Summary

على<em> في المختبر</em> إعداد والحث على تسجيل البرامج موتور تغذية مع الحركات الفسيولوجية في<em> Aplysia californica</em

Published: December 05, 2012
doi:

Summary

وصفنا تقنية لتسجيل خارج الخلية وتحفيز من الأعصاب والعضلات، والخلايا العصبية التي تم تحديدها الفردية<em> في المختبر</em> مع طلب ومراقبة أنواع مختلفة من السلوكيات التغذية في الجهاز تغذية<em> Aplysia</em>.

Abstract

تعدد الوظائف، قدرة هيكل واحد الطرفية لتوليد متعددة، والسلوكيات المتميزة يسمح الحيوانات على التكيف بسرعة مع تغير تصرفاتهم البيئات. والرخوي البحري Aplysia californica يوفر نظام لين العريكة لدراسة تعدد الوظائف. أثناء الرضاعة، Aplysia يولد العديد من أنواع متميزة من السلوكيات باستخدام جهاز تغذية نفسه، كتلة الشدق. العقدة التي تتحكم في هذه السلوكيات تحتوي على عدد من الخلايا العصبية، التي تم تحديدها كبيرة التي يمكن الوصول إليها لدراسة الكهربية. وقد وصفت نشاط هذه الخلايا العصبية الحركية في برامج التي يمكن تقسيمها إلى نوعين، برامج ابتلاعي وegestive، استنادا إلى توقيت النشاط العصبي الذي يؤدي إلى انغلاق النسبي الممسك الغذائية إلى أن النشاط العصبي أو يطيل أمد تتراجع في الممسك 2. ومع ذلك، في العقد المعزولة، وحركات العضلات التي من شأنها أن تنتج هذه السلوكيات غائبة، مما يجعل منمن الصعب أن تكون على يقين ما إذا كانت البرامج هي المحرك لاحظ يرتبط من السلوكيات الحقيقية. في تسجيلات الجسم الحي، الأعصاب والعضلات قد تم الحصول عليها الموافق برامج التغذية 2،3،4، ولكن من الصعب جدا لتسجيل مباشرة من الخلايا العصبية الفردية 5. بالإضافة إلى ذلك، في الجسم الحي، يمكن ابتلاعي برامج تقسيمها الى مزيد من لدغ ويبتلع 1،2، وهو التمييز الذي جعل من الصعب في معظم موضح سابقا في الأعمال التحضيرية المختبر.

وعلقت كتلة إعداد الشدق (الشكل 1) يسد الفجوة بين العقد المعزولة والحيوانات سليمة. في هذا الإعداد، والسلوكيات ابتلاعي – بما في ذلك كل من العض والبلع – يمكن والسلوكيات egestive (الرفض) أثارت، في نفس الوقت الذي يمكن تسجيلها من الخلايا العصبية الفردية وتحفيز استخدام الأقطاب الكهربائية خارج الخلية 6. يمكن تغذية الحركات المرتبطة بهذه السلوكيات المختلفة تكون RECORدائرة التنمية الاقتصادية، كميا، وتتصل اتصالا مباشرا البرامج الحركية. البرامج الحركية في إعداد الشامل الشدق علقت تبدو أكثر مماثلة لتلك التي لوحظت في الجسم الحي من برامج والمحركات أثارت في العقد المعزولة. وهكذا، يمكن للبرامج في هذا المحرك تكون أكثر استعدادا تتعلق مباشرة في السلوك الجسم الحي، وفي الوقت نفسه، الخلايا العصبية الفردية في متناول تسجيل والتحفيز مما كانت عليه في الحيوانات سليمة. بالإضافة إلى ذلك، كما يمكن خطوة وسيطة بين العقد المعزولة والحيوانات سليمة والنتائج من كتلة الشدق المساعدات في تفسير البيانات التي تم الحصول عليها في بيئات أكثر انخفاض كل من وسليمة أكثر. وعلقت كتلة إعداد الشدق هو أداة مفيدة لتحديد خصائص التحكم العصبي في تعدد الوظائف في Aplysia.

Protocol

1. إعداد حلول لإعداد محلول كلوريد المغنيسيوم وهذا هو متساوي التوتر إلى مياه البحر التي يتم الاحتفاظ الحيوانات (~ 1000 millosmolar)، مارك إبريق كبير على مستوى حجم المطلوب. ملء إبريق الماء المقطر مع ما يقرب من 80٪ من هذا المستوى، ?…

Representative Results

When an extracellular electrode is positioned above a neuron’s soma and used to stimulate the neuron, a one-for-one correspondence between spikes on the soma channel and on the nerve(s) the neuron projects to can be observed (Figure 6, left panel, stimulation of identified neuron B9). The soma channel (top channel) is set to stimulating mode when the current is applied (time 1 in the figure), and is then quickly switched to recording mode (time 2). By maintaining the position of the electrode, the…

Discussion

وقد تميزت الأعمال السابقة Aplysia البرامج الحركية في الحيوانات سليمة وانخفاض في الأعمال التحضيرية، مثل العقد المعزولة. في الحيوان سليمة، على الرغم من التسجيلات قد تم الحصول عليها من الخلايا العصبية الفردية مثل هذه التجارب هي صعبة للغاية، ولا يمكن أن يتم ن?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح NS047073 وNSF DMS1010434 المنحة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium chloride Fisher Scientific S671 Biological, Certified
Potassium chloride Fisher Scientific P217 Certified ACS
Magnesium chloride hexahydrate Acros Organics 19753 99%
Magnesium sulfate heptahydrate Fisher Scientific M63 Certified ACS
Calcium chloride dihydrate Fisher Scientifc C79 Certified ACS
Glucose (dextrose) Sigma-Aldrich G7528 BioXtra
MOPS buffer Acros Organics 17263 99%
Carbachol Acros Organics 10824 99%
Sodium hydroxide Fisher Scientific SS255 Certified
Hydrochloric acid Fisher Scientific SA49 Certified
Single-barreled capillary glass A-M Systems 6150  
Flaming-Brown micropipette puller model P-80/PC Sutter Instruments   Filament used: FT345B
Enamel coated stainless steel wire California Fine Wire   0.001D, coating h
Household Silicone II Glue GE    
Duro Quick-Gel superglue Henkel corp.    
A-M Systems model 1700 amplifier A-M Systems   Filter settings: 300-500 Hz nerves,10-500 Hz I2 muscle
Pulsemaster Multi-Channel Stimulator World Precision Instruments A300  
Stimulus Isolator World Precision Instruments A360  
AxoGraph X AxoGraph Scientific    
Veeder-Root Totalizing Counter Danaher C342-0562  
Gold Connector Pins Bulgin SA3148/1  
Gold Connector Sockets Bulgin SA3149/1  
Sylgard 184 Silicone Elastomer Dow Corning    
100 x 50 mm Crystalizing Dish Pyrex    
High Vacuum Grease Dow Corning    
Pipet Tips Fisher Scientific 21-375D  
Minutien Pins Fine Science Tools 26002-10  
Modeling Clay Sargent Art 22-4400  
Silk Sutures Ethicon K89OH  
Whisper Air Pump Tetra 77849  
Aquarium Tubing Eheim 7783 12/16 mm
Elite Airstone Hagen A962  
Vannas Spring Scissors Fine Science Tools 15000-08  
Dumont #5 Fine Forceps Fine Science Tools 11254-20  
Yaki Sushi Nori Seaweed Rhee Bros    
Kimwipes Kimberly-Clark 34155  

References

  1. Neustadter, D. M., Herman, R. L., Drushel, R. F., Chestek, D. W., Chiel, H. J. The kinematics of multifunctionality: comparisons of biting and swallowing in Aplysia californica. J. Exp. Biol. 210, 238-260 (2007).
  2. Morton, D. W., Chiel, H. J. In vivo buccal nerve activity that distinguishes ingestion from rejection can be used to predict behavioral transitions in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 172, 17-32 (1993).
  3. Hurwitz, I., Neustadter, D., Morton, D. W., Chiel, H. J., Susswein, A. J. Activity patterns of the B31/B32 pattern initiators innervating the I2 muscle of the buccal mass during normal feeding movements in Aplysia californica. J. Neurophys. 75, 1309-1326 (1996).
  4. Cullins, M. J., Chiel, H. J. Electrode fabrication and implantation in Aplysia californica for multi-channel neural and muscular recordings in intact, freely behaving animals. J. Vis. Exp. (40), e1791 (2010).
  5. Warman, E. N., Chiel, H. J. A new technique for chronic single extracellular recording in freely behaving animals using pipette electrodes. J. Neurosci. Methods. 57, 161-169 (1995).
  6. Lu, H., Chestek, C. A., Shaw, K. M., Chiel, H. J. Selective extracellular stimulation of individual neurons in ganglia. J. Neural Eng. 5, 287-309 (2008).
  7. Church, P. J., Lloyd, P. E. Expression of diverse neuropeptide cotransmitters by identified motor neurons in Aplysia. J. Neurosci. 11, 618-625 (1991).
  8. Church, P. J., Lloyd, P. E. Activity of multiple identified motor neurons recorded intracellularly during evoked feedinglike motor programs in Aplysia. J. Neurophys. 72, 1794-1809 (1994).
  9. Nargeot, R. N., Baxter, D. A., Byrne, J. H. Contingent-dependent enhancement of rhythmic motor patterns: an in vitro analog of operant conditioning. J. Neurosci. 17, 8093-8105 (1997).
  10. Kandel, E. R. . Behavioral biology of Aplysia. , (1979).
  11. Scott, M. L., Govind, C. K., Kirk, M. D. Neuromuscular organization of the buccal system in Aplysia californica. J. Comp. Neurol. 312, 207-222 (1991).
  12. Susswein, A. J., Rosen, S. C., Gapon, S., Kupfermann, I. Characterization of buccal motor programs elicited by a cholinergic agonist applied to the cerebral ganglion of Aplysia californica. J. Comp. Physiol. A. 179, 509-524 (1996).
  13. Kupfermann, I. Feeding behavior in Aplysia: A simple system for the study of motivation. Behav. Biol. 10, 1-26 (1974).
  14. Morton, D. W., Chiel, H. J. The timing of activity in motor neurons that produce radula movements distinguishes ingestion from rejection in Aplysia. J. Comp. Physiol. A. 173, 519-536 (1993).
  15. Weiss, K. R., Chiel, H. J., Koch, U., Kupfermann, I. Activity of an identified histaminergic neuron, and its possible role in arousal of feeding behavior in semi-intact Aplysia. J. Neurosci. 6, 2403-2415 (1986).
  16. Jing, J., Weiss, K. R. Generation of variants of a motor act in a modular and hierarchical motor network. Curr. Biol. 15, 1712-1721 (2005).
  17. Jing, J., Weiss, K. R. Neural mechanisms of motor program switching in Aplysia. J. Neurosci. 21, 7349-7362 (2001).
  18. Morgan, P. T., Jing, J., Vilim, F. S., Weiss, K. R. Interneuronal and peptidergic control of motor pattern switching in Aplysia. J. Neurophysiol. 87, 49-61 (2002).
  19. Jing, J., Cropper, E. C., Hurwitz, I., Weiss, K. R. The construction of movement with behavior-specific and behavior-independent modules. J. Neurosci. 24, 6315-6325 (2004).

Play Video

Cite This Article
McManus, J. M., Lu, H., Chiel, H. J. An In Vitro Preparation for Eliciting and Recording Feeding Motor Programs with Physiological Movements in Aplysia californica. J. Vis. Exp. (70), e4320, doi:10.3791/4320 (2012).

View Video