. II. Extensor motor neuron pattern.</a> J Neurophysiol. 83, 3337-3350 Forthcoming.</li>
<li>Tsuchida, Y., Hama, N., Takahata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical+telemetry+system+for+underwater+recording+of+electromyogram+and+neuronal+activity+from+non-tethered+crayfish%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">An optical telemetry system for underwater recording of electromyogram and neuronal activity from non-tethered crayfish.</a> J Neurosci Methods. 137, 103-109 (2004).</li>
<li>Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+control+of+free+flight+maneuvers+in+a+hawkmoth%2C+Agrius+convolvuli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biol%22%5BJournal%5D)">Active control of free flight maneuvers in a hawkmoth, Agrius convolvuli.</a> J Exp Biol. 211, 423-432 (2008).</li>
</ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

תיארנו התקנה המאפשרת את הדור המושרה אופטית של הפיכת התנהגות היתרי במידה רבה שיחררה את הפעילות בהליכה שנוצר neuronally מהשפעות פסיבי שנגרם על ידי עקירה המכני של הגפיים הליכה אחרים על הקרקע. זרימת המידע אפשריים בין הרגליים דרך מערכת העצבים על התגובה לכוחות הקרקע או צרו קשר עם tarsal, מצד שני, עדיין אפשרי ומאפשר הניסוי לבחון את ההשפעה של מידע כזה בהכנת מופחת. היתרונות העיקריים של ההתקנה כוללות משטח חלקלק, כי בעלי החיים מראים נטייה גבוהה מאוד ללכת, ובניגוד הליכה או דריכה על treadwheel, החיה ניתן לבצע סווינג שלב תנועות עמדה בכל ההוראות של הליכה טבעית. בנוסף, דרגות החופש של כל הרגליים לאפשר החיה לבצע הליכה עקומה אם הוא הכנה שלם או חצי שלם. מכיוון הרגליים לא ניתן להעביר באופן פסיבי פשוט על ידי התנועה קדימה של החיה או את התנועה של המצע שמתחת, כל תנועה משקף את הפלט המוטורי של הרגל זה (פך, 1976; גרהם ונדלר, 1981). ההגדרה מתאימה מאוד לחקור את הבסיס העצבי של התנהגויות מסתגלות כגון הפיכת קדימה או אחורה לעומת הליכה, כי ניתן לשלב הקלטות אלקטרו של פעילות מוטורית עם ניתוח של קינמטיקה תנועת הגפיים. השתמשנו בתגובה optomotor החרק של מקל כדי לעורר הליכה. התגובות של בעלי החיים לדפוס פס מסתובב להראות את נכונותם לבצע עקומת הליכה תוך קשור על פני השטח חלקלק. רוב מפתיע אותנו, רגליים אחד, רגל אחת ההכנות איכותית להראות את דפוס נע זהה החיה בשלמותה. ולכן יש לנו סיבה להאמין כי השליטה של ​​הליכה עקומה יכול לתפקד במידה רבה, ללא תיאום סנסורי מהרגליים השכנות. זה יהיה חשוב לבדוק בניסויים נוספים אם את פעילותם של הנוירונים המנוע של הסירה הרגליים מושפעת גם דפוס optomotor. ההתקנה יכול בקלות להיות שונה, כדי לאפשר לימוד של משימות אחרות כגון ישר קדימה ואחורה הליכה ידי הצבת פס יחיד מול החיה או בעדינות מושך את האנטנות. מדידה מדויקת של קשר הקרקע מאפשרת לנו לתאם פעילות שרירים עמדה רגל. ההחלטה הזמן של אות חשמלי זה קשר טוב יותר 1ms, מביאה אותנו אל תובנה חדשה לתוך העיתוי של הבורר מן הנדנדה לשלב עמדה. ההחלטה גרועה עבור העמדה להתנדנד המעבר בשל העיכוב מריחה של חומר סיכה ניצוח וחוסר הצורך להשלים ההמראה במהלך הארכה על משטח חלקלק. עם זאת, הידע על הנדנדה מדויקת המעבר עמדה היא צעד ראשון שימושי במיוחד אם אנחנו רוצים להבין את המנגנונים שריר השליטה העיתוי פעילות מתואמת של שרירי הרגל בהקשרים התנהגותיים שונים (ראה גם: Büschges et al, 2008;. Büschges &amp; Gruhn 2008). כדוגמה, השתמשנו מפשק ו coxae שריר מד של הרגל באמצע בקורלציה בדיוק את פעילותה עם המעבר מן הנדנדה לשלב עמדה בזמן שאנחנו בו זמנית בדק את הקשר ההתנהגותי שבו הרגל היה בשימוש. לשם כך, אנו המושרה הליכה הקליט את פעילות שריר ברציפות. הרגל נתון יכול להיות בתוך או מחוץ רגל, בהתאם לכיוון הפנייה. ברגל באמצע קפיצה, מתנהג כמו רגל בתוך במובן פונקציונלי, ניתן להבחין כי השרירים מפשק ואת מד שניהם יכולים לעבוד כמו שרירי עמדה תפקודית בגלל הרגל לסירוגין מייצרת צעדים לאחור בנוסף צעדים מכוונים קדימה (ראה Fig.4 ). Electromyograms (EMGs) מהשרירים שניהם היו לתקן ו מנורמל הזמן של מטה בנגיעה ואת חביון של קוצים השרירים הראשון היה מחושב. מעניין, latencies של השרירים הן לגבי ההמראה ולגעת למטה תלוי בתפקוד של שריר כמו נדנדה בהתאמה או עמדה שריר (ראה Fig.4) ולא על השריר עצמו, להציג רק שינויים קלים העיתוי של תחילת הפעילות. רוב ההסברים לשנות את המדינה מ - הנדנדה לעמדה להניח כי אותות חושיים של ההדק קשר tarsal ההתחלה של העמדה. השאלה מעניינת של איך latencies קצר בין מטה בנגיעה והפעלת שרירים החרק מקל הם הביאו על מה המידע החושי הם תלויים כעת ניתן לטפל בהגדרת שונה. לסיכום, אנו מראים ההתקנה משטח חלקלק אשר מאפשרת לנו להפיק באופן אמין ללכת ישר עיקול חרקים מקל נייח. קינמטיקה, פעילות שרירים עיתוי tarsal מגע למטה ההמראה ניתן לנטר בקורלציה בשני ג התנהגותיות שונותontexts באותו זמן. זה נותן לנו כלי מצוין כדי לחקור את הקשר בין פעילות מפורט שרירים בהקשר התנהגותיות רגל אחת, כמו גם החיה שלם המנגנונים.

<table><tbody><tr><td>דבק אפוקסי דו-רכיבי</td><td>UHU plus, UHU GmbH, גרמניה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מסכי זכוכית (קוטר 130mm)</td><td>Linos Photonics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>צמנט דנטלי</td><td>ProTemp II, 3M ESPE, Seefeld, גרמניה</td><td>מספר מזהה 3M: 70-2011-0358-0 מספר קטלוג: 46430</td><td>זמין דרך 3M (&lt;a href=&quot;http://www.3m.com/">http://www.3m.com/&lt;/a&gt;) או דרך ספקים דנטליים</td></tr><tr><td>פיגמנטים פלואורסצנטיים</td><td>Dr. Kremer Farbm&amp;uuml;hle, Aichstetten, גרמניה</td><td>מספרי קטלוג: לדוגמה 56200 פיגמנט פלואורסצנטי צהוב-זהב, 56350 פיגמנט פלואורסצנטי אדום-להבה</td><td>&lt;a href=&quot;http://kremer-pigmente.de/en">http://kremer-pigmente.de/en&lt;/a&gt; או &lt;a href=&quot;http://www.kremerpigments.com/">http://www.kremerpigments.com/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>דבק היסטו-אקרילי</td><td>3M</td><td></td><td>ספק: WPI</td></tr><tr><td>חוט נחושת מצופה</td><td>Elektrisola Eckernhagen</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.elektrisola.com/">http://www.elektrisola.com/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>קרם אלקטרודות</td><td>Marquette Hellige, Freiburg, גרמניה</td><td></td><td>המוצר הופסק, אנו מציעים לדוגמה: &lt;a href=&quot;http://www.grasstechnologies.com">www.grasstechnologies.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>מחולל פולסים</td><td>דגם MS501, סדנת אלקטרוניקה, המכון הזואולוגי, קולון, גרמניה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מגבר Lock-in</td><td>המכון הזואולוגי</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ממיר AD</td><td>Cambridge Electronic Design</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קדם-מגבר</td><td>המכון הזואולוגי</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מצלמת וידאו במהירות גבוהה</td><td>Allied Vision Technologies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מערכי UV LED</td><td>המכון הזואולוגי</td><td></td><td>30-50V DC, סדנת אלקטרוניקה&lt;br/&gt;
&amp;#955;390-395nm&lt;br/&gt;בהירות 24cd</td></tr><tr><td>תוכנת דיגיטציה Spike2</td><td>גרסה 5.05, CED, קיימברידג', בריטניה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>תוכנה למעקב תנועה</td><td>Mikromak service, ברלין, גרמניה</td><td>WINanalyze, גרסה 1.9</td><td></td></tr></tbody></table>

ללמוד את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת של תנועה בתוך חרקים

Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects

ללמוד את הבסיס העצבי של הליכה התנהגות, לעתים קרובות בפני את הבעיה כי קשה להפריד בין פלט המיוצר על דריכה neuronally מאלה תנועות הרגל שנובעים כוחות ואינטראקציות פסיבי עם רגליים אחרים באמצעות מגע משותפת עם המצע. אם אנחנו רוצים להבין, איזה חלק של תנועה נתון מופק על ידי פלט מנוע מערכת העצבים, ניתוח kinematic תנועות דריכה, ולכן צריך להיות כהשלמה עם אלקטרו הקלטות של פעילות מוטורית. הקלטה של ​​הפעילות העצבית או שרירית ב חיה מתנהג מוגבל לעתים קרובות על ידי ציוד אלקטרו אשר יכול להגביל את החיה ביכולתה להעביר עם תארים רבים של חופש האפשרי. זה יכול להימנע באמצעות אלקטרודות מושתלת ואחר כך את המהלך החי על גבול ארוך (כלומר Clarac et al, 1987;. Duch &amp; Pflüger, 1995; בוהם et al, 1997;. Gruhn &amp; Rathmayer, 2002) או על ידי שידור את הנתונים באמצעות מכשירים telemetric (Kutsch et al, 1993; פישר et al, 1996;. האמן היפני צוצ&#39;ידה et al 2004;. חמא et al, 2007;.. Wang et al, 2008). שתי שיטות אלה אלגנטי, אשר משמשים בהצלחה פרוקי רגליים גדול יותר, לעתים קרובות קשה להוכיח לחול חרקים קטנים אשר הליכה או בקלות להסתבך לקשור הארוך או הפריע המשקל של המכשיר telemetric וסוללות שלה. בנוסף, בכל המקרים האלה, זה עדיין בלתי אפשרי להבחין בין בסיס עצבי של תנועה טהורה ואת ההשפעות המופעל על ידי צימוד מכני בין הרגליים בהליכה דרך המצע. פתרון אחד לבעיה זו הוא לבצע את הניסויים בבעלי חיים קשור כי הוא חופשי ללכת במקום כי הוא מושעה באופן מקומי, למשל על פני משטח חלקלק, אשר למעשה מסיר מכניקת מגע האדמה ביותר. זה נעשה שימוש כדי ללמוד התגובות לברוח (Camhi ו Nolen, 1981; Camhi ולוי, 1988), מפנה (Tryba ו Ritzman, 2000a, b;. Gruhn et al, 2009a), הליכה לאחור (גרהם אפשטיין, 1985) או שינוי מהירות (Gruhn et al. 2009 ב) והוא מאפשר הנסיין בקלות לשלב התוך תאיים ופיזיולוגיה עם מנתח kinematic (Gruhn et al. 2006). אנו משתמשים ההתקנה משטח חלקלק כדי לחקור את התזמון של שרירי הרגל על ​​החרק מקל מתנהג בכבוד לגעת למטה ולהרים-off תחת פרדיגמות התנהגותיים שונים כמו הליכה קדימה ישר ומעוקל בהכנות שלם מופחת.

אנו מתארים שיטה להקליט פעילות מוטורית, בעיתוי לאותת רשמה חשמלית הקשר tarsal ב חרק קשור, הליכה על משטח חלקלק. זה משמש כדי לחקור את הבסיס העצבי של התנהגות אדפטיבית תחת השפעה מופחתת של אינטראקציה מכני בין הרגליים דרך המצע.

במחקר של הבסיס העצבי של התנהגות ההליכה, עומדים לעיתים קרובות בפני הבעיה שקשה להפריד בין פלט הפסיעות הנוצר באופן עצבי לבין אלה...

המטרה הכללית של הליך זה היא לנתח את פיזיולוגיית שרירי הרגליים, את התזמון והקינמטיקה שלהם בחרק קשור במצבי הליכה שונים. להנשבית *raus miosis* משמשת למחקר זה מכיוון שהיא גדולה יחסית עבור חרק ובעלת גנגליונים סגמנטריים מופרדים בבירור.ראשית, בעל החיים נקשר ומסומן לצורך מעקב וידאו פלואורסצנטי. לאחר מכן, מוחדרות אלקטרודות EMG לשרירי הפרוטרקטור (protractor) והרטרקטור (retractor). לאחר מכן, מתבצעת הכנת החרק הקשור להקלטת מגע טרסלי (tarsal contact) על פני שטח חלק.השלב הסופי של הפרוצדורה הוא הקלטה סימולטנית של פעילות שרירי הרגליים ומגע הטרסלי (tarsal contact) במהלך מצבי הליכה שונים. בסופו של דבר, ניתן להשיג תוצאות המראות שינויים בתזמון השרירים. בהתאם להקשר ההתנהגותי, רגל משמשת ביתרון המרכזי של שיטה זו על פני טכניקות קיימות כגון מחקר.הליכה על כדורי מסלול (trek balls) מבטלת את הצימוד המכני דרך הקרקע. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בבקרה מוטורית, כגון מידת התרומה של רגל בודדת להליכה בבעל חיים בעל רגליים מוטוריות. ההשלכות של טכניקה זו פותחות את התחום של התנהגות לוקומטורית אדפטיבית, מכיוון שביכולתנו כעת לחקור שינויים במהירות ההליכה ובכיוון ההליכה ברמת הרגל הבודדת, דבר המדגים כי המערך יהיה יעיל.פיטר בוהה, טכנאי במעבדה שלי, שתי לוחות פליז מצופים בניקל המחוברים היטב ומבודדים זה מזה באמצעות רצועה של שני רכיבי אפוקסי ברוחב שני מילימטרים. אלו משמשים להכנת משטח ההליכה החלק עבור בעל החיים; יש לשמן כל חצי של הלוח בנפרד בעזרת תערובת של גליצרין וסליין מוליכה חשמלית באמצעות פיסת טישו רכה. כאשר הפתרון נמרח כראוי, עוביו צריך להיות בין 0.1 ל-0.2 מילימטרים וליצור צמיגות קינמטית של פני השטח של כ-430 centi stokes.שני מסכי זכוכית מט עגולים ממוקמים לפני הפלטה כך שבמהלך הניסוי, הם נמצאים במרחק של 70 millimeters מעיני בעל החיים. כאשר תבנית פסים נעה מוקרנת על מסכים אלה, בעל החיים יתחיל ללכת קדימה. ההליכה מונעת על ידי תבנית פרוגרסיבית בשני המסכים עם פסים הנעים החוצה, או על ידי קרן שחורה בודדת על רקע לבן הממוקמת בין המסכים, אשר יכולה לעורר רצפי הליכה ישרים וממושכים יותר.אם שני דפוסי פסים פרוגרסיביים נעים באותו כיוון, נגזר פנייה. לאחר הרכבת מערך הניסוי, ניתן להכין את בעל החיים לניסוי באמצעות רסן של צמנט דנטלי, כאשר נקבה בוגרת של מקל-שרביט מונחת על צדה הבטני על מקל דק, המחובר לצינור פליז בעל תושבת. הראש והרגליים בולטים מהחלק הקדמי ומהצד של התושבת כדי לאפשר להם תנועה חופשית.בשלב הבא, פיגמנטים פלואורסצנטיים מעורבבים עם דנטל-סמנט (cement dental) ומשמשים לסימון הראש, התורקס (thorax) והחלק הדיסטלי של הפמור (femur) והטיביה (tibia) בכל רגל לצורך מעקב וידאו מאוחר יותר. הפעילות השרירית של בעל החיים מוקלטת באמצעות אלקטרודות EMG המושתלות בתוך התורקס.האות מוגבר פי 100 במגבר קדם (pre amplifier), ולאחר מכן מוגבר פי 10 ומסונן בתדרים שבין 100 hertz ל-2000 hertz לפני המרתו לאות דיגיטלי. האלקטרודות עשויות משני חוטי נחושת מצופים ששמרים בדבק, ולאחר מכן פיתלו זה סביב זה; קצה אחד של החוטים הפיתולים הולחם לתקע מיני (mini plug), ובקצה השני נוקבים חורים קטנים בחטול (cuticle) באמצעות מחץ סיכות זעיר, שדרכם תעבור האלקטרודה. כדי ליצור מגע עם השרירים, מחברים את התקע המיני שבקצה החוט לשקע המחובר לצינור הפליז אליו קשור בעל החיים.החדירו את הקצה החתוך של אלקטרודה דרך החור שנמצא ממש מתחת למסנכרן (cuticle) אל תוך השריר, באופן ששני החוטים של כל אלקטרודה ימוקמו בחורים נפרדים במרחק של כמילימטר אחד זה מזה. כדי לקבע את החוטים במקומם, אנו משתמשים בטיפה קטנה של דבק אקרילי להיסטולוגיה (histo acrylic glue). חוט נוסף מוחדר אל הבטן, אשר ישמש כאלקטרודת ייחוס על מנת להבין את הקשר בין הקינמטיקה של הליכת חרק לבין פיזיולוגיית השרירים.מגע טרסלי במהלך הליכה נמדד במהלך הקלטת EMG; שרוף את הבידוד בקצה של חוט נחושת באורך 15 סנטימטרים באמצעות אלכוהול, כדי לאפשר מדידה של זרימת זרם דרך הטרסוס. לאחר מכן, צור לולאה בקצה אחד של החוט, החלק אותה מעל הטרסוס של החיה והדק אותה בקצה הדיסטלי של הטיביה. את החוט קבע לאחר מכן על בית החזה של החיה באמצעות טיפה של דבק שיניים, ואת מוט הבולסה בתוך צינור הפליז שאליו מודבקת החיה חבר למיקרו-מניפולטור.על מנת לאפשר התאמת גובה של בעל החיים בין 7 ל-12 מילימטרים מעל המשטח החלק, גובה הנובע מגובהו של חרק במהלך הליכה חופשית דרך תפס תנין (alligator crimp). הקצה השני של התיל מחובר לאחר מכן למגבר Lock-in דיפרנציאלי. אנו שמים טיפה של קרם אלקטרודה על נקודות המגע כדי לשפר את מוליכות התיל בקצותיו. המעגל מושלם על ידי חיבור הפלטה למגבר באמצעות תקעים בבסיס הפלטה.מחולל פולסים יוצר אות המופעל על שני חצאי הפלטה באמצעות התקעים הללו. אחד מהמובילים של הפלטה מחובר למגבר ומשמש כאות ייחוס. כעת, כאשר בעל החיים נמצא במקומו והחוטים מחוברים, רגלו הופכת למפסק וזרם יזרום דרך ה-tarsus כדי לסגור מעגל בין הפלטה למגבר.פעולה זו מייצרת אות עם זמן השהיה של פחות ממילישנייה אחת במגע, ואות מושהה בעת ההרמה. עוצמת האות נבדקת על ידי הנעת הטרסוס (tarsus) למעלה ולמטה. לאחר מכן, חוטי ה-EMG מחוברים למגברים.אות ההדק (trigger) למצלמה מוקלט בו-זמנית עם המגע של הטרסום (tarsal contact) ועקומת ה-EMG כדי לאפשר קורלציה של העקומות פריים אחר פריים. כעת ניתן להקליט רצף הליכה כאשר בעל החיים נמצא במקומו וכל הציוד מחובר. התבנית הוויזואלית וההקלטה בווידאו מופעלים בו-זמנית כדי ליצור תיעוד חזותי של התנועה כביקורת.השתמשו במצלמה להסרטה במהירות גבוהה של 100 פריימים לשנייה כדי להקליט את תנועת הרגליים מלמעלה ומבעד למראה המוצבת בזווית של 45 מעלות מאחורי בעל החיים. אם בעל החיים אינו מתחיל לנוע באופן ספונטני, ניתן לגרות אותו בבטן באמצעות מברשת או בעזרת נשיפת אוויר אל המששים. ניתן לשפר כל מעקב אחר הסמנים הפלואורסצנטיים על גוף בעל החיים על ידי הארת בעל החיים במערך של נוריות LED כחולות והצמדת פילטר צהוב לעדשת המצלמה.פעולה זו מדכאת את האורך הגלי הקצר של אור ההפעלה ומוסיפה ניגודיות לסרטון. ראשית, הקליטו את רצף ההליכה של החיה השלמה כביקורת. שינוי הגירויים החזותיים משנה את כיוון התנועה.במידת הצורך, ניתן לקטוע את הרגליים על ידי לחיצת הפמור באמצעות פינצטה, ולאפשר לבעל החיים 30 דקות להתאושש. כעת ניתן להעריך את התפקיד הפיזיולוגי של הרגליים החסרות. הנקודות בתמונה זו מראות את מיקומי האלקטרודות בשרירי הפרוטקטור (protractor) והרטרקטור (retractor) של הרגל האמצעית.בהכנה זו של EMG, הרגליים הקדמיות והאחוריות הוסרו כדי לבחון את השפעת הרגליים השכנות על קינמטיקה ופעילות השרירים של הרגליים האמצעיות. כעת, הנתונים בעקבה זו של בעל חיים הפונה מראים: העקבה העליונה מציגה את עקבת המגע של הטרסליס (tarsal), בעוד שהעקבה התחתונה מציגה את ה-EMG של שריר הרטרקטור (retractor muscle).במהלך צעדים קדימה בתחילת הרישום, הרטרקטור (retractor) פעיל בזמן הדריכה (stance) בעוד הרגל במגע עם הקרקע. לאחר מעבר קצר, הרגל מבצעת צעדים אחורה והרטרקטור פעיל בזמן התנופה (swing), בעוד הרגל נמצאת באוויר. להלן תצוגה מלאה של כל הנתונים שנאספו בזמן שהחיה הולכת; בחלק העליון מופיע רישום ה-EMG של שריר הפרוטרקטור (protractor).במרכז נמצא רישום ה-EMG משרירי הרטראקטור (retractor muscles), ומתחתיו נמצא אות המגע של הטרסוס (tarsal contact signal). בתוך התמונה המוקטנת ניתן לראות את התנועות הממשיות של בעל החיים כפי שנקלטו במצלמה המהירה. הפעילות לסירוגין ברישומי ה-EMG תואמת לפעילות של שני השרירים במחזור הפסיעות.שריר הפרוטרקטור (protractor) פעיל רגע לפני ובמהלך שלב הנדנוד (swing phase), והרטרקטור (retractor) פעיל לאחר הנחיתה ובמהלך שלב הדריכה (stance phase). לאחר השליטה בטכניקה, ניתן לבצע את ההכנה בפחות מ-90 דקות, וניתן לאסוף נתונים למשך מספר שעות לאחר הליך זה. שיטות אחרות, כגון ניתוח קינמטי או הקלטות מתא בודד, ניתנות לביצוע בחיה מתנהגת כמעט שלמה לאחר פיתוחה.טכניקה זו סייעה לחוקרים בתחום הבקרה המוטורית להתמודד עם שאלות בנוגע לאופן שבו איברים בודדים יוצרים דפוסי תנועה גמישים ואדפטיביים.

studying-the-neural-basis-of-adaptive-locomotor-behavior-in-insects

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

פתחנו מערכת מיקרוסקופ מעקב וידאו שיעור שיכול להקליט...

מעקב סי אלגנס ומדידת התנהגות

סרטון זה מתאר כיצד לעקוב אחר זבובים ההולכים בחופשיות כדי להעריך את יכולת התנועה הכללית שלהם. הפרוטוקול המוצג מדגים את הגדרת הבדיקה וניתוח הנתונים באמצעות תוכנת מעקב וידאו.

מעקב אחר זבובים מהלכים בחופשיות: שיטה להערכת תנועה בדרוזופילה

אנו מציגים הליך כירורגי חדשני להשתלת אלקטרודות במנדוקה סקסטה בשלבי המטמורפוזה המוקדמים שלה. טכניקה זו מאפשרת צימוד יציב מכנית ואמין חשמלית עם הרקמה העצבית-שרירית כדי לחקור את הדינמיקה של נוירופיזיולוגיה של טיסה. אנו מציגים גם פלטפורמת ריחוף מגנטית חדשה למחקרים קשורים של פיהוק חרקים.

מותמרים החדרת טכנולוגיה מוקדמת לניטור התנהגות החרקים טיסה

אנחנו פיתחנו בעבר טכניקה להשתלת חוטי tetrode לתוך המתחם המרכזי של מוח של מקק המאפשר לנו לעקוב אחר פעילות ביחידות בודדות של מקקים קשורים. כאן אנו מציגים גרסה שונה של טכניקה המאפשרת לנו גם כדי להקליט את פעילות המוח במעבר חרקים באופן חופשי.

תאי חוט Tetrode הקלטה במוח של חופשיות הליכה חרקים

כאן אנו מתארים טכניקה מיקרוסקופית פשוטה ונגישה לציבור רחב לרכוש וידאו דיגיטלי באיכות גבוהה של מבוגרים תסיסנית ופנוטיפים מוטציה זחל מנקודת מבט לרוחב.

רכישת באיכות גבוהה וידאו דיגיטלי של דרוזופילה Behaviors הזחל ומבוגרים מנקודת מבט רוחבי

היכולת למקם מקור ריח היא הכרחית להישרדות חרק והוא צפויה לחול על מעקב ריח מלאכותי. הרובוט שבשליטת החרקים מונע על ידי silkmoth בפועל ומאפשר לנו להעריך את יכולת מעקב הריח של חרקים באמצעות פלטפורמה רובוטית.

חרקים שבשליטת רובוט: פלטפורמת רובוט נייד על מנת להעריך את יכולת ריח המעקב של חרק

פרוטוקול זה מנתח התנהגות ניווט של זחל דרוזופילה בתגובה optogenetic בו זמנית גירוי של נוירונים חוש הריח שלו. אור של 630 ננומטר אורך גל משמש כדי להפעיל את חוש הריח נוירונים בודדים לבטא של אופסין # רודופסין אדום-העביר ערוץ. תנועת הזחל מתבצע בו זמנית, רשמה דיגיטלית, נותחה באמצעות תוכנה מותאמת אישית-נכתב.

מעקב אחר התנהגות זחל דרוזופילה בתגובה Optogenetic גירוי של חוש הריח נוירונים

פרוטוקול זה מתאר בדיקה התנהגותית לרישום התנהגות חיפוש המעוררת סוכר באמצעות Drosophila melanogaster. הבדיקה יכולה לשמש לחקר התנהגויות הקשורות להאכלה וליקוט מזון, כמו גם את המנגנונים העצביים הבסיסיים.

מעקב אחר התנהגות חיפוש מקומי בדרוזופילה

הפרוטוקול מציג שיטה בעלת תפוקה גבוהה וחסכונית להערכת רעילות עצבית בזבוב הפירות באמצעות כימות תפקוד לקומוטורי כחלופה למודלים מסורתיים של יונקים. מטרתו להעריך את ההשפעות הנוירוטוקסיות של תרכובות פרמצבטיות, גורמים סביבתיים או שינויים גנטיים באמצעות מודל רגיש, ניתן לשחזור וחיובי מבחינה אתית.

ניתוח התנהגותי של תפקוד לקומוטורי ב-Drosophila melanogaster כקריאה לרעילות עצבית

מחקר זה בוחן את השפעת הגיל על התנועה ב-C. elegans על ידי מדידת מעריך ליאפונוב הגדול ביותר (LLE). ככל שהם מתבגרים, C. elegans מראים עלייה וירידה בשליטה המוטורית. התוצאות מראות שיא LLE לאחר חמישה ימים, ואחריו ירידה ככל שהתולעים מזדקנות.

דינמיקה תלוית גיל של תנועה ב- Caenorhabditis elegans: ניתוח מעריך ליאפונוב

למדו את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת בתנועה בחרקים באמצעות שיטה חדשנית להקלטת פעילות שרירי הרגל בחיפושית מקל. השיטה מאפשרת ניתוח מדויק של תזמון שרירים וקינמטיקה בתנאים מבוקרים.

ללמוד את הבסיס העצבי של התנהגות מסתגלת של תנועה בתוך חרקים

גלה סרטונים נוספים