Summary
نحن تصف طريقة لتسجيل النشاط الحركي والتي تزامنت مع إشارة الاتصال الرصغي سجلت كهربائيا في حشرة المربوطة ، والمشي على سطح زلق. ويستخدم هذا لدراسة الأساس العصبي للسلوك التكيف تحت تأثير انخفاض التفاعل الميكانيكية بين الساقين من خلال الركيزة.
Abstract
دراسة الأساس العصبي للسلوك المشي ، واحدة غالبا ما يواجه المشكلة أنه من الصعب الفصل بين الانتاج المنتجة neuronally التنقل من تلك الحركات التي تنتج المحطة من القوات السلبية والتفاعل مع الآخرين من خلال الساقين اتصال مشتركة مع الركيزة. إذا كنا نريد أن نفهم ، التي هي جزء من حركة معينة هي التي ينتجها الجهاز العصبي الناتج المحرك ، وتحليل حركية حركات التنقل ، وبالتالي ، تحتاج إلى أن تستكمل مع التسجيلات الكهربية من النشاط الحركي. غالبا ما تقتصر على تسجيل نشاط الخلايا العصبية في العضلات أو حيوان يتصرف من المعدات الكهربية التي يمكن أن تحد من هذا الحيوان في قدرته على التحرك مع درجة أكبر عدد ممكن من الحرية. يمكن أن يكون هذا إما تجنب زرع أقطاب كهربائية باستخدام وبعد هذه الخطوة ثم الحيوان على حبل طويل (أي Clarac وآخرون ، 1987 ؛. دوتش وفلوغر ، 1995 ؛ بوم وآخرون ، 1997 ؛. Gruhn وRathmayer ، 2002) أو عن طريق يحيل البيانات باستخدام أجهزة القياس عن بعد (Kutsch وآخرون ، 1993 ؛ فيشر وآخرون ، 1996 ؛. Tsuchida وآخرون 2004 ؛. حماة وآخرون ، 2007 ؛. انغ وآخرون ، 2008). كل من هذه الأساليب الأنيقة ، والتي تستخدم بنجاح في جو من المفصليات ، يثبت في كثير من الأحيان من الصعب تطبيقها في الحشرات الصغيرة التي إما سيرا على الأقدام بسهولة الحصول على شباكها في حبل طويل أو تعوقها وزن الجهاز القياس عن بعد والبطاريات والخمسين. بالإضافة إلى ذلك ، في جميع هذه الحالات ، فإنه لا يزال من المستحيل التمييز بين الخلايا العصبية على أساس محض للتنقل ، والآثار التي تبذلها اقتران الميكانيكية بين الساقين المشي من خلال الركيزة. أحد الحلول لهذه المشكلة هو لإجراء التجارب في الحيوانات المربوطة التي هي خالية من السير في المكان وعلق العمل محليا ، على سبيل المثال على سطح زلق ، الذي يزيل بفعالية الميكانيكا الاتصال معظم الأرض. وقد استخدمت هذه الدراسة الى ردود الهروب (Camhi وNolen ، 1981 ؛ Camhi وليفي ، 1988) ، تحول (Tryba وRitzman ، 2000A ، ب ؛. Gruhn وآخرون ، 2009a) ، والمشي إلى الخلف (غراهام وإبستين ، 1985) أو تغييرات في السرعة (Gruhn وآخرون ، 2009b) وأنه يسمح للمجرب بسهولة إلى الجمع بين داخل وخارج الخلية مع الفيزيولوجيا تحليلات الحركية (Gruhn وآخرون ، 2006).
نستخدم سطح زلق الإعداد للتحقيق في توقيت عضلات الساق في الحشرات عصا يتصرف فيما يتعلق لمس أسفل وانطلاقه في إطار نماذج سلوكية مختلفة مثل المشي قدما المستقيمة والمنحنية في الاستعدادات سليمة وتخفيضها.
Protocol
1. على السطح المشي
يتكون سطح المشي السوداء تتكون من لوحات النحاس المطلي بالنيكل two انضم دائم جنبا الى جنب ومعزولة كهربائيا عن بعضها البعض من خلال شريط 2mm واسعة من المكونات 2 الايبوكسي الغراء (UHU زائد ، UHU محدودة ، وألمانيا) مباشرة تحت المحور الطولي لل الحيوان. فهي تنتج المساحة الإجمالية لل13.5x15.5cm (الشكل 1). فصل من الطائرات للنصف الساقين اليمنى واليسرى يسمح بالمراقبة المستقلة للاتصال الرصغي ساق واحدة على كل جانب.
- هي لوحة مشحم مع مزيج الغليسرين / المياه في نسبة الجليسرين أجزاء 95-5 قطع كلوريد الصوديوم ، المشبعة حل لأنقل الانزلاق والتوصيل الكهربائي ، واللزوجة 430cStokes تقريبا (شانكار وكومار ، 1994).
- يطبق هذا الخليط مباشرة على السطح ، وتتوزع مع جزء من الأنسجة الرخوة لضمان وجود سمك الشامل. 0.2mm +0.1.
2. التحفيز البصري الإعداد
- وأثارت حوادث السير باستخدام اثنين من العرض كما وصفها Scharstein (1989) إلى المشروع نمط شريطية على اثنين من الجولة ، والشاشات الزجاجية الأرض (قطره 130mm ، وشاشات Marata ، لينوس الضوئيات ، غوتنغن ، ألمانيا) التي يتم وضعه على مسافة تقريبا. 70MM من عينيه ، وبزاوية 45 درجة في نهاية الجبهة اليمنى واليسرى من لوحة (Fig.1). يبقى طول موجة من نمط ثابت في مخطط λ = 21 درجة. يمكن أن تختلف وتيرة النقيض من المنبهات يتنقل بين 0.35 ، 1.07 ، 0.72 و1.49Hz. منذ تفاعل الحيوانات يعتمد فقط على النقيض ω التردد / λ (ω = السرعة الزاوية ، λ = طول موجة نمط) وإذا كان العكس هو نمط عالية بما فيه الكفاية (وReichhardt فيرمي ، 1963) ، فإننا لم تختلف في جميع أنحاء λ التجارب . الإنارة من المشارب على الجانب المشرق من الحيوان 15cd/m2 تقريبا وعلى النقيض من 0.8. العين مجمع عصا الحشرات (Carausius morosus) من 24 ommatidia في محور ظهراني بطني (Friza ، 1928) وعدد قليل من أكثر في محور rostro - الذيلية. كما زاوية الاختلاف من العصا عين الحشرة هو في المتوسط 6،2 ودرجة (وفولك Jander Henrichs ، 1970) الطول الموجي لدينا نمط ما يقرب من 4 مرات زاوية ommatidia. يتم تعيين هذه التجارب حتى في قفص فاراداي مظلمة ، وأجرى في غرفة مظلمة في 20-22 درجة مئوية.
- هي التي يسببها المشي إلى الأمام من خلال نمط التدريجي على كل الشاشات التي المشارب على الشاشة كل تحرك في الخارج ، أو حزمة واحدة سوداء على خلفية بيضاء وضعت بين الشاشات
- وبفعل تحول المشارب التي تتحرك في نفس الاتجاه على كل الشاشات. أننا لم نعثر على وجود علاقة بين سرعة التحرك والمشارب زاوية بدوره. حالما يتم تعيين الإنارة للنمط مخطط للحث على المشي ، فإنه عادة لا يحتاج إلى مزيد من التعديل ، ولكن يمكن تعديله لحيوانات مختلفة وفقا للحاجة من الجهد لمصابيح الهالوجين في العرض.
3. إعداد الحيوان التجريبي
- تلتصق الإناث عصا الحشرات الكبار (Carausius morosus) (الاسمنت الأسنان ، ProTempII ، 3M ESPE ، سيفيلد ، وألمانيا) على الجانب البطني أسفل عصا البلسا رقيقة (3x5x100mm ، WxHxL) ، والتي يتم إدراجها في أنبوب من النحاس الأصفر الذي موصلات متعددة. ويقام هذا الحيوان أسفل لمدة دقيقة تقريبا حتى الغراء على الأقل جزئيا صلابة.
- الرأس والساقين نتأ من الأمام والجانب من وتد للسماح للحركة فراغهم. منطقة الورك كل الساقين ، وكذلك جزء كبير من البطن يجب أن تكون خالية من اليسار الغراء.
- وتتميز رأس الحشرات ، والصدر ، وينتهي البعيدة كل عظم الفخذ والساق مع أصباغ الفلورسنت (الدكتور كريمر Farbmühle ، Aichstetten ، ألمانيا) مختلطة مع الاسمنت الأسنان لمتابعة الفيديو في وقت لاحق.
4. وضع أقطاب EMG
النشاط العضلي للعضلات الساق مختلفة مثل ، في هذا المثال ، يتم تسجيل المنقلة وعضلات الورك ضام ، والتي تقع في القفص الصدري وتسبب مطل (الحركة إلى الأمام) وتراجع (حركة الى الوراء) من المحطة ، عن طريق أقطاب EMG مزروع في الصدر. وتتضخم تفاضليا جميع التسجيلات EMG. وكان تضخيم إشارة 100X في المضخم (الالكترونيات ورشة عمل ، معهد علم الحيوان ، كولونيا) ، الفرقة تمرير المصفاة ، (100Hz - 2000Hz) ، تتضاعف (10X) ، والمستوردة من خلال تحويل ميلادي في spike2 (Vers.5.05 ، CED ، كامبريدج ، المملكة المتحدة).
- أقطاب كهربائية مصنوعة من أسلاك النحاس المطلي (Elektrisola ، Eckernhagen ، ألمانيا ؛ القطر الخارجي 47μm). قطب واحد ، يتم طخت الأولين الأسلاك مع الغراء ، ثم يتم الملتوية السلكين زجة حول بعضها البعض
- في نهاية واحدة هي ملحوم نهايات الأسلاك الملتوية إلى المكونات الصغيرة. في الطرف الآخر يتم قطع الأسلاك لتوفير ينتهي نظيفة دون عزل لالإدراج في الحيوان.
- الأقطاب EMG هي بلوغيهد في موصل صغير في نهاية أنبوب من النحاس الأصفر.
- ويتم استخدام دبوس minuten لكمة ثقوب صغيرة في إهاب
- ثم يتم فصل نهايات قطع من مسرى وإدراجها في العضلات على مسافة حوالي 1MM عن بعضها البعض ، والتي ، في تجربتنا ، ويعطي اشارة جيدة لنسبة الضوضاء. وينبغي الحرص على عدم إدراج الأقطاب عميقة جدا في العضلات من اجل تجنب الاضرار به. الشكل 2 يبين موقع الأقطاب في القفص الصدري من الحيوان. ويبين الشكل 3 حيوان مع الأسلاك الكهربائي في المكان.
- نستخدم قطرة صغيرة من الغراء histoacrylic (3M Vetbond ، القديس بولس ، MN ، الولايات المتحدة) لعقد الأسلاك في مكانها.
- يتم إدخال سلك الأرض في البطن.
5. تسجيل من الاتصال عظم الكعب
وتسجل دائما الرصغي الاتصال مع آثار EMG. منذ يتم تقسيم سطح زلق إلى نصفين ، ويمكن تسجيل الحد الأقصى من الاتصالات two الرصغي المقابل في نفس الوقت. لهذا الغرض ، يتم استخدام المحطة بأنها "التبديل" لإغلاق الدائرة بين لوحة ومكبر للصوت لل. ويمكن تطبيق الحالي إلى لوحات منفصلة من خلال اثنين من مآخذ على قاعدة كل لوحة. فإننا قادرون على توليد موجة إشارتين مربع مع سعة 2 - 4mV مع مولد النبض (النموذجي MS501 ، والالكترونيات ورشة عمل ، معهد علم الحيوان ، كولونيا) التي يتم التخلص تأخر بنسبة 90 درجة. الاشارات التي الموهن 60dB (/ 1000) وتطبيقها على نصفي من سطح زلق. في هذه التجربة نستخدم سوى واحدة من الإشارات اثنين. ويتم تغذية في وقت واحد قبل ان تتحول الى مكبر للصوت في قفل كإشارة مرجعية. القفل في ومكبر للصوت 2 - المرحلة (الالكترونيات ورشة عمل ، علم الحيوان معهد كولونيا) يضخم بشكل انتقائي اشارات فقط من نفس التردد والطور الإشارة المرجعية المقدمة. والقناة الثانية فقط بالكشف عن المرحلة 90 درجة إشارة مؤجل. ورفض اشارات الضوضاء في ترددات أخرى من التردد ومرجع لا تؤثر على القياس. يتغذى على إشارة خرج مكبر للصوت الى تحويل ميلادي (مايكرو 1401k الثاني ، CED ، كامبريدج ، المملكة المتحدة) والرقمية Spike2 به. اتصال بين لأسفل ورفع خارج من طرسوس ، وعلى من على سطح الأرض الزلقة ، والتدفقات الحالية من خلال لوحة طرسوس والساق في سلك النحاس (أنظر أدناه : 5،3-5،8). مكبر للصوت المختار لديه مقاومة عالية المدخلات (1MΩ) والجهد إشارة صغيرة للغاية من أجل تجنب التأثير على سلوك المشي من الحيوان. وفاة الحالية من خلال طرسوس والساق ما بين 2 و 4NA. المهلة إشارة خلال اللمس أسفل ، بين دخول مواد التشحيم والاتصال السطح أقل من 1ms. الانتقال إشارة اتصال أثناء الانطلاق هي أقل حدة وتأخر أكثر من ذلك. هذا ويرجع ذلك إلى تمزيق المتأخر لزيوت التشحيم من طرسوس التي لها تأثير ارتفاع الشعرية ، ونظرا لحركة الساق دون إكمال انطلاقه في المرحلة سوينغ.
- يتم إدخال أنبوب من النحاس الأصفر مع العصا البلسا التي يتم لصقها على الحيوان الى تسوية للسماح micromanipulator ارتفاع الحيوان في الفترة بين 7 و 12mm فوق سطح زلق ، والذي يتوافق مع الارتفاع أثناء المشي الحرة.
- من أجل قياس تدفق التيار كلما طرسوس الحشرات من الساق مراقبة على الأرض ، وقطع الأسلاك (47μm قطر) الى ما يقرب من القطع 15cm طويلة.
- يتم إزالة العزل من النحاس عن طريق حرق بعيدا مع الكحول.
- يتم تشكيل حلقة مع واحدة من نهاية السلك وانزلق على طرسوس من الحيوان
- يرتبط حلقة في نهاية البعيدة من الساق لتوفير اتصالات جيدة بين الحيوان والأسلاك.
- ثم يتم إصلاح السلك على الصدر من الحيوان مع انخفاض المكون من اثنين من الغراء (ProTempII ، انظر أعلاه) ، وتوصيلها الى مكبر للصوت التفاضلية من خلال المشبك التمساح.
- لتحسين التوصيل من الأسلاك في أهدافها ، وهي قطرة من كريم القطب يتم تطبيق (ماركيت Hellige ، فرايبورغ ، ألمانيا) في مجالات الاتصال.
- ثم يتم اختبار قوة إشارة على الشاشة. يرجع ذلك إلى خصائص منخفضة تمرير تصفية للقفل في مكبر للصوت (10ms وقت ثابت) وlift-off/touch-down التدريجي من طرسوس ، والإشارة ليست إشارة بالضبط مربع. واحد وبالتالي مناسبة لتعيين عتبات على مقربة من نقطة التحول لتحديد التوقيت الدقيق للاتصال الرصغي يدويا والتحقق من كل حدث يحددها البرنامج الرقمي. بناء على اتصال الرصغي ، حددنا الوقت الذي يكون فيه من طرسوس في ساقه التي اعطيت لهم على أرض الواقع والموقف في الوقت عندما كان في الهواء كمرحلة البديل.
- يتم تسجيل إشارة الزناد للكاميرا في وقت واحد مع فريق الإدارة البيئية وتتبع إشارة الاتصال الجفن ، ويسمح الإطار دقيقة عن طريق الارتباط إطار السلوك وآثار مسجل.
6. البصرية تسجيل حركات الساق لتحليل الرقمي
ويمكن تكرار التنقل من الحشرات عصا على الأسطح الزلقة تصل إلى 3 - 4Hz (غراهام وكروز ، 1981).
- قبل ان يسجل متواليات المشي ، ويتم وضع مرآة بزاوية 45 درجة وراء هذا الحيوان أن يكون هناك مراقبة بصرية لمسة إضافية إلى أسفل. يتم تشغيل الكاميرا وخارجيا ويتم تغذية الصور إلى جهاز الكمبيوتر من خلال واجهة السلك الناري.
- نسجل المشي متواليات من فوق مع كاميرا الفيديو عالية السرعة (F - 033C مارلن ، الحلفاء الرؤية تكنولوجيز ، Stadtroda والمانيا) في 100fps لتحليل حركات الساق رقميا ، وربط لهم نشاط EMG الرصغي والاتصال.
- أثناء التسجيل من تسلسل والمشي ، ومضاءة باللون الأزرق الحيوان صفائف الصمام (30 50V العاصمة ، 24cd الإنارة والإلكترونيات ورشة عمل ، معهد علوم الحيوان في جامعة كولونيا) ، والتي يتم تعديلها في كثافة لإلقاء الضوء على علامات الفلورسنت. وفقا للأدب (Schlegtendal ، 1934) ، والحشرات لا تملك عصا رؤية الألوان ونحن لم يلاحظ وجود تأثير سلبي للإنارة ضوء الأشعة فوق البنفسجية على الاستجابة تحول. مرشح الصفراء أمام عدسة الكاميرا يقمع الموجات القصيرة من الضوء التنشيط ويعطي أعلى النقيض لتسجيلات الفيديو.
- ويمكن تحليل ملفات الفيديو باستخدام برنامج تتبع الحركة (WINanalyze ، Vers.1.9 ، Mikromak الخدمة ، برلين ، ألمانيا).
7. تسجيل متواليات المشي
- كعنصر تحكم ، الأول هو تسجيل تسلسل المشي مع حيوان سليمة.
- تم تعيين سرعة نمط شريطية ، وبدأ نمط وتسجيل الفيديو تقريبا في نفس الوقت.
- إذا كان هذا الحيوان لا يبدأ تحرك بشكل عفوي ، ويمكن أن تحفز على البطن مع فرشاة (Bässler وفاغنر ، 1983) ، أو نفخة من الهواء إلى هوائيات. في هذه الحالة ، والحيوانات تطرق الى الجانب الأيسر من البطن تميل الى الاتجاه يسارا والعكس بالعكس. يتم الاحتفاظ نمط شريطية تتحرك حتى توقف عن المشي على الحيوان أو حتى بعد 3 دقائق من التسجيلات المستمر.
- من أجل اختبار مدى النشاط العضلي في ساق واحدة وتعتمد على مدخلات الحسية من الساقين المجاورة ، والتي يسببها هذا الحيوان إلى autotomize ساقيه. موقع انشطار ذاتي حتى يغلق بصورة طبيعية في غضون ثوان. ويرد مثال للحيوان مع الجبهة autotomized ورجليه الخلفيتين في الشكل 3.
- على سبيل المثال ، لإجراء التجارب على الحيوانات فقط بعد أن ساق واحدة متوسطة ، ونحن لحث انشطار ذاتي في الساقين المؤيدة والتي metathoracic معسر عظم الفخذ القريب مع زوج من ملقط (شميت وغروند ، 2003) أو قطع الساقين عند مستوى الورك بعد تسجيل من الحيوان سليمة. بعد ذلك يعطى الحد الأدنى من الوقت للتعافي 30min للحيوان.
- ثم نحن قياسيا جديدا متواليات المشي كما كان من قبل. استعدادات في خفض ، ونحن غالبا ما تحتاج للحث على المشي باستخدام ضربات فرشاة الدهان.
8. ممثل النتائج :
الشكل 1 الإعداد التجريبية ؛ ج : صورة لحشرة عصا مربوطة فوق سطح زلق ، التي تحمل أصباغ الفلورسنت لتتبع السلكية وساق لتسجيل EMG والرصغي القياس للإتصال به. ب : مخطط الأسلاك لتسجيل مزدوج في الساق أثناء المشي الرصغي الاتصال على سطح زلق.
الشكل 2. مواقف لوضع أقطاب كهربائية في عضلات EMG منقلة ومبعاد في القفص الصدري من منتصف الساق عصا الحشرات. ML : الساق المتوسطة ؛ FL : الجبهة الساق
. الشكل 3 عصا الحشرات مع أسلاك EMG في العضلات بين المؤيدين ومبعاد من الساق في منتصف المكان ، وقد أزيلت الأمامية والخلفية الساقين لدراسة تأثير وجود أرجل المجاورة على الكينماتيكا ونشاط العضلات في الساقين في منتصف إعداد مخفضة.
الشكل 4. تتبع مثال للنشاط EMG مبعاد مع إشارة مرجعية للاتصال الرصغي في الساق خلال منتصف داخل تحول. في بداية التتبع (المربع الأزرق الأول) في مبعاد نشطة خلال الموقف ، في حين أن المحطة على اتصال الأرض ("الدائرة المغلقة") ، مشيرا إلى أن المحطة يجعل خطوات إلى الأمام ، وبعد تبديل قصيرة (المربع الأزرق الثانية) ، و مبعاد نشطة خلال سوينغ ، بينما ساقه في الهواء ("الدائرة المفتوحة" ، المربع الأزرق الثالثة) ، والتي تبين حدوث خطوات موجهة إلى الوراء.
الشكل 5. قطة الشاشة لتسجيل من المنقلة (تتبع أعلى) وضام (وسط التتبع) العضلات وسجلت في نفس الوقت تتبع الاتصال الرصغي (تتبع القاع). لاحظ النشاط بالتناوب في آثار EMG الذي يتوافق مع نشاط العضلات اثنين في دورة الخطوة ، وهذا هو النشاط منقلة قبل وأثناءالأرجوحة ، وعندما تتبع إشارات الاتصال الرصغي فقدان الاتصال الأرضية ، والنشاط مبعاد بعد وخلال اتصال لأسفل من طرسوس ، عندما ساق في الموقف. إدراج ملف فيديو يبين مطابقة المقابلة لهذا التسجيل الذي يتم استخدامه للتحقق من سلوك الحيوان.
Discussion
وقد وصفت لدينا الإعداد التي تسمح للجيل يسببها بصريا من تحول السلوك وتصاريح لدرجة كبيرة ولدت من uncoupling neuronally نشاط المشي من الآثار السلبية التي نجمت عن تشريد الميكانيكية للأطراف الأخرى المشي على أرض الواقع. احتمال تدفق المعلومات بين الساقين من خلال الجهاز العصبي حول رد فعل القوات البرية أو الاتصال الرصغي ، من ناحية أخرى ، لا يزال ممكنا ، ويسمح للمجرب لدراسة تأثير مثل هذه المعلومات في إعداد مخفضة. المزايا الرئيسية لبرنامج الإعداد سطح زلق أن تشمل الحيوانات تظهر نزعة عالية جدا على المشي ، ويتعارض مع المشي أو التنقل على treadwheel ، الحيوان يمكن أن تؤدي جولة والحركات المرحلة الموقف في اتجاهات كل من المشي الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، على درجة من الحرية للجميع الساقين تسمح للحيوان لأداء منحنى سواء كان المشي هو إعداد سليمة أو شبه سليمة. لأنه لا يمكن نقل سلبي الساقين ببساطة عن طريق حركة إلى الأمام من الحيوان أو حركة الركيزة تحتها ، ويعكس كل حركة الإخراج الحركي لتلك المحطة (كروز ، 1976 ؛ غراهام وWendler ، 1981). الإعداد هو مناسبة للغاية لتحقيق أساس العصبية من السلوكيات التكيفية مثل تحول إلى الأمام أو إلى الخلف مقابل المشي ، لأن المرء لا يستطيع الجمع بين التسجيلات الكهربية من النشاط الحركي مع تحليل الكينماتيكا حركة الأطراف.
استخدمنا استجابة عصا الحشرات في optomotor لانتزاع المشي. ردود الحيوانات للنمط شريطية الدورية إظهار استعدادها لإجراء منحنى المشي في حين المربوطة على سطح زلق. الأكثر غرابة بالنسبة لنا ، والساقين واحد في التحضير الساق واحدة تظهر نوعيا نفس النمط تتحرك كما في الحيوان سليمة. وبالتالي لدينا سبب للاعتقاد بأن السيطرة على المشي يمكن أن منحنى الدالة إلى حد كبير من دون تنسيق المدخلات الحسية من الساقين المجاورة. سيكون من المهم لاختبار ما اذا كان في تجارب أخرى ويتأثر أيضا نشاط الخلايا العصبية الحركية في الساقين التحفظي من قبل نمط optomotor. ويمكن بسهولة الإعداد يمكن تعديل للسماح للدراسة من المهام الأخرى مثل مستقيم إلى الأمام وإلى الوراء المشي من خلال وضع شريط واحد في الجبهة من حيوان أو سحب بلطف هوائيات.
القياس الدقيق للاتصال الأرض تسمح لنا لربط نشاط العضلات وموقف الساق. القرار الأوان لهذه الإشارات الكهربائية اتصال أفضل من 1ms ويقودنا الى نظرة جديدة في توقيت الانتقال من مرحلة إلى أرجوحة الموقف. القرار هو أسوأ بالنسبة للموقف في التأرجح تمر بمرحلة انتقالية بسبب التأخير في القص من زيوت التشحيم إجراء وعدم وجود حاجة لإكمال انطلاقه خلال مطل على سطح زلق. ومع ذلك ، فإن المعرفة حول الأرجوحة دقيقة للانتقال الموقف هو خطوة مفيدة على وجه الخصوص أولا إذا أردنا أن نفهم الآليات التي تتحكم في العضلات وتوقيت الأنشطة المنسقة للعضلات الساق في سياقات سلوكية مختلفة (انظر أيضا : Büschges وآخرون ، 2008 ؛. وBüschges Gruhn 2008).
كمثال على ذلك ، استخدمنا مبعاد ومنقلة العضلات الورك من الساق المتوسطة ويرتبط نشاطها بالتحديد مع التحول من مرحلة إلى أرجوحة موقف بينما نحن في نفس الوقت رصد سياق السلوكية التي كانت تستخدم في ساقه. لهذا الغرض ، ونحن يسببها المشي وتسجيل نشاط العضلات بشكل مستمر. ويمكن أن تعطى الساق يكون داخل أو خارج ساق ، اعتمادا على اتجاه تحول. في منتصف الساق التنقل ، بوصفها ساق داخل في معنى وظيفي ، يمكن ملاحظة أن مبعاد ومنقلة العضلات يمكن العمل على حد سواء وظيفية بسبب موقف عضلات الساق ينتج متقطع خطوات إلى الوراء ، بالإضافة إلى الخطوات الموجهة إلى الأمام (انظر Fig.4 ).
وتصحيح electromyograms (EMGs) من كل من العضلات وتطبيع للوقت من أسفل لمسة وحسبت كمون والتموج العضلات الأولى. ومن المثير للاهتمام ، والإختفاء من كلا العضلات فيما يتعلق برفع الاقلاع وتهبط ، تعتمد على وظيفة العضلات مثل هذا التأرجح كل موقف أو العضلات (انظر Fig.4) وليس على العضلات نفسها ، وتظهر تغيرات طفيفة في توقيت بدء النشاط. معظم التفسيرات لتغيير الدولة من الأرجوحة لنفترض أن الموقف من إشارات حسية الزناد الاتصال الرصغي بدء الموقف. ويمكن الآن مسألة مثيرة للاهتمام عن كيفية جلب الإختفاء قصيرة بين الأسفل بلمسة وتنشيط العضلات في حوالي عصا الحشرات ، وعلى ما هي المعلومات الحسية التي تعتمد معالجتها مع الإعداد المعدلة.
باختصار ، نحن تظهر الإعداد سطح زلق الذي يسمح لنا للحصول على التوالي ، والمشي بشكل صحيح في منحنى عصا الحشرات ثابتة. الكينماتيكا ، والنشاط العضلي وتوقيت الجفن الأسفل بلمسة وانطلاقه يمكن رصدها ومترابطة في ج two سلوكية مختلفةontexts في نفس الوقت. هذا يعطينا أداة ممتازة لدراسة العلاقة بين النشاط مفصلة العضلات والسياق السلوكية للساق واحدة وكذلك في الحيوانات سليمة والآليات الكامنة.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
نحن نشكر مايكل Dübbert ، أوليفر هوفمان ، هانز Scharstein ، سايدو يان آن وWosnitza لتقديم المساعدة التقنية الممتازة. وأيد هذه الدراسة من قبل منحة DFG بو 857 / 8،10 إلى AB
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-component epoxy glue | UHU plus, UHU GmbH, Germany | ||
| glass screens (diameter 130mm) | Linos Photonics | ||
| dental cement | ProTemp II, 3M ESPE, Seefeld, Germany | 3M Id : 70-2011-0358-0 Catalog Number : 46430 | Available through 3M (http://www.3m.com/)or dental suppliers |
| fluorescent pigments | Dr. Kremer Farbmühle, Aichstetten, Germany | Cat.#s: i.e 56200 Fluorescent Pigment Golden Yellow 56350 Fluorescent Pigment Flame Red | http://kremer-pigmente.de/en or http://www.kremerpigments.com/ |
| histoacrylic glue | 3M | supplier: WPI | |
| coated copper wire | Elektrisola Eckernhagen | http://www.elektrisola.com/ | |
| electrode cream | Marquette Hellige, Freiburg, Germany | Product is now discontinued, we suggest for example: www.grasstechnologies.com | |
| pulse generator | Model MS501, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany | ||
| lock-in-amplifier | Zoological Institute | ||
| AD converter | Cambridge Electronic Design | ||
| preamplifier | Zoological Institute | ||
| high speed video camera | Allied Vision Technologies | ||
| UV LED arrays | Zoological Institute | 30-50V DC, electronics workshop λ390-395nm Luminance 24cd |
|
| Digitalizing software Spike2 | Vers.5.05, CED, Cambridge, UK | ||
| motion tracking software | Mikromak service, Berlin, Germany | WINanalyze, Vers.1.9 |
References
- Bässler, U., Wegener, U. Motor output of the denervated thoracic ventral nerve cord in the stick insect Carausius morosus. J. Exp. Biol. 105, 127-147 (1983).
- Böhm, H., Messai, E., Heinzel, H. -G. Activity of command fibres in free-ranging crayfish, Orconectes limosus Raf. Naturwissenschaften. 84, 408-410 (1997).
- Büschges, A., Gruhn, M. Mechanosensory feedback in walking: from joint control to locomotor pattern. Adv.Insect Physiology. 34, 194-234 (2008).
- Büschges, A., Akay, T., JP, G. abriel, Schmidt, J. Organizing network action for locomotion: insights from studying insect walking. Brain Res Rev. 57, 162-171 (2008).
- Camhi, J. M., Levy, A. Organization of a complex movement: fixed and variable components of the cockroach escape behavior. J Comp Physiol A. 163, 317-328 (1988).
- Camhi, J. M., Nolen, T. G. Properties of the escape system of cockroaches during walking. J Comp Physiol A. 142, 339-346 (1981).
- Clarac, F., Libersat, F., Pflüger, H. J., Rathmayer, W. Motor pattern analysis in the shore crab (Carcinus maenas) walking freely in water and on land. J Exp Biol. 133, 395-414 (1987).
- Duch, C., Pflüger, H. J. Motor patterns for horizontal and upside down walking and vertical climbing in the locust. J Exp Biol. 198, 1963-1976 (1995).
- Fermi, G., Reichhardt, W. Optomotorische Reaktionen der Fliege Musca domestica. Abhängigkeit der Reaktion von der Wellenlänge, der Geschwindigkeit, dem Kontrast und der mittleren Leuchtdichte bewegter periodischer Muster. Kybernetik. 2, 15-28 (1963).
- Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. A radiotelemetric 2-channel unit for transmission of muscle potentials during free flight of the desert locust, Schistocerca gregaria. J Neurosci Methods. 64, 39-45 (1996).
- Friza, F. Zur Frage der Färbung und Zeichnung des facettierten Insektenauges. Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 8, 289-336 (1928).
- Götz, K. G. Principles of optomotor reactions in insects. Bibl. Ophthalmol. 82, 251-2559 (1972).
- Gruhn, M., Rathmayer, W. An implantable electrode design for both chronic in vivo nerve recording and axon stimulation in freely behaving crayfish. J Neurosci Methods. 118, 33-40 (2002).
- Gruhn, M., Hoffmann, O., Dübbert, M., Scharstein, H., Büschges, A. Tethered stick insect walking: a modified slippery surface setup with optomotor stimulation and electrical monitoring of tarsal contact. J Neurosci Methods. 158, 195-206 (2006).
- Gruhn, M., Zehl, L., Büschges, A. Straight walking and turning on a slippery surface. J Exp Biol. 212, 194-209 Forthcoming.
- Gruhn, M., Uckermann, G. von, Westmark, S., Wosnitza, A., Büschges, A., Borgmann, A. Control of stepping velocity in the stick insect Carausius morosus. J Neurophysiol. 102, 1180-1192 Forthcoming.
- Hama, N., Tsuchida, Y., Takahata, M. Behavioral context-dependent modulation of descending statocyst pathways during free walking, as revealed by optical telemetry in crayfish. J Exp Biol. 210, 2199-2211 (2007).
- Hassenstein, B. Über die Wahrnehmung der Bewegung von Figuren und unregelmäβigen Helligkeitsmustern (nach verhaltensphysiologischen Untersuchungen an dem Rüsselkäfer Chlorophanus viridis. Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 40, 556-592 (1958).
- Jander, J. P. Untersuchungen zum Mechanismus und zur zentralnervösen Steuerung des Kurvenlaufs bei Stabheuschrecken (Carausius morosus) [dissertation]. , Universität Köln. Köln. (1982).
- Jander, R., Volk-Henrichs, I. Das strauch-spezifische Perzeptorsystem der Stabheuschrecke (Carausius morosus). Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 70, 425-447 (1970).
- Kirschfeld, K. The resolution of lens and compound eyes. Neural Principles in Vision. Zettler, F., Weiler, R. , Springer Verlag. Berlin. 354-370 (1976).
- Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. Wireless transmission of muscle potentials during free flight of a locust. J Exp Biol. 185, 367-373 (1993).
- A universal projector for optomotor stimulation. Scharstein, H. 17th Göttingen Neurobiology Conference, Göttingen, Germany, , (1985).
- Schlegtendal, A. Beitrag zum Farbensinn der Arthropoden. Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 20, 573-581 Forthcoming.
- Schmidt, J., Grund, M. Rhythmic activity in a motor axon induced by axotomy. Neuroreport. 14, 1267-1271 (2003).
- Shankar, P. N., Kumar, M. Experimental Determination of the Kinematic Viscosity of Glycerol-Water Mixtures. Proc. Mathematical and Physical Sci. 444, 573-581 (1994).
- Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach I. Kinematics and electromyograms. J Neurophysiol. 83, 3323-3336 Forthcoming.
- Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach. II. Extensor motor neuron pattern. J Neurophysiol. 83, 3337-3350 Forthcoming.
- Tsuchida, Y., Hama, N., Takahata, M. An optical telemetry system for underwater recording of electromyogram and neuronal activity from non-tethered crayfish. J Neurosci Methods. 137, 103-109 (2004).
- Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. Active control of free flight maneuvers in a hawkmoth, Agrius convolvuli. J Exp Biol. 211, 423-432 (2008).
