Summary
El propósito principal de este experimento es entender cómo las neuronas sensoriales primarias transmitir la información de los movimientos y posiciones conjuntas en la información propioceptiva de un animal. Un objetivo adicional de este informe es presentar la anatomía de la preparación mediante la disección y la visualización de las neuronas bajo un microscopio de disección.
Abstract
El propósito principal de este experimento es demostrar la información las neuronas sensoriales primarias de transporte de los movimientos y posiciones conjuntas en la información propioceptiva de un animal. Un objetivo adicional de este experimento es conocer la anatomía de la preparación de tinción, la disección y la visualización de las neuronas sensoriales y las estructuras bajo un microscopio de disección. Esto se realiza mediante el uso de equipos neurofisiológicos básicos para registrar la actividad eléctrica de un órgano receptor de las articulaciones y las técnicas de tinción. El receptor de los músculos de órganos (MRO) del sistema en el cangrejo de río es análoga a la de los husos musculares intrafusales en los mamíferos, lo que ayuda a servir como modelo comparativo que se encuentra más accesible para los registros electrofisiológicos. Además, se trata de identificar las neuronas sensoriales de los preparativos. La preparación es viable en una solución salina mínimo de horas que se presta para los ejercicios de laboratorio de los estudiantes. El MRO es también susceptible a la neuromodulación, que anima a las preguntas intrigantes en los sitios de acción moduladora y la integración de señales dinámicas de los movimientos y la posición estática con una ganancia que se puede cambiar en el sistema.
Protocol
1) INTRODUCCIÓN
Propioceptores son las neuronas que detectan la posición de las articulaciones, dirección, velocidad, y estirar los músculos. La propiocepción es una modalidad sensorial única, porque propioceptores son interoceptores y los estímulos sensoriales en el cuerpo en vez de desde el mundo exterior.
En el sistema de vertebrados, parece que muchas de las articulaciones y los receptores de tensión no son necesarias para detectar la información propioceptiva bruto. El annulospiral y flowerspray (terminaciones nerviosas), los receptores en las fibras musculares se ha demostrado mediante la ablación, así como estudios de vibración y anestesia a los dos grupos esenciales de los receptores necesarios para la propiocepción (Burgess et al. Para una revisión de 1982). Sin embargo, es notable que hay información redundante recogida por otros receptores, como los de las articulaciones, que se utilizan para el control fino de movimientos. Artrópodos, como los vertebrados tienen apéndices articulados. Por lo tanto, no es sorprendente que los propioceptores descrito para los vertebrados tienen su contraparte en las extremidades y las articulaciones de artrópodos.
La disposición anatómica de los órganos chordotonal en cangrejos permite el análisis de cada neurona individual de acuerdo a la función. Además, las cuestiones de desarrollo se puede abordar como el animal crece o cuando el animal se regenera un miembro (Cooper y Govind, 1991; Hartman y Cooper, 1993). Algunos órganos comunes chordotonal en cangrejos contienen cientos de neuronas sensoriales primarias (Cooper, 2008) y estas neuronas seguimiento de los aspectos en el fraccionamiento gama de movimientos y posiciones de la articulación. Un sistema propioceptivo menos complejos para controlar los movimientos comunes y las posiciones son los órganos receptores de los músculos (OPF) en el abdomen de los cangrejos de río (Eckert, 1961a, b; McCarthy y MacMillan, 1995). Los mecanorreceptores en OPF abdomen cangrejos transducir un estímulo de estiramiento en las terminaciones sensoriales, incrustado en un músculo, en un potencial receptor calificado. Cuando el potencial supera un umbral, un potencial de acción tendrá como resultado en la base del axón. Esto es lo que se define y se conoce como "el lugar de inicio de pico" en la neurobiología. En este sistema el cuerpo celular se encuentra en estrecha aposición con el músculo que controla. Dos tipos distintos de receptores de estiramiento existe en este sistema sensorial: una lenta adaptación y un receptor rápido de adaptación. La actividad depende de la fuerza del estiramiento mecánico. El sistema de MRO en el cangrejo de río es análoga a la de los husos musculares intrafusales en los mamíferos y los músculos también tienen el control eferente de mantener el carácter tenso de los músculos como se conoce a los músculos intrafusales en los mamíferos.
Las neuronas sensoriales del huso muscular en los mamíferos son difíciles de investigar electrofisiológicamente debido a la naturaleza pequeña de las terminaciones sensoriales. También es difícil de rastrear la ubicación de los cuerpos celulares en el ganglio de la raíz dorsal de sus terminaciones periféricas. En comparación, las neuronas de MRO en cangrejos de río son de fácil acceso para los electrodos extracelulares e intracelulares de las grabaciones a largo plazo. Los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales MRO son relativamente grandes (50 a 100 micras de diámetro). Las neuronas sensoriales también han servido como modelo para abordar cómo "estirar activado" los canales en función de las neuronas, el flujo iónico, el canal de distribución y la densidad de las neuronas sensoriales (Brown et al, 1978;. Edwards et al, 1981;. Erxleben, 1989; Hunt et al, 1978;. Purali y Rydqvist, 1992; Rydqvist y Purali, 1991; Rydqvist y Swerup, 1991; Cooper et al, 2003).. La integración de la información sensorial de la MRO en un segmento puede influir en otros segmentos adyacentes (Eckert, 1961a, b). Hay algunos informes sobre la modulación de la información sensorial de la MRO (Pasztor y Macmillan, 1990;. Cooper et al, 2003). Modulación de los circuitos neuronales es un área rica para futuras investigaciones de ciencia básica y la preparación puede servir de base en los mamíferos para aplicaciones futuras, posiblemente en la médula espinal de los vertebrados (Rossignol et al, 2001, 2002;. Donnelan, 2009)
1.1) Los resultados del aprendizaje
En este experimento de laboratorio, uno se la disección de un abdomen cangrejos de río y aprender la anatomía y la fisiología asociada de la MRO. Uno aprende a controlar la actividad neuronal con las grabaciones extracelular y el uso de equipo electrofisiológico común. Uno gráfica e interpretan los datos obtenidos sobre la base de la estimulación sensorial siempre. La estimulación sensorial van desde posiciones estáticas, así como los movimientos dinámicos del segmento que se controle. Uno de ellos abordará el concepto de propiocepción en este sistema sensorial y su importancia. Adaptación sensorial se puede observar en una serie de experimentos. La importancia, así como el posible mecanismo detrás de la adaptación sensorial serán abordados por los estudiantes.
2) los métodos
2.1) Materiales
2.2) Configuración
Figura 1: El equipo creó
- Configuración de la jaula de Faraday. El microscopio, iluminación de alta intensidad, micromanipulador, y el baño de solución salina a todos, se creará dentro de la jaula (La jaula de Faraday se utiliza para bloquear campos eléctricos externos que puedan interferir con el registro eléctrico).
- Configuración del microscopio en una posición en la que tiene vistas a la platina del microscopio.
- La posición de la iluminación de alta intensidad en una posición cómoda.
- Prepare un baño de solución salina con solución salina en un plato de cangrejos de río Sylgard y colocarlo bajo el microscopio (aquí es donde el abdomen cangrejos disecados será colocado).
- La posición del micromanipulador en una posición en el electrodo de succión tiene fácil acceso al baño de solución salina.
- De succión de hasta salina hasta que esté en contacto con el alambre de plata en el interior del electrodo de succión. Organizar el otro cable en la parte cortada hacia un electrodo de succión cerca de la punta del electrodo, por lo que ambos conductores se pondrá en contacto con el baño de solución salina.
- Conecte el amplificador diferencial AC / DC (amplificador) a la alimentación 26T laboratorio. Para ello, conectar el cable adecuado a partir de la entrada 1 en el PowerLab 26T a la salida del amplificador.
- Los controles del instrumento amplificador se debe establecer los siguientes ajustes:
- High Pass-DC
- Filtro Notch-OFF
- De paso bajo a 20 kHz
- Capacidad de la izquierda .- Comp
- DC Offset Artes y Curso de mando-en sentido contrario
- DC Offset (+ OFF) - OFF
- Ganancia de mando-50
- De entrada (DIF MONO GND) - DIF
- MODE (STIM-GATE-REC) - REC
- ΩTEST-OFF
- Los controles del instrumento amplificador se debe establecer los siguientes ajustes:
- Conecte la etapa de la cabeza a la "entrada de la sonda" en el amplificador.
- Conecte los cables eléctricos de los electrodos de succión para la etapa de la cabeza. Los cables deben estar conectados con el rojo (positivo) en la parte superior izquierda, el verde (tierra) en el medio, negro (negativo en la parte inferior. Esto se indica en la Figura 2. El cable de tierra solo se puede poner en el baño de solución salina.
Figura 2: Configuración del Jefe etapa - A continuación, conecte el cable USB de la 26T PowerLab a la computadora portátil. Asegúrese de que tanto el amplificador y PowerLab26T están conectados y encendidos antes de abrir LabChart7 en el ordenador.
- Abrir LabChart7.
- La caja de LabChart Centro de Bienvenida se abrirá. Cerca de ella.
- Haga clic en Configuración
- Haga clic en configuración de canal. Cambiar el número de canales a 1 (parte inferior izquierda del cuadro) pulse OK.
- En la parte superior izquierda de la tabla del conjunto de ciclos por segundo a cerca de 2k. Establecer los voltios (eje Y) a unos 500 o 200 mV.
- Haga clic en el canal 1 a la derecha del gráfico. Haga clic en la entrada de amplificador. Asegúrese de que la configuración: un solo terminal, junto ac, y se invierte (se invierte la señal si es necesario), y anti-alias, se comprueban.
- Para comenzar a iniciar la grabación de prensa.
2.3) La disección
- Cangrejo de río (Procamarus clarkii) que mide 10.6 cm de longitud del cuerpo debe estar ya colocado en hielo para anestesiar a los animales antes de la disección comienza.
- Mantener los cangrejos anestesiados por detrás de las garras con una sola mano. Rápidamente, procedente de la cuenca del ojo hasta la mitad de la cabeza a ambos lados, y luego decapitar a los cangrejos de río (Nota: la sangre de la preparación será pegajoso cuando se seca, así que lave las herramientas cuando esté terminado).
Figura 3: La decapitación de los cangrejos - Una vez que el cangrejo es decapitado, corte entre el tórax y el abdomen (la cola) en la parte ventral. Debe ser fácil de separar el abdomen del tórax. Nota: Si el cangrejo es un hombre, cortar el stylets (masculino partes reproductivas) antes de separar el abdomen y el tórax. (Se muestra en la Figura 4A).
Figura 4: Aislamiento del abdomen- Coloque una hoja de la tijera en el abdomen, y con las puntas de las tijeras en dirección opuesta a la preparación, corte a lo largo del borde lateral. Repetir en el lado opuesto.
Figura 5: la disección longitudinal de abdomen - Tome el extremo posterior de la pinza (# 3) y empujar los músculos y el tracto gastrointestinal hacia el lado dorsal de la preparación. Asegúrese de no empujar hacia abajo en los músculos.
- Corte a través de (lateral a lateral) de la última costilla para eliminar la parte ventral de la cola.
Figura 6: La eliminación de parte ventral del abdomen - Emerge la preparación de cangrejo de río de solución salina (una solución modificada de Van Harreveld).
- En cuanto a la preparación en el microscopio, la profundidad del músculo extensor medial (DEM) puede ser localizado por sus fibras retorcidas en espiral, y el profundo músculos extensor lateral, con fibras lineales se pueden distinguir (ver figuras 1 y el Apéndice 2). Coloque dos clavos en la región sagital medio en la parte distal del abdomen, entre los músculos de la DEM en la primera y segunda costillas (Figura 7).
Figura 7: Garantizar la preparación para la grabación del nervio que contiene los nervios sensoriales MRO. - Los manojos de nervios que se utilizará para grabar de correr a lo largo del borde lateral al lado de la cutícula (Figura 7). (Puede que sea necesario para hacer estallar en la preparación o la gota de solución salina en la bañera con un gotero para localizar el nervio por su movimiento)
Nota:
Cada segmento abdominal tiene dos juegos de las OPF con rapidez y de adaptación lenta-en el hemisegments derecha e izquierda. Los haces nerviosos asociados corren a lo largo del borde lateral al lado de la cutícula. Este es el conjunto de nervios que se va a grabar a partir de. Uno no va a ser capaz de ver las OPF, ya que se encuentran en la DEL1 y dos músculos (Figuras 1 y el Apéndice 2). Figura 8 proporciona una visión general de las disecciones que se hizo con el fin de aislar el abdomen.
Figura 8: Vista general de la disección en general para aislar el abdomen. A, B y C son la serie de pasos en la disección de los cangrejos de río.
3) Resultados
3.1) de grabación
Respuestas generalizadas obtenidas a partir de la lenta y de rápida adaptación de las OPF durante el estiramiento y el mantenimiento de un tramo se muestra en la Figura 9. En este ejercicio será una grabación de los dos OPF juntos como sus axones están contenidos en el paquete mismo nervio.
Figura 9: El cangrejo tiene dos tipos de neuronas en el MRO. El fásica, que están inervadas por axones motores rápidos, y la tónica que están inervadas por axones motores lentos. (A) Cuando un receptor es estimulado tónica que se adapta lentamente a los estímulos y sigue un patrón de activación constante de potenciales de acción. (B) Cuando un receptor es estimulado fásico que se adapta rápidamente a los estímulos y sólo se activa un patrón corto de potenciales de acción.
Todo el nervio que contiene las neuronas motoras y sensoriales se registra a partir de (Figura 10). Sin embargo, uno sólo detectará las neuronas sensoriales como la unidad de motor se ha roto el cordón nervioso ventral del animal.
Figura 10: El conjunto de nervios que se absorbida en el electrodo de registro. (A) El nervio libre se muestra flotante sobre el abdomen disecados. (B) describe el paquete de nervios y el cierre de electrodos de aspiración de plástico por el nervio. (C) El nervio segmentario se tira en el electrodo de succión, que se resume en azul.
Uno ya está listo para registrar las respuestas eléctricas de las OPF.
- Colocar la preparación en el ámbito de disección y preparación del conjunto de la grabación de hasta.
- Conectados a tierra el baño mediante la colocación de un cable de tierra de plata-cloruro en el baño y el otro extremo a un terreno común. Nota: A veces esto puede causar el ruido eléctrico durante la grabación. Si ocurriera esto, no suelo del baño.
- Utilizar el microscopio para determinar el valor de ser registrados
Nota: Busque el segmento con el nervio más accesible. El nervio es de color blanco, y se puede ver mediante el uso de la pipeta para aerosol salino que rodea al nervio o por ligera que sopla en la preparación. Esto hace que el nervio para moverse y hace que sea más fácil de identificar. - Ahora que el nervio ha sido identificado colocar el electrodo de succión de la micromanipulador directamente sobre el nervio (Figura 10).
- Tire suavemente de la jeringa para extraer el nervio en el electrodo (se puede ver el nervio siendo arrastrada hacia el electrodo con el uso del microscopio).
- Pulse el botón de inicio en Labscope7.
- Usando las pinzas suavemente mueva la cola de los cangrejos de río arriba y abajo de 180 a 45 y 90 ángulos. Note la diferencia en las grabaciones en cada ángulo. (Cuando se cambia la posición de los ángulos de asegurarse de tener en cuenta los cambios de ángulo con la misma actividad neuronal en la pantalla. Esto se puede hacer a utilizar la marca de comentario en el software.)
- Registrar los movimientos de respuesta a los diversos movimientos estáticos en la tabla de abajo.
- Mantenga la cola del cangrejo de río en una de 45 ° durante quince segundos.
- Push parada en la pantalla LabChart7. Anote el número de potenciales de acción que se produjeron durante el último registrado.
- Mantenga la cola del cangrejo de río en un 45 º durante un minuto.
- Push parada en la pantalla LabChart7. Anote el número de potenciales de acción que se produjeron durante el último registrado.
Gráfico 1:
| Ángulo (°) | # De potenciales de acción en 1 segundo después de 3 segundos | # De potenciales de acción en 1 segundo después de 10 segundos |
| 180 ° (plano) | ||
| 45 ° | ||
| 90 ° | ||
Preguntas para reflexionar mientras se realizan estos experimentos son las siguientes: ¿Existe un patrón y una respuesta consistente a la extensión y los movimientos de flexión de la articulación? ¿Qué tipo de respuestas son evocados por clavos o la celebración de la telson en varias posiciones fijas? Es que la respuesta consistente cuando se repite?
Hacer notas detalladas de los tipos de respuestas observadas. Después de que usted esté satisfecho con sus observaciones, hacer registros permanentes de esta actividad por guardar los archivos de datos. Una vez satisfecho con las observaciones que ha hecho en el segmento 3, pasar a más grabaciones de los nervios en los segmentos de 4 o 5 y en el otro lado del segmento 3 para observar la actividad.
Uno puede desear para determinar si neuromoduladores (octopamina, la serotonina y proctolin) u otros compuestos o una composición alterada de la naturaleza iónica de la solución salina produce respuestas diversas a partir de los obtenidos en la solución salina se define.
3.2) La tinción con azul de metileno
Uno puede ser capaz de diseccionar el músculo (véase el apéndice) para ver las operaciones principales de financiación, con una técnica de tinción. Tomar el preparado y se vierte la solución salina de cangrejos de río. Coloque aproximadamente 5 ml de solución de azul de metileno en la preparación y agitar suavemente el plato durante unos minutos. A continuación, vierta el exceso de azul de metileno en el contenedor de residuos y verter solución salina fresca en la preparación. Ahora ponga el plato bajo el microscopio de disección para comenzar el músculo para ver las OPF. Cortar el segmento a lo largo de la costilla (lateral sagital medio) mediante la colocación de una parte de las tijeras debajo del músculo y tirando hacia arriba como se corta a lo largo del músculo. Una vez que el DEL 1 y 2 se cortan los músculos luego retire la parte posterior del músculo y una delgada capa de músculo (SEM) se debe observar. El OPF son las dos últimas fibras medial situado paralelamente al músculo hélice (Figura 11).
"Alt =" Figura 11 "/>
Figura 11: El esquema de un segmento abdominal ilustra los grupos musculares (A) y una preparación teñida con azul de metileno (B) ayuda a identificar los grupos musculares en una preparación intacto. El área mostrada en el A se muestra en B con una vista ampliada. En B, la DEL1 y 2 grupos de músculos que no se cortan como se muestra en la mitad inferior del esquema como se muestra en A.
En ejercicios de alumnos uno podría desear que los estudiantes contesten las siguientes preguntas:
- ¿Qué es un receptor interoceptiva?
- ¿Cómo se relacionan con los receptores interoceptiva propioceptores?
- Explicar la adaptación sensorial y la forma en que podrían estar relacionados con esta práctica de laboratorio.
- ¿Cuál es el fraccionamiento de rango? ¿Qué le permite el sistema nervioso central a hacer?
- Es la neurona que registró una neurona tipo fásico o tónico? ¿Por qué?
(Sugerencia: ¿Qué le postular la actividad de las neuronas motoras se vería en relación con la actividad de las neuronas sensoriales dentro de un animal intacto) - En una hoja de papel dibuje un gráfico del ángulo de la cola de cangrejo de río frente a la frecuencia de la AP.
- Explicar una tendencia que se pudieran observar en el gráfico
Discussion
Los datos facilitados en la película y el texto asociado han proporcionado los pasos claves a fin de registrar lo suficiente la actividad en el MRO de los cangrejos de río en el lugar. Uno de los objetivos de nuestro informe es aumentar la conciencia en el potencial de esta preparación en los estudiantes ejecutar los laboratorios de investigación para enseñar los conceptos fundamentales de la fisiología sensorial. Los preparativos son muy robustos en la viabilidad, mientras se bañaba en una solución salina mínima.
El control de motores en los músculos de la MRO ha sido identificado, pero la regulación de la transmisión y el potencial de la plasticidad sináptica, así como la eficacia de la transmisión de las neuronas excitadoras e inhibidoras sigue siendo un espacio abierto para la investigación (Elekes y Florey, 1987a, b; Florey y Florey, 1955; Kuffler, 1954; Kuffler y Eyzaguirre, 1955).
Esta preparación se puede utilizar para investigar una serie de condiciones experimentales, así como el área de distribución natural de locomoción dentro del animal para comprender mejor la biología de la MRO para la investigación primaria, así como con fines demostrativos. Las propiedades biofísicas de estas neuronas sensoriales en parte ha sido abordado en su naturaleza de adaptación en la actividad neuronal con un estímulo mantenido (Brown et al, 1978; Edwards et al, 1981;. Purali, 1997; Rydqvist y Purali, 1991; Rydqvist y Swerup, 1991). Sin embargo, sólo unos pocos neuromodulación dirección informes sobre estos receptores sensoriales y fibras musculares asociados (Cooper et al, 2003;. Pasztor y Macmillan, 1990). Los informes de acuerdo con sólo unos pocos de los muchos compuestos que son conocidos por estar presentes en la hemolinfa. Moduladores de muchos cócteles y de los moduladores quedan por examinar en el complejo de MRO (músculos y neuronas). Pasztor y Macmillan (1990) ha examinado los neuromoduladores 5-HT y octopamina sobre la actividad de las operaciones principales de financiación entre las distintas especies de crustáceos y señaló que existen diferencias entre las especies. Que no examinó en detalle la influencia a largo plazo de estos neuromoduladores, ni los efectos sobre la actividad en diferentes posiciones estáticas de la MRO.
Este tipo de preparación puede ayudar a comprender la base de la percepción sensorial y la regulación del procesamiento neural que es importante en la rehabilitación y el tratamiento de la enfermedad para los seres humanos con la anormalidad de unidades motoras (Patel et al, 2009;. Rabin et al, 2009;. Marino et al ., 2010). Los diferentes tipos de entrada y los patrones de activación para vigilar los movimientos conjuntos en los preparativos de invertebrados accesible puede ser utilizado en la robótica / prótesis (Macmillan y Patullo, 2001). Todavía hay muchas preguntas en espera de respuestas en esta preparación que puede ser beneficioso en un número de maneras.
Disclosures
No hay conflictos de interés declarado.
Acknowledgments
Con el apoyo de la Universidad de Kentucky, Departamento de Biología de la Oficina de Estudios de Grado y la Facultad de Artes y Ciencias.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PowerLab 26T |  ADInstruments |
||
| LabChart 7 | ADI Instruments, Colorado Springs, CO, USA |
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