메뚜기에 신경 활동을 특성화하기 위해 다중 단위 기록 방법 ( Schistocerca 아메리카나) 강한 회로

Summary

우리는 invertebrate 후각 경로의 처음 세 단계에서 냄새 evoked 응답을 특징하는 세포 다중 단위 기록 기술의 변화를 보여줍니다. 이 기술은 쉽게뿐만 아니라 다른 신경 시스템에서 앙상블 활동을 검토하도록 구성 할 수 있습니다.

Abstract

후각 신호의 감지 및 해석은 많은 생물의 생존을위한 중요합니다. 놀라운 phyla에 걸쳐 종 화학 물질 감지에 대한 생물학적 접근 방식은 진화의 시간 ¹ 위에 최적화 된 것을 놀랍도록 닮아 후각 시스템을 제안하고 있습니다. 곤충 후각 시스템에서 odorants는 액션 전위의 기차에 화학 자극을 변환 안테나에 후각 수용체 뉴런 (ORN)에 의해 transduced 있습니다. ORNs에서 감각 입력은 다음 antennal 엽 (; 척추 후각 망울에 유사한 구조 AL)에 전달됩니다. ^2,3, AL에서 악취에 대한 신경 표현은 주요 뉴런 (또한 프로젝션 뉴런라고 PNs)의 ensembles에 걸쳐 분산 spatiotemporal 사격 패턴의 형태를 취할. AL 출력은 이후 하류 버섯 몸 (MB), 후각 메모리와 ^4,5 학습과 관련된 구조 캐년 전지 (관세청)에 의해 처리됩니다. 그녀의전자, 우리는 이러한 후각 회로에 냄새 evoked 신경 반응을 모니터링 할 수 electrophysiological 레코딩 기술을 제시한다.

첫째, 우리는 ORNs ^6,7의 인구 수준에서 냄새 evoked 응답을 공부 한 sensillum 기록 방법을 제시한다. 우리는 extracellularly ORN 응답을 모니터링하는 전극 등의 생리 가득 날카롭게 유리 피펫의 사용에 대해 설명합니다. 다음, 우리는 extracellularly 상업 16 채널 전극 ^3을 사용 PN 응답을 모니터링하는 방법을 제시한다. 주문 제작 8 채널 트위스트 와이어 tetrode를 사용하여 유사한 접근 방식은 케니 언 셀 녹음 ⁸ 증명하고 있습니다. 우리는 우리의 실험 설정 및 이러한 기술의 각 현재 대표적인 기록 추적에 대한 자세한 내용을 제공합니다.

Protocol

1. 냄새 준비 및 배달

1. 원하는 농도 수준을 달성하기 위해 볼륨으로 미네랄 오일에서 냄새 솔루션을 희석. 60 ML 유리 병에 미네랄 오일과 odorant의 20 ML의 혼합물을 저장합니다. 입구와 출구 라인을 제공하기 위해, 고무 마개 (게이지 19), 상단에서 하단의 하나는 다른에이 주사기 바늘을 삽입합니다. 이 고무 마개로 유리 병을 봉쇄하고 유입 라인 (그림 1A)에 필터 활성탄을 설계 사용자 정의를 첨부합니다.
2. 탄소 필터는 두 6 ML의 주사기를 사용하여 이루어집니다. 반으로 주사기를 잘라 플런저 끝을 폐기합니다. 열 수축 튜브를 사용하여 같이 연결하기 전에 면화, 활성탄과 남은 조각을 각각 입력합니다.
3. 안테나를 통해 일정한 공기 흐름을 제공 플라스틱 튜브 (Nalgene FEP 관, ID 5.8 mm) (그림 1B에 냄새 병 (폴리에틸렌 관, ID 0.86 mm를 사용하여)의 출구 선을 연결 ).
4. 메뚜기 안테나 몇 cm에 배치 플라스틱 튜브를 사용하여 메뚜기를 향해, ​​직접 탄소 필터링, dehumidified 항공 (흐름 속도, 0.75 L / 분 캐리어 가스).
5. 악취 자극은 병의 냄새 솔루션 위의 정적 헤드 스페이....

Results

두 개의 서로 다른 알코올에 하나의 ORN의 냄새 evoked 응답은 그림 3D에 표시됩니다. 녹음 위치에 따라 (sensilla 종류, 전극의 배치) 멀티 유닛 녹음 달성 할 수 있습니다.

AL 녹화에서 원시 세포 파형은 그림 6A에 표시됩니다. 액션 잠재력 또는 다른 PNs에서 발생하는 다양한 진폭의 스파이크이 전압 추적에서 관찰 할 수 있습니다. 메뚜기 antennal 엽은 흥분성의 프로젝션 뉴런과 억제 뉴런 지역이 있지만, 오직 PNs는 extracellularly ^세 감지 할 수 나트륨 스파이크를 생성합니다. 이 관찰은 여기에서 제시 한 여러 단위 기록 방법을 선택적으로이를 메뚜기에게 후각 코딩을 공부하기위한 매력적인 invertebrate 모델을 만드는 antennal 엽 회로의 출력을 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다하는 것이 좋습니다.

Discussion

대부분의 감각 자극이 뉴런의 ensembles 분산 된 조합 반응을 그대로 보여주고 있습니다. 따라서, 다중 신경 활동의 동시 모니터링 정보가 뇌의 신경 회로에 의해 표현 및 처리 방법에 자극 - 특정 이해 할 필요가 있습니다. 여기, 우리는 곤충 후각 경로를 따라 처음 세 개의 처리 센터에서 냄새 evoked 응답을 특성화하기 위해 세포 다중 단위 기록 기술을 보여주고 있습니다. 우리는 여기서 제시 기법 후각 코딩에 대한 이전 연구의 숫자에 사용하고 있으며이 분야 ^{3,6,13-17에서} 표준 연습되고 있습니다 점에 유의하십시오. 기술을 결합하면 하나가 invertebrate 후각 시스템의 설계 및 컴퓨팅 원리를 조사에 시스템의 접근 방식을 개발할 수 있습니다 여기에 소개했다. 여기, 우리는 이러한 approa을 개척 질 로렌, 마크 Stopfer, 그들의 동료 ^{2,3,8,9,13,16,18-21에} 의해 만들어진 독창적 인 기여를 인식해야합니다ches는 후각 코드의 몇 가지 기본 원칙을 공.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
이름	회사	카탈로그 번호	코멘트
			전기 생리학 장비
AC 증폭기	GRASS	모델 P55	단일 sensillum 녹음을위한
오디오 모니터 (모델 3300)	AM 시스템	940000
16 채널 사전 증폭기 및 증폭기를 주문 제작	칼. 기술. 생물 전자 상점		AL 및 메가바이트 레코딩을위한
데이터 수집 장치	내쇼날 인스트루먼트	BNC-2090
광섬유 조명	WPI	SI-72-8
광원 115 V	WPI	노바
수동 micromanipulator	WPI	M3301R	메뚜기 뇌 레코딩을위한
붐 스탠드에 Stereomicroscope1	Leica	M80	메뚜기 뇌 레코딩을위한
Stereomicroscope2	Leica	M205C	단일 sensillum 녹음을위한
진동 절연 표	TMC	63-500 시리즈
동력 micromanipulator	셔터 악기	MP285 / T
오실로스코프	텍트로닉스	TD2014B
			전극 / 건설 도구
16 채널 전극	NeuroNexus	A2x2-tet-3mm - 150-121	antennal 엽 녹음을위한
필라멘트, ID 0.69 mm로 붕규산 모세관 튜브	셔터 악기	BF120-69-10	유리 전극을 만들기위한
Micropipette 풀러	셔터 악기	P-1000
함수 발생기	멀티 미터 창고	SG1639A	금 도금 전극
골드 도금 용액 (시안화물이 비)	SIFCO 산업	NC SPS 5355
임피던스 시험기	BAK 전자 주식회사	노출-2	금 도금 전극
로터리 스위치	Electroswitch	C7D0123N	금 PL에 대한ating 전극
펄스 아이솔레이터	WPI	A365	금 도금 전극
Q 시리즈 전극 홀더	워너 악기	64-1091
실버 와이어 0.010 "직경	AM 시스템	782500	접지 전극
8 핀 DIP IC 소켓	Digikey	ED90032-ND
필라멘트, ID 0.58 mm로 붕규산 모세관 튜브	워너 악기	64-0787	트위스트 와이어 tetrode 건설
열 총	Weller	6966C
Rediohm-800 와이어	Kanthal 정밀 기술	PF002005
Titer 판 흔드는	열과학적인	4625Q	왜곡 와이어
카바이드 가위, 4.5 "	생명 연구 Instr	25-1000	트위스트 tetrode의 전선을 절단에 대한
좋은 점 핀셋	HECO	91 EF5-SA	분리 하는거 tetrode 와이어에 대한
			냄새 배송
6 ML의 주사기	켄달	1180600777	사용자 정의 설계 활성탄 필터에 대한
브라운 냄새 병	어부	08-912-165
숯	BuyActivatedCharcoal.com	GAC-48C
건조제	Drierite	23,005
Drierite 가스 병을 건조	피셔 과학	09-204
튜브를 수축 가열	3M	EPS-200	냄새 필터 준비
피하 주사기 바늘 알루미늄 허브, 게이지 19	켄달	8881-200136	냄새 병 입구와 출구 라인을 제공
미네랄 오일	Mallinckrodt 화학 물질	6357-04	악취 희석 용
Nalgene 플라스틱 튜브, 890 FEP	열 과학	8050-0310	캐리어 가스 배달
공압 picopump	WPI	시스 - pv820	악취 전송
폴리에틸렌 튜브 ID 0.86 mm	Intramedic	427421	냄새 병 콘센트 connecti에 대한기능 및 생리 풍부 관
스토퍼	랩 순수	97,041	냄새 병을 씰링을위한
시간 테이프	PDC	T-534-RP
배관 luer	콜 - Parmer	30600-66
진공관	McMaster - 카	5488K66
			준비 / 해부
100 X 15mm 페트리 접시	VWR 인터내셔널	89000-304
18 AWG 구리 좌초 와이어	라플란드 Kabel	4510013	와이어 절연은 고무 가스켓으로 사용됩니다
22 AWG 좌초 된 후크 와이어	AlphaWire	1551	뇌플랫폼
바틱과 왁스	자카드	7946000
치과 주변 왁스	헨리 - Schein 치과	6652151
Electrowaxer	Almore 국제	66,000
에폭시, 5 분	Permatex	84,101
피하 주사기 바늘 알루미늄 허브	켄달	8881-200136
Streptomyces griseus의 프로테아제	시그마 - 알드리치	P5147	메뚜기 뇌를 desheathing에 대한
봉합 나사 비 무균	어부	NC9087024	내장 제거 후 복부를 매는위한
Vetbond	3M	1469SB	오전 실링에 대한putation 사이트
뒤몽 # 1 포셉 (거친)	WPI	500335
뒤몽 # 5 티타늄 포셉 (고급)	WPI	14,096
뒤몽 # 5SF 포셉 (수퍼 벌금)	WPI	500085	메뚜기 뇌를 desheathing
10cm는 가위를 해부	WPI	14,393	다리와 날개를 제거
Vannas 가위 (고급)	WPI	500086	foregut 절단, 큐티클을 제거하기위한
			염분 풍부
확장 속도 흐름 조절기로 설정	무어 의료	69,136	생리 흐름을 조절하기위한
IV 관리는로 설​​정Y 분사 사이트	무어 의료	73,190	생리 흐름을 조절하기위한