En<em> In Vitro</em> Forberedelse til å få fram og ta Feeding Motor programmer med Fysiologiske Bevegelser i<em> Aplysia californica</em
Summary
Vi beskriver en teknikk for å ekstracellulært registrere og stimulere fra nerver, muskler og individuelle identifiserte nevroner<em> In vitro</em> Mens fremlokkende og observere forskjellige mate atferd i foringsområdet anordningen<em> Aplysia</em>.
Abstract
Multifunksjonalitet, evne til en perifer struktur til å generere flere, forskjellige atferd 1, lar dyrene raskt tilpasse sin atferd til skiftende miljøer. Den marine mollusk Aplysia californica gir en medgjørlig system for studiet av multifunksjonalitet. Under fôring, genererer Aplysia flere forskjellige typer atferd som bruker samme fôring apparat, bukkale masse. Ganglia som styrer disse atferd inneholder en rekke store, identifiserte nevroner som er tilgjengelige for elektrofysiologisk undersøkelse. Aktiviteten av disse nevronene har blitt beskrevet i motor-programmer som kan deles inn i to typer, ingestive og egestive programmer, basert på tidspunktet for nevral aktivitet som lukker mat grasper forhold til den nevrale aktiviteten som protracts eller trekkes inn i grasper 2. Men i isolerte ganglia, muskel bevegelser som ville produsere disse atferd er fraværende, noe som gjør detvanskeligere å være sikker på om motoren programmene observert er korrelater av virkelige oppførsel. In vivo, nerve-og muskel opptak er oppnådd tilsvarende ernæringsprosjekter 2,3,4, men det er svært vanskelig å direkte opp fra individuelle nevroner 5. I tillegg, in vivo, kan ingestive programmer deles i biter og svelger 1,2, en utmerkelse som er vanskelig å få i de fleste tidligere beskrevet i vitro preparater.
Den suspenderte buccal masse forberedelse (figur 1) bygger bro mellom isolerte ganglia og intakte dyr. I dette preparatet, ingestive atferd – inkludert både biting og svelging – kan og egestive atferd (avslag) fremkalles, samtidig som enkelte nerveceller kan registreres fra og stimulert ved hjelp ekstracellulære elektroder 6. Fôring bevegelser knyttet til disse forskjellige virkemåter kan være registded, kvantifisert, og direkte relatert til de motoriske programmer. Motoren programmer i suspendert buccal masse forberedelser ser ut til å være mer lik det som ble observert in vivo enn det motoriske programmer oppnår isolert ganglier. Således kan motoren programmene i dette preparatet være mer direkte relatert til in vivo atferd, på samme tid, individuelle nevroner er mer tilgjengelig for opptak og stimulering enn i intakte dyr. I tillegg, som et mellomliggende trinn mellom isolerte ganglia og intakte dyr, funn fra suspendert buccal masse kan hjelpe tolkning av data innhentet i både mer reduserte og mer intakt innstillinger. Den suspenderte buccal masse forberedelser er et nyttig verktøy for å karakterisere det nevrale kontroll av multifunksjonalitet i Aplysia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tidligere arbeid har preget Aplysia motor programmer i intakt dyr og i redusert preparater som isolert ganglier. I det intakte dyr, selv innspillinger av individuelle nevroner er oppnådd 5, slike eksperimenter er svært vanskelig, og elektroder kan ikke flyttes fra nervecelle til nevron under matingen. I isolerte ganglia kan fôring bevegelser forårsaket av nevral aktivitet ikke følges. Den suspenderte buccal masse forberedelser bro mellom disse to ytterpunktene.
Andre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble støttet av NIH stipend NS047073 og NSF stipend DMS1010434.
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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Church, P. J., Lloyd, P. E. Expression of diverse neuropeptide cotransmitters by identified motor neurons in Aplysia. J. Neurosci. 11, 618-625 (1991).
- 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).
- 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).
- Kandel, E. R. . Behavioral biology of Aplysia. , (1979).
- 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).
- 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).
- Kupfermann, I. Feeding behavior in Aplysia: A simple system for the study of motivation. Behav. Biol. 10, 1-26 (1974).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jing, J., Weiss, K. R. Neural mechanisms of motor program switching in Aplysia. J. Neurosci. 21, 7349-7362 (2001).
- 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).
- 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).
