Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

الكينماتيكا العين التي تقاس في المختبر حفز الأعصاب في السلحفاة

Published: June 2, 2018 doi: 10.3791/56864

Summary

هذا البروتوكول يصف كيفية استخدام في المختبر معزولة سلحفاة رأس إعداد لقياس الكينماتيكا تحركاتهم العين. بعد إزالة الدماغ من الجمجمة، ويمكن حفز أعصاب مع التيارات التحديد الكمي لتناوب العين والتغيرات في أحجام التلميذ.

Abstract

بعد هي euthanized الحيوانات، يبدأ أنسجتها للموت. سلاحف توفر ميزة بسبب فترة بقاء أطول لانسجتها، خاصة عند مقارنتها بالفقاريات ذوات الدم الحار. وبسبب هذا، يمكن إجراء التجارب في المختبر في السلاحف لفترات طويلة من الوقت للتحقيق في الإشارات العصبية والسيطرة على أفعالهم المستهدفة. تستخدم إعداد رأس معزولة، قمنا بقياس علم الحركة حركات العين في السلاحف، والتحوير واسطة إشارات كهربائية يحملها أعصاب. بعد أن تمت إزالة الدماغ من الجمجمة، ترك الأعصاب سليمة، وضعت رأسه تشريح في انحراف لمعايرة حركات العين. زجاج كهربائي تم إرفاقه أعصاب (أوكولوموتور، تروتشلير، ومبعد) وحفز مع التيارات تثير حركات العين. نحن رصد حركات العين مع شريط فيديو الأشعة تحت حمراء على تتبع النظام وتناوب كمياً للعيون. البقول الحالية مع طائفة من الاتساع، الترددات، واستخدمت القطار المدد الزمنية لمراقبة آثار على الردود. لأنه يتم فصل الإعداد من الدماغ، يمكن النظر في مسار الإضافة الذهاب إلى أهداف العضلات بمعزل عن التحقيق في الإشارات العصبية في غياب المعلومات الحسية المجهزة مركزياً.

Introduction

الأساس المنطقي لاستخدام المنزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف في التجارب الكهربية:

تعتبر واحدة من العالم أسوأ الأنواع الغازية1 المنزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف (ايليجانس سكريبتا تراتشيميس)، ويمكن أن يشير إلى أن النظام إيكولوجي في مأزق. هو غير مفهومة السبب المنزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف ناجحة جداً ولكن قد يكون جزئيا سبب فسيولوجيا متسامح وحيازتها لانسجة الجهاز العصبي التي يمكن البقاء على قيد الحياة تحت ظروف التاكسج2،3،4 . استخدام لهم للتجريب لا تهدد أعدادهم ومع الحد الأدنى من الجهود، الاستعدادات الكهربية يمكن أن تظل قابلة للتطبيق على مدى فترات ممتدة، ما دام 18 ساعة5،6. الفائدة مماثلة للاستفادة من استخدام الحيوانات اللافقارية مثل جراد البحر7، التي لديها أيضا القدرة على تحمل مستويات منخفضة من الأكسجين8.

تقنيات لقياس حركات العين:

وقد نهج لقياس حركات العين في الحيوانات العينين أمامي استخدام الرئيسيات غير البشرية نمواً جيدا9. العين تدور في المدار حول ثلاثة محاور: الأفقي والرأسي، والالتوائيه. الطريقة لفائف البحث المغناطيسي يعتبر عموما الأكثر موثوقية لتناوب قياس، ولكن الغازية، التي تتطلب لفائف صغيرة يمكن إدراجه في سكليراس من الحيوانات10،11. الأنظمة المستندة إلى الفيديو كما يمكن قياس عمليات التناوب ولها ميزة كونها غير الغازية. وعززت تنمية أفضل الكاميرات جنبا إلى جنب مع معالجة الصور المبتكرة وظائفها مما يجعل الأنظمة المستندة إلى الفيديو بديلاً جذاباً للنظر في12،،من1314.

التقنيات المتقدمة لقياس حركات العين في نونمامالس كانت كبيرة أقل بكثير. التدابير هي أما ذات الدقة المنخفضة أو وصف بعض تناوب15،16،،من1718فقط. الافتقار إلى التنمية يمكن يمكن توجيه اللوم جزئيا على الصعوبة في نونمامالس التدريب لمتابعة الأهداف المرئية. على الرغم من أن حركات العين وقد درست جيدا في منزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف19،20،21،،من2223،24،25 ،26،،من2728،،من2930، بسبب التحدي في تدريب الحيوانات لتعقب الأهداف، الكينماتيكا دقيقة تحركاتهم العين ضعيف ومن المفهوم.

المنزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف تعتبر عموما الفقاريات العينين الجانبية, ولكن نظراً لأنهم تماما سحب رؤوسهم في شل على31، انسداد هام الحقول البصرية الأفقي بحسب يحدث32. والنتيجة أن يجبر على خط الرؤية البصرية تجاه الجبهة، مما يجعلهم يتصرفوا أكثر الثدييات العينين أمامي. ولذلك، يوفر استخدامها كنموذج لوضع نهج لقياس حركات العين أيضا من منظور تطوري فريدة من نوعها.

يستخدم البروتوكول هو موضح في هذا العمل في المختبر عزل رئيس إعداد لتحديد الكينماتيكا حركات العين في منزلق الأحمر ذو اذنين السلاحف. يتم تشريح أدمغة من الجماجم ترك الأعصاب سليمة. يتم وضع رؤساء إلى انحراف معايرة حركات العين وتثير ردود بالتحفيز الكهربائي لاعصاب إينيرفاتينج في عضلات العين. تدابير للتناوب بالعيون تتم بنظام الفيديو القائم، باستخدام خوارزميات البرمجيات، التي تتبع التلميذ الظلام وعلامات القزحية. الإعداد يتيح الفرصة لقياس الكينماتيكا على حد سواء اكستراوكولار (أي، تناوب الأفقي والرأسي، والالتوائيه)32 والعين (أي، التغييرات التلميذ) حركات33 .

نظام نموذجي لتحليل المسارات العصبية ناقل:

وبصورة أعم، يوفر النهج المحققين فرصة لدراسة كيفية ناقل الإشارات العصبية توليد حركات العين عند بدء العضلات من دولهم استرخاء، وفي غياب المعلومات الحسية المتكاملة معالجتها بواسطة الدماغ32، 33. ولذلك، يمكن فحص الكينماتيكا العين في نظام نموذجي الذي يتم معالجتها فقط بالمسار العصبية ناقل ترك الدماغ وسينابسينج على العضلات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: تم شراء السلاحف المنزلق الأحمر ذو اذنين، ذكوراً وإناثاً، من بائع. تم إيواء السلاحف في جناح حيوانات حارة التي تحتوي على اثنين 60 غالون أحواض مجهزة بجزر الطوب للتشمس تحت أضواء الأشعة تحت الحمراء 250-ث. وأبقى على البيئة في دائرة الضوء/الظلام 14/10-ح مع درجة حرارة الماء 22 درجة مئوية. تم تشغيل الساعة 06:00 ص الأضواء وإيقاف الساعة 08:00 م. تم تنظيف الدبابات مجهزة بتصفية النظم أسبوعيا، وتم تغذية السلاحف إعلانية libitum كل يوم. الجميع هنا وصف32،الإجراءات التجريبية التالية33 أقرت "المؤسسية رعاية الحيوانات" واستخدام اللجنة (إياكوك) في كلية لافاييت والسلاحف للعناية بالأحمر ذو اذنين المنزلق.

1-معدات الإعداد

  1. إعداد حل السلحفاة في المسابقة. يضاف ما يلي إلى الماء المقطر بهذا الترتيب: كلوريد الصوديوم 96.5 ملم (58.44 g/mol)، كلوريد البوتاسيوم 2.6 مم (74.56 g/mol)، كلوريد المغنيسيوم 2.0 مم (203.31 g/mol)، بيكربونات الصوديوم 31.5 ملم (84.01 g/mol)، سكر العنب 20.0 ملم (180.16 g/mol)، تتركز حمض الهيدروكلوريك لضبط درجة الحموضة إلى 7.51، وكلوريد الكالسيوم 4.0 مم (110.98 g/mol) (انظر الجدول للمواد). مزيج الحل أثناء إضافة كل الملح.
    تنبيه: من HCl تركيز الخطرة (الجلد والعينين واستنشاق وابتلاع الإخطار).
  2. تقديم نصائح لأقطاب شفط من شعري طوله 5 سم زجاج (انظر الجدول للمواد)، بالنار وتلميع لأحجام مختلفة من أقطار الداخلية بغية استيعاب أعصاب سمك متفاوتة.
    1. استخدام ملف صغير لحفر خط عبر قطعة من الزجاج الشعرية. مكان في المناديل الورقية، وكسر في النصف.
    2. لفة واحدة من نهايات الزجاج الشعرية ببطء في شعلة الموقد بنسن. يفحص دورياً معلومات عن حجم ونعومة والتماثل تشريح باستخدام نطاق وألياف بصرية ضوء المصدر (انظر الجدول للمواد).
      ملاحظة: للسلاحف، مع عرض الرأس بين 20 و 30 ملم وتركيب المثلى القطر الداخلي أحجام عادة تتراوح بين 0.4 إلى 0.8 ملم للعصب الغرز (نيي)، 0.3 إلى 0.6 لعصب بكري (يقول:)، و 0.2 إلى 0.4 ملم لعصب مبعد (نفي).
  3. تنظيف وتنظيم رونجيورس وتحقيق تشريح كليلة، ميكروسسيسورس، الملقط غرامة، الملقط المنحنية ومقبض المبضع بريش (انظر الجدول للمواد) للتشريح.
    ملاحظة: تعقيم الأدوات اختيارية.

2-التخدير والقتل الرحيم

  1. دلو مكان السلحفاة في الثلج لمدة 60 دقيقة إلى كريوانيسثيتيزي عليه.
  2. Euthanize السلحفاة بقطع الرأس باستخدام مقصلة حيوانات صغيرة (انظر الجدول للمواد).
    1. بلطف نقب بين فكي تكون مفتوحة الحيوان مع ملعقة صغيرة وزنها حتى أنه يمكن إدراج هوك وتحولت لتناسب مقتضى غيض الفك العلوي.
    2. قم بالسحب بالضغط المستمر لتوسيع رأس الحيوان عن طريق المقصلة. سرعة قطع رأس الحيوان.
  3. وضع رأس السلحفاة في طبق تشريح. وقد حل ما يكفي في المسابقة السلاحف في ناحية لري الأنسجة. أوكسيجينيزي الحل مع 95/5/CO2س2 (انظر الجدول للمواد).
  4. المحافظة على الأنسجة عند 4 درجة مئوية عن طريق وضع الثلج حول خارج الطبق.

3-تشريح

  1. استخدام نطاق التشريح مع مصدر ضوء ألياف بصرية للقيام بالتشريح.
  2. إزالة الفك السفلي. مكان تحقيق تشريح كليلة عن طريق الفم لتوفير معالجة أسهل من الرأس. قطع مشتركة تربط عظم دينتاري للجمجمة مع مشرط. استخدام رونجيورس لسحب الفك السفلي بعيداً الجمجمة. استخدم رونجيورس لسحب قبالة الجلد والعضلات من المرفقات بها في مناطق الظهرية والجانبية الجمجمة.
  3. إزالة العمود الفقري.
    1. تحديد العمود الفقري في نهاية والذيلية الجمجمة. ثني العمود الفقري بطنيا لفضح الحبل الشوكي. استخدم ميكروسسيسورس لقص الحبل الشوكي. استخدام رونجيورس لإزالة العمود الفقري والأنسجة الأخرى من الجمجمة عن طريق سحب كودالي.
  4. إزالة الدماغ من الجمجمة بعد قطع في الأعصاب.
    1. بدءاً من ماغنوم ثقبة، استخدم رونجيورس لقطع شقوق اثنين في الجمجمة الظهرية. جعل التخفيضات سطحية لتجنب إتلاف الدماغ تحت.
    2. استخدم رونجيورس لسحب بعناية قبالة الجمجمة الظهرية. استخدام ميكروسسيسورس لإزالة وماربرغ للكشف عن بقية المخ. إزالة ما يكفي وماربرغ حتى يمكن التعرف على المصابيح شمي، في تجويف الجمجمة الأمامية، (انظر الشكل 1A). الاستمرار في ري الدماغ مع حل السلحفاة المسابقة، حسب الاقتضاء.
    3. استخدام الملقط منحنية بلطف سحب المخ كودالي وتنتج التوتر طفيف على الأعصاب. بعناية قطع بعيداً وإزالة المصابيح شمي والمخ مع الملقط منحنية.
    4. استخدام ميكروسسيسورس للدفع بلطف midbrain نحو خط الوسط لفضح الأعصاب؛ نيي، يمكن رؤية حوالي 0.6 مم، أمام يقول:، والقطر من يقول: سيكون أقل قليلاً من نيي. قص نيي ويقول: حيث يعلقونها midbrain (انظر الشكل 1B). كرر هذه العملية على الجانب الآخر.
    5. قطع اليمين واليسار العصب البصري (نيي) مع ميكروسسيسورس. ثم إمالة في الدماغ إلى جانب واحد. مراقبة نفي الخارجة من السطح البطني قرب مفرق بونس ولب (انظر الشكل 1). قطر نفي صغير وحوالي 0.3 مم. قص نفي اليمين واليسار على حد سواء.
    6. إزالة الأجزاء المتبقية من جذع الدماغ من السلحفاة بالملقط الجميلة وميكروسسيسورس. بمجرد الجمجمة فارغاً، دراسة الكلمة تجويف الجمجمة. تحديد نيي، ويقول: ونفى.
  5. إزالة العين-الجفن العلوي والسفلي مع الملقط الجميلة وميكروسسيسورس.

4-معايرة حركات العين

  1. استخدام جدول جامد (انظر الجدول للمواد) لدعم موضع انحراف وغيرها من الصكوك. وضع رأس السلحفاة في تشاك انحراف حيث يكون السطح الظهرية رئيس مواز للأفق باستخدام يستريح مستوى فقاعة صغيرة عبر الجمجمة. تقريبا موقف واحد من العيون في مركز عمليات التناوب الأفقي والرأسي انحراف.
  2. ضع الكاميرا الأشعة تحت الحمراء، ومزودة الأشعة تحت الحمراء التي تنبعث منها صمام ثنائي (LED)، التي جزء من نظام تتبع العين المستندة إلى الفيديو (انظر الجدول للمواد)، على مسافة حوالي 12 سم من العين للسلحفاة عرض.
    1. زاوية الكاميرا 45 درجة فوق خط الأفق للعين. ينبغي أن يكون الصمام الموضع 11:00 ص عند النظر في عدسة الكاميرا. مركز الصمام على طول المحور البصري للعين. سوف تكون الكاميرا قليلاً قبالة محور (كما تم عرضه من فوق العين).
    2. ضبط المسافة للكاميرا من العين حيث أن أقصى عرض الكاميرا يشغل مقلة العين. التأكد من وجود زوايا العينين (كانتي) على حواف العرض الأفقي.
  3. توصيل الكاميرا بالعين المستندة إلى الفيديو تتبع نظام لمعالجة البيانات. تقسيم إشارة على دي في دي مسجل لالتقاط الفيديو الخام. وتركز الكاميرا للحصول على صورة واضحة للعين. العناية بغرامة-موقف العين في وسط عرض الكاميرا باستخدام الثلاث درجات التكيف الخطي (x, y, z) زودت انحراف.
  4. كشف التلميذ الظلام عن طريق تحديد العتبة والتباين على النحو المناسب باستخدام البرنامج الموفر مع العين على أساس الفيديو نظام تتبع.
    1. باستخدام الماوس، انقر فوق القائمة "الفيديو" وتحت "الوضع" حدد "عالية الدقة" لالتقاط الصور بمعدل أخذ عينات من 30 هرتز (القرار خطوط بكسل 640 x 480). أيضا تحت "الفيديو"، حدد "التلميذ الظلام" لنوع "التلميذ" و "قطع ناقص (بيضاوي مستدير)" ل "أسلوب تجزئة التلميذ".
    2. في الإطار "ايكاميرا"، انقر على أيقونة "التلميذ البحث عن مجال التكيف" (مستطيل عمودي صغير مع نقطة في المركز). استخدام الماوس لسحب خارج مستطيل الذي يحد منطقة حول التلميذ. تجنب المناطق المظلمة التي يمكن الخلط مع التلميذ.
    3. في إطار "التحكم"، تؤكد أن يتم التحقق من مربعات ل "الصورة التلقائي" و "إيجابية-لوك العتبة-تتبع". انقر فوق تلقائي-"العتبة" تحسين كثافة المسح الضوئي، والتي سوف تظهر كنقط خضراء على التلميذ الظلام.
  5. معايرة عرض الفيديو العين المستندة إلى الفيديو تتبع البرنامج بتناوب انحراف 12.5 ° (+/-) حول محورها الأفقي و 10 ° (+/-) حول محورها الرأسي.
    1. في الإطار "عناصر التحكم"، انقر فوق "عرض". التحقق من المربعات تحت "نظرات" و "Stim" "وجهة نظرة"، "منطقة كليب"، و "هندسة الشبكة". بعد التحقق من المربعات تحت "هندسة الشبكة"، سوف يطفو على السطح نافذة ويقول، "هندسة عرض الحوافز يجب أن يقاس قبل أن يمكن عرض شبكة الهندسة. هل ترغب في القيام بذلك الآن؟ " حدد "نعم" لَنِعْمَ.
    2. باستخدام الماوس، انقر فوق القائمة "ويندوز" وحدد "التحفيز". سيتم فتح نافذة "التحفيز" عرض من عبور خط العمودي والأفقي في وسط الشاشة. قياس أطوال الخطوط لأقرب ملم. اضغط على المفتاح "Esc" على لوحة المفاتيح للخروج من الإطار "التحفيز".
    3. باستخدام الماوس، انقر فوق القائمة "التحفيز" وحدد "هندسة الإعداد". إدخال أطوال الخطوط التي قيست فقط. ضبط مسافة العرض حيث أن الدرجات/الخط تساوي 25 درجة مئوية للخط الأفقي و 20 درجة للخط العمودي. انقر فوق الزر "مخزن" وإغلاق النافذة.
    4. في النافذة "اييسبيس"، وحدد عدد المعايرة "نقطة البيانات" إلى "9". مع العين السلحفاة المتمركزة في المركز، انقر على مركز البيانات أشر وانقر فوق الزر "إعادة تقديم".
      ملاحظة: سيتم فتح نافذة "التحفيز"، والحصول على "استعداد" سوف يظهر في وسط الشاشة. سوف تظهر في موقع مركز مربع وثم تختفي. في اختفائها، سيتم إغلاق الإطار "التحفيز". وينبغي الآن معايرة موضع المنتصف.
    5. كرر هذا الإجراء عن طريق تناوب انحراف اليمين/اليسار، +12.5/-12.50 °، وأعلى/لأسفل + 10/-10 ° لمعايرة نقاط البيانات المتبقية.
  6. لمعايرة التناوب اﻻلتوائية، استخدم القالب المناسب خوارزمية المقدمة مع العين على أساس الفيديو تتبع البرنامج. تعيين موضع صفر استناداً إلى علامات القزحية الخوارزمية ويحسب زاوية الاستدارة عندما تصبح إزاحة العلامات من centroid للتلميذ.
    1. باستخدام مؤشر الماوس، انقر فوق القائمة "ويندوز" وحدد "التواء". انقر فوق الزر "ابدأ" في إطار "التواء". في الإطار "ايكاميرا"، سوف تظهر قوس فوق الصورة للعين.
    2. ضبط نصف القطر والزاوية وطول القوس باستخدام المنزلقات في مكان حيث توجد علامات غير النظامية في قزحية العين. التحقق من المربعات ل "الرسومات في الوقت الحقيقي" و "تعيين تلقائي بعد ضبط". إذا لزم الأمر، ضبط السطوع والتباين في إطار الضوابط وعتبة إعادة التلميذ الظلام (راجع الخطوة 4). انقر فوق الزر "تحديد القالب".
  7. ضع مسطرة في نفس المستوى البؤري كالتلميذ وتسجيل عرض عرض الكاميرا الكاملة. سيتم استخدام القيمة لاحقاً لتحديد العرض الفعلي للتلميذ.

5-تحديد المواقع من الشفط الكهربائي في الأعصاب القحفية لاستحضار حركات العين

  1. بعناية وضع قطب مرجع رقم pin في الأنسجة الضامة أو العضلات المتبقية على رأسه.
  2. ضع مسرى الشفط (انظر الجدول للمواد) على الأعصاب القحفية استخدام نطاق ميكرومانيبولاتور وتشريح المحملة على ازدهار. استخدام مصدر ضوء ألياف بصرية لعرض ودليل التنسيب.
    1. يتطابق مع حجم العصبية لتلميح زجاج شعرية. التجربة والخطأ أمر ضروري للحصول على أفضل تناسب جميع أنحاء القطر من العصب (راجع الخطوة 1.2 للتوصيات الحجم). ضع طرف الزجاج على مسرى شفط. ملء مسرى شفط مع الحل للمسابقة، وضبط مستوى الصوت داخل المحقن إلى حوالي نصف قدرته.
    2. نقل طرف الزجاج الكهربائي باستخدام في ميكرومانيبولاتور إلى موضع أعلاه القص-النهاية العصب المحدد بعناية. التأكد من أن الحل في المسابقة ليملأ الجمجمة والتلميح تحت سطحه. إذا لزم الأمر، استخدم الطين النمذجة للسد تصل المواقع حيث يتسرب الحل المسابقة من أصل الجمجمة.
    3. اسحب المكبس للمحاقن.
      ملاحظة: سيتم رسم الفراغ العصب إلى نهاية الحافة الشعرية. يتم الإشارة إلى حسن صالح العصب المتبقية داخل الحافة مع فراغ إضافية قليلة أو لا تطبق.

6-تحفيز الأعصاب القحفية وتحليل حركات العين

  1. استخدام مشجعا عصب/العضلات لأغراض عامة مع جهاز عزلة الحالية (انظر الجدول للمواد) لتحفيز الأعصاب القحفية عن طريق الشفط الكهربائي.
    1. قم بتوصيل مسرى شفط الجهاز العزلة الحالية باستخدام كبل. الاتصال الرصاص من مسرى مرجع رقم التعريف الشخصي للاتصال الأرضي للجهاز العزلة.
    2. حدد معلمات التيارات باستخدام الأوجه وتبديل الجهاز مشجعا والعزلة. استخدام مجموعة من التيارات من 1 إلى 100 Μa، مع تردد 10 إلى 400 هرتز-استخدام 1 أو 2 مللي البقول في القطارات دائم 100 أو 500 مللي 1,000.
  2. سجل توقيت التحفيز.
    ملاحظة: النبضات الترانزستور الترانزستور-منطق (TTL) متزامنة مع عمليات تسليم التيارات من مشجعا والتواصل في الوقت الحقيقي عن طريق كابل لقنوات الإدخال العين المستندة إلى الفيديو نظام تتبع. نمطية برامج المقدمة مع العين على أساس الفيديو تتبع عناصر البرنامج الاتصال.
    1. تصور توقيت التطبيقات الحالية وتأثيرها على حركات العين، انقر فوق القائمة "بينبلوتس". حدد "الموقف نظرات X" "الموقف نظرات Y"، "التواء" والتلميذ عرض "لإظهار قطع البيانات الخام في الوقت الحقيقي للعين X و Y المواقف والتواء وعرض التلميذ. أيضا تحديد "معالم & ثانية" من قائمة "بينبلوتس" لإظهار مؤامرة توقيت مع علامات التجزئة، التي تظهر في فترات ق 1.
      ملاحظة: سوف يظهر حرف "T" وسم بداية نبض TTL، التي تحدث في وقت واحد مع التطبيق الحالي.
    2. لتخزين البيانات الخاصة بحركات العين التي أثارت من قبل التيارات، انقر فوق القائمة "ملف" واختر "ملف بيانات جديد" ضمن "بيانات". إدخال اسم ملف ثم اضغط "إدخال". حفظ البيانات يمكن أن يكون مؤقتاً وثم إعادة تشغيل باستخدام مزيج الأوامر الرئيسية، "Ctrl" + "ف". عند الانتهاء من جلسة عمل تجريبي، حدد "إغلاق ملف البيانات" من القائمة "ملف" ضمن "بيانات".
    3. للمساعدة في الحفاظ على المسار من نوع التيارات تطبيقها، انقر فوق القائمة "ويندوز" وحدد "لوحة البيانات". سوف تظهر نافذة "لوحة المفاتيح/داتاماركير". انقر فوق حرف أو رقم لتعريف معلمات التحفيز الحالية التي يجري تسليمها للعصب.
      ملاحظة: على سبيل المثال، "X" يمكن أن تقف على 10 µA. النقر على "X" بتخزين دخولها في ملف البيانات في الوقت الحقيقي لتحليل الوظائف المخصصة . ويبدو أيضا على "بينبلوت" عن "علامات & ثانية" للمراقبة المستمرة.
  3. تحليل البيانات من نظام تعقب العين.
    1. فتح ملف البيانات المحفوظة، بتنسيق نص محدد، إلى برنامج ورقة انتشار الاختيار تنظيم البيانات وإجراء التحليلات الإحصائية.
      1. تحويل التلميذ عرض القيم المخزنة في الملف إلى الأحجام الحقيقية في مم.
      2. تحويل قيم X والعين مواقف وتورسيونس إلى وحدات درجة Y واستخدام اتفاقيات لوصف حركات العين؛ ولذلك، الاتجاهات الإيجابية لتناوب: إينتورسيون، الارتفاع، وإيراد؛ وسلبية اتجاهات عمليات التناوب: اكستورسيون، والاكتئاب، والاختطاف.
    2. نسخ معلومات الرأس على ورقة عمل جديدة. وسيشمل هذا قيم لحجم الشاشة (الطول والعرض) ومسافة العرض. وسيتابع ثمانية أعمدة من البيانات التي تم جمعها بمعدل 30 هرتز أدناه معلومات الرأس.
    3. العودة إلى ورقة العمل التي تحتوي على البيانات الخام. "بحث" ل "X" في العمود الأخير تحت عنوان "العلامة" لتحديد موقع حيث تم تطبيق التحفيز مع 10 µA. البحث عن حدوث "T"، بداية من التحفيز الحالية. نسخ الصفوف 15 (0.5 s) من البيانات التي تحدث قبل "T" وإطارات 90 بعد "T" (3.0 s)؛ أي3.5 s المجموع. قم بلصق البيانات في ورقة العمل الجديدة أدناه معلومات الرأس.
    4. قم بإدراج عمود فارغ بعد "بوبيلويدث". في العمود الفارغ، تحويل إلى البعد معايرة مم:
      التلميذ أفقية قطرها = "بوبيلويدث" × البعد لعرض الكاميرا بالعرض
    5. إدراج أعمدة فارغة 2 بعد "X_Gaze" و "Y_Gaze". تطبيع المواقف إلى أبعاد شاشة عرض: الإحداثيات (0، 0) في الجزء العلوي الأيسر من توسيع الشاشة إلى (1, 1) في أسفل اليمين. في العمود الفارغ الأول، ترجمة المواقف إلى وجود نظام الإحداثيات (0، 0) في وسط الشاشة. وتشمل عملية التحويل إلى أبعاد الشاشة مم:
      X = (العرض 0.5 ×) – (العرض × "X_Gaze")؛ Y = (الطول 0.5 ×) – ("Y_Gaze" × الارتفاع)
      ملاحظة: يتم تسلسل العملية للعين اليسرى. سوف تحتاج التسلسل العكسي للعين اليمنى لمتابعة الاتفاقية من السلبية للاختطاف والإيجابية لإيراد.
    6. في الأعمدة الثانية، استخدام دالات مثلثية لتحويل إلى زوايا (°) التناوب:
      التناوب الأفقي = البرنامج (/viewingXالمسافة)؛ التناوب الرأسي = البرنامج (المسافةY/viewing)
    7. التواء ويرد الفعل في وحدات درجة، ولكن لتتفق مع اتفاقية الإيجابية إينتورسيون، إذا كان قياس يتم في العين اليسرى، ضرب-1. للعين اليمنى، لا الضرب ضروري. رموز البرنامج دوران مع عقارب الساعة بأنه إيجابي.
    8. مؤامرة قطر التلميذ وتناوب كدالة للزمن.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويبين الشكل 1 اللقطات صور مأخوذة من شريط فيديو يصف التشريح. وتوفر صور مواقع نموذجية للأعصاب قبل قطع من الدماغ.

Figure 1
رقم 1: اللقطات صور الملتقطة من شريط فيديو للتشريح لإظهار مواقع العصب البصري (المؤسسة)، والعصب الغرز (نيي)، عصب بكري (يقول:) وعصب مبعد (نفي). (أ) صورة مع المناطق المسماة في الدماغ بعد إزالة وماربرغ. الأبيض مقياس بار = 10 ملم-(ب) يظهر موقع الصورة نيي نيي ويقول: أين اتصالهم بالجانب الأيسر midbrain (بعد إزالة المصابيح شمي والمخ). (ج) صورة يظهر موقع نفي حيث أنه يربط إلى الجانب الأيسر من الدماغ (بعد إزالة midbrain). يتم رسم خطوط متقطعة بيضاء حول الأعصاب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

ويبين الشكل 2 التغيير يعني في التلميذ قطر التي تحدث بعد تحفيز نيي. على الرغم من أن حركات العين الخارجية كما يلاحظ، وتغيير موقع التلميذ، يبقى التدبير للعمل المصرة pupillae القزحية موثوق بها. من إعداد أحد التدابير وإظهار تباين نموذجية من الردود على التحفيز الحالية المتكررة. يعني يتم تقليل القطر التلميذ من 1.95 ± 0.01 مم إلى 1.60 ± 0.01 مم. الانحراف المعياري الضيق يشير إلى نوبة ناجحة من الكهربائي للعصب. عند قياس بين مختلف الأعمال التحضيرية (N = 5)، تقلب نموذجي هو ± 0.08 مم. على الرغم من أن لا تزال ضيقة نسبيا، القيمة حوالي ثماني مرات أكبر من التفاوت الملاحظ من إعداد واحد.

Figure 2
الشكل 2: مثال للتلميذ انقباض أثارت قبل تنشيط العصب الغرز (نيي) في إعداد رئيس الجامعة- تتبع الأسود هو القطر يعني التلميذ (PD) من التحفيز ستة إعداد واحد، وإظهار خطوط متقطعة ± الانحراف المعياري (SD). مستطيلة الشكل الموجي على المحور السيني ترمز إلى بداية وإزاحة من قطار 100 هرتز من البقول 1-مرض التصلب العصبي المتعدد مع سعة 50 µA. الرسم في أسفل يسار يظهر اتجاه الخط قزحية العين قبل التحفيز، وإظهار الصور في الأسفل إطارات لا تزال محاكمة ممثل أمام (A)، (ب)، وخلال وبعد التحفيز (ج). الأبيض مقياس بار = 1 مم. وقد أعيد طبع هذا الرقم مع الإذن33. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

لا تتطلب تدابير لاستجابات التلميذ المعايرة لتناوب العين؛ ومع ذلك، إذا كان قياس الحركات الخارجية، موضع الرأس في انحراف يجب بعناية القيام تسمح بإجراء مقارنات بين الأعمال التحضيرية (الشكل 3). عندما يتم وضع الرأس في انحراف مع الظهرية سطح الجمجمة بالتوازي مع الأفق، هو إزاحة السطر آيريس من الأفق نحو الآنف. 3D الشكل يظهر إزاحة نموذجية (28.6 °) في إعداد. التحضيرات المختلفة الثلاثة كانت الإزاحة يعني 30.1 ± 9.0°. زاوية الإزاحة ضمن الانحراف المعياري يشير إلى تناسب مقبول داخل انحراف.

Figure 3
الشكل 3: سلحفاة عزل رئيس إعداد المتمركزة في انحراف. المنطقة (أ) في المستطيل الأبيض يظهر موقع رأس السلحفاة في صورة فوتوغرافية لإعداد المعدات. ماجنيفيد (ب) عرض المستطيل الأبيض (سبع مرات). خط أبيض منقط على الصورة من الآنف إلى مركز التلميذ وهو مستوى مع الأفق. خط أبيض خالص فرضه وموازية لخط آيريس. (ج) الرسوم المتحركة من الجانب الأيسر من الرأس. (د) صورة العين الملتقطة بواسطة الكاميرا العين المستندة إلى الفيديو نظام تتبع. شريط أسود الحجم: 5 ملم في ب؛ 1 ملم في د. وقد تم تعديل هذا الرقم مع إذن32. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

ويبين الشكل 4 التناوب يعني العينين من التحضيرات عشرة أثارت قبل التحفيز ليقول: الذهاب إلى عضلة مائلة متفوقة. تناوب الذروة النموذجية إينتورسيون، والارتفاع، واختطاف (ردا على 70 µA، أورانج التتبع) هي ± 10.0 5.7 درجة، 2.8 ± 1.2 درجة، و ± 3.0 2.1 درجة على التوالي. قياس الأحجام للتناوب في الاستعدادات واحدة للتحفيز المتكررة مماثلة ولكن مع تباين أقل (مثلاً، N = 5)، 14.8 ± 1.0 ° إينتورسيون و 3.2 ± 0.2 ° ارتفاع 2.4 ± 0.2 ° للاختطاف. نمط التقلبات بين استعدادات مختلفة مقارنة إعداد واحد قابل للمقارنة (داخل وحدة واحدة لوغاريتمي) لما لوحظ اتخاذ تدابير لتغيير التلميذ: 6 إضعاف لكل من إينتورسيون والارتفاع، أكبر 11 مرة ل اختطاف.

Figure 4
الشكل 4: تعني تناوب العين أثارت بعد تحفيز عصب بكري الأيسر (يقول:) مع 500 مللي ثانية 100 هرتز القطارات من البقول 2 مللي ثانية في الاستعدادات 10 (ستة المطبقة على الجانب الأيسر والمطبقة على الجانب الأيمن، خمس تجارب قياس لكل أربعة)- مستطيلة الشكل الموجي على المحور السيني الأرض السفلي يدل على توقيت للتحفيز. ردود من العينين اليمنى واليسرى لم تختلف كثيرا عن بعضها البعض. ورافق إينتورسيون والارتفاع، واختطاف (انظر تغمر الكرتون رأي وجها لوجه للسلحفاة، التي أسهم تلخيص العناصر المكونة لحركات العين). السعة حركة العين تقريبا يناظر ستريك الحالية سبعة المطبقة ليقول: (راجع التعليمات البرمجية في مربع وسيلة الإيضاح). وقد أعيد طبع هذا الرقم مع إذن32. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

على النقيض من يقول: الذي يذهب فقط إلى عضلة مائلة متفوقة، نيي ونفى يعصب عضلات متعددة حتى الحركات أكثر صعوبة في تفسير. حركات العين الناتجة تعتمد على وحدات السيارات ما يوظفون (الشكل 5) (انظر المناقشة). ونتيجة لذلك، يمكن أن تصبح تقلب من التحضير لإعداد كبيرة. على سبيل المثال، يستحضر نفي إينتورسيون، والارتفاع، واختطاف (الشكل 5). ويرجح اختطاف من الوحدات الحركية تعزيز عمل المستقيمة الجانبية؛ إينتورسيون والارتفاع بدلاً من ذلك نتيجة للوحدات الحركية الأخرى الذهاب إلى أهداف مثل بولبي ضام أو الغشاء نيكتيتاتينج.

Figure 5
الرقم 5: يعني العين حركة الردود أثارت بحفز أعصاب الثلاثة مع 10-50-، 100-والقطارات 400 هرتز في الإعداد الأربعة- كانت جميع القطارات حافز 500 مللي في المدة، تتألف من البقول 2 مللي ثانية مع السعة من 70 µA، قيمة عتبة. يتم عرض حركات العين كما كان من قبل، مع الأعمدة ج عرض الردود على تحفيز نيي، ويقول: ونفى، على التوالي. وقد أعيد طبع هذا الرقم مع إذن32. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

لأن نيي إينيرفاتيس عدة أهداف (المستقيمة متفوقة والمستقيمة أقل شأنا وأدنى المستقيمة المائلة، الآنسي وبابل المصرة)، تحليل حركات مقولة هي الأكثر تعقيداً. على سبيل المثال يظهر في الشكل 5A، يحدث اكستورسيون ومحزن، والارتفاع. استناداً إلى هذا، تفسير معقول أن الإجراءات معظمها من منحدر أدنى مع مساهمة ممكنة من المستقيمة الآنسي. المستقيمة متفوقة والمستقيمة أدنى يجوز إلغاء بعضها البعض. تقلب أعلى للأعمال نيي المحتمل ينبع من أكبر المتفرعة للعصب وموقع لقص لتركيب أقطاب كهربائية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

خطوات حاسمة:

الخطوات الحاسمة ضمن هذا البروتوكول ما يلي: 1) التشريح والعناية للحفاظ على استمرارية الأعصاب بحف؛ 2) مطابقة الأحجام بأقطاب كهربائية شفط إلى أعصاب تقديم استجابات متسقة؛ و 3) موضع الرأس في انحراف لتوفير المعايرة كافية للتناوب للعين.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها:

التشريح يمكن أن تكون صعبة، ولكن بعد استكمال العملية بضع مرات، الخطوات التي ينبغي أن تصبح نسبيا على التوالي إلى الأمام. إذا الأعصاب تظهر غير المستجيبة، السبب الأكثر احتمالاً فشل للتشريح. أثناء إزالة الدماغ ينبغي تطبيق فقط الحد الأدنى من التوترات والضغوط على الأعصاب خلال تلك القطع. لمس الأعصاب مع الأدوات الجراحية المعدني ينبغي أيضا تجنب بقدر الإمكان، وحتى هوكس الزجاج والبلاستيك الملقط يمكن أن تكون بديلاً لأدوات معدنية إذا استمرت الاضطرابات34. على الرغم من الأنسجة السلحفاة لها القدرة على البقاء على قيد الحياة مستويات متغيرة من الأكسجين، والاستخدام الطازج حل السلحفاة المسابقة bubbled % 95/5 س2/CO2 ومبردة من المستحسن؛ ومع ذلك، هذا أقل أهمية. بعد كل شيء، هو الاستفادة من استخدام الإعداد البقاء على قيد الحياة تحت مستويات متفاوتة من الأوكسجين ودرجة الحرارة تقلبات2،،من34،35. الأهم هو الري الدوري للإعداد مع السلحفاة في المسابقة حل لتجنب جفاف الأنسجة.

جعل مجموعة من النصائح ذات أحجام مختلفة لمسرى شفط قبل القيام بتجربة سوف يحسن من فرص مناسباً للعصب. مشابهة للتشريح، يأخذ النار النصائح لتلميع بعض الممارسة. المحافظة رأسه بالاعصاب من تجربة سابقة واستخدامه كمرجع في حين يمكن أن تساعد في تقديم النصائح. ترتيب النصائح من صغيرة الحجم كبيرة قطرها وتخزينها على بعض الطين النمذجة يسمح لتركيب سريعة أثناء تجربة. نصائح أصغر، مطلوب المزيد من الوقت المتداول النصائح لاشتعال النيران. النصائح يجب أن تكون خالية من الشقوق وتمتلك حواف ناعمة للسماح لختم جيدة على العصب.

يجب أن يكون اتجاه الرأس في انحراف كافية. إذا لم يكن الأمر كذلك، سوف تكون منحرفة محور القياسات. على سبيل المثال، دوران إلى اليمين أكبر من الزيادة نفسها إلى اليسار، ويشير إلى أن مركز العين ويقابل وتحتاج إلى أن تكون إزاحة إلى اليسار. كما يمكن أن تحدث بعض المتاعب في الحفاظ على إشارة موثوقة من التلميذ أثناء التناوب. ضبط الإضاءة للتلميذ بالأشعة تحت الحمراء الصمام قليلاً تساعد على تحقيق نتائج أفضل.

القيود:

عيب من الإعداد هي صعوبة تحديد علم الحركة للإجراءات بعضلات معينة. وهذا ينطبق بشكل خاص لحركات تقاس بعد التحفيز نيي ونفى. طريقة واحدة لحل الإجراءات العضلات الفردية جعل ترانسيكشنز المنهجي لفروع العصب بغية عزل مسار السفر إلى عضلة معينة. على سبيل المثال، أننا نجحنا في قطع نيي القاصي إلى العقد الهدبية وتحفيز الأعصاب الهدبية القصيرة لعزل عمل33،بابل المصرة36. نهج آخر هو جبل نظام قياس ضغط على كل من مؤثر وخصم العضلات وثم تتوافق مع الحركات مع الأنشطة محددة العضلات37،38 . لهذا الأسلوب، لن يكون عزل مسار السفر إلى عضلة معينة حسب الاقتضاء.

الإعداد يسمح أيضا لتمتد السلبية المقترنة بعناصر مرنة فيسكو تعمل في اتجاهين متعاكسين في العضلات المقابلة (مثلاً، المستقيمة الجانبية مقابل العضلات المستقيمة الآنسي، أو ديلاتور المصرة مقابل المصرة بابل )39. تحليل العناصر فيسكو-مرنة، يمكن مقارنة الردود التي تم الحصول عليها بتحفيز الأعصاب بحف كما هو موضح هنا لتلك التي تم الحصول عليها باستخدام إعداد الذي يتم تواجه المناطق سوبكورتيكال والمخيخ؛ ولهذا يبقى مدمجو العصبية وظيفية سليمة، ومن ثم من الممكن لتحفيز المناطق موتونيورون واحدة ضمن جذع الدماغ إينيرفاتينج كل العضلات40.

أهمية فيما يتعلق بنماذج فقاريات أخرى:

على الرغم من أن كريوانيسثيسيا مقبول للسلاحف، لا يمكن الموافقة على هذا النهج مع العمل في الحيوانات ذوات الدم الحار41،42. ولذلك فمن الضروري عامل دوائية مثل بينتوباربيتال أو الكيتامين. ومع ذلك، إرباك الوكلاء، حركات العين43. ومع ذلك، النهج مفيدة للزواحف ويمكن تطبيقها على سائر العينين الجانبية غير-ماماليانس، مثل البرمائيات والأسماك44،45، لأنه يسمح بالمقارنة بين السلوكيات التي تولدها عزل ناقل العصبية الطريق إلى تلك التي أدلى بها حيوان سليمة32،33.

التطبيقات المستقبلية:

يمكن أن يكون الإعداد مقايسة لقابلية النسيج العصبي. ويمكن تصميم بروتوكول التصدي بصورة منهجية كيف مختلف العوامل التي تؤثر في حركات العين. يمكن أن يكون النهج بسيطة مثل اختبار درجات حرارة مختلفة أو وكلاء الدوائية بما في ذلك مسكنات الألم. لأن الحركات أكثر صعوبة في تفسير نيي ونفى، استعمالها أكثر محدودية. ولذلك، يرجح يقول: أن أفضل خيار للتلاعب.

ومع ذلك، لحل الكينماتيكا العضلات الفردية الناتجة من تحفيز نيي ونفى، تعديل إعداد سيكون من الضروري، مثل صنع ترانسيكشن منهجي للفروع للأعصاب أو بما في ذلك الانفعال في مجموعات العضلات المستهدفة. وأخيراً قياس الاستجابات في إعداد حيث يتم الاحتفاظ تكامل الأنظمة العصبية سليمة سيمكن تحديد العناصر كيف فيسكو-مطاطا يمكن ربما يكون الحد كوانتيفيكاتيونس لعلم الحركة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

يشكر المؤلفون السيدة بوليت ماكينا وليزا بيزينو في هذه الدراسة لدعم أعمال السكرتارية، والسيد فيل اورباخ للدعم التقني. كما يشكر المؤلفون الدكتور مايكل أرييل ومايكل س. جونز (جامعة سانت لويس مدرسة للطب) على تقديمه لنا بإعداد رأسه في المختبر معزولة. وقدمت التمويل لدعم هذا التعاون بقسم علم الأحياء (روبرت س. تشيس الصندوق) ولجنة الأبحاث الأكاديمية وبرنامج علم الأعصاب في كلية لافاييت. وأخيراً، هذا العمل مكرس للسيد فيل اورباخ، الذي وافته المنية في 28 سبتمبر 2016؛ الاستغناء المسح الإلكتروني المجهري، وأقر بفائدة المرحلة 5-محور للاستخدام في هذا البروتوكول. وسيفتقد كثيرا عن الصداقة والحيلة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Red-eared slider turtles Kons Scientific Trachemys scripta elegans Large size (carapace length 15-20 cm)
Sodium chloride Sigma-Aldrich Co. LLC. S5886
Potassium chloride Sigma-Aldrich Co. LLC. P5405
Magnesium choride Sigma-Aldrich Co. LLC. M7304
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich Co. LLC. S5761
Dextrose Sigma-Aldrich Co. LLC. C5767
Concentrated hydrochloric acid Sigma-Aldrich Co. LLC. H7020
Calcium chloride Sigma-Aldrich Co. LLC. C7902
pH meter Oakton pH 6+
Suction stimulation electrode A-M Systems 573000 Bipolar suction electrode. Note that 573000 has been replaced with 573050.
Capillary glass A-M systems 626000 Single-barrel borosilicate capillary glass without microfilament, length 10 cm, outside diameter 1.0 mm, inner diameter 0.50 mm
Alternative suction stimulation electrode A-M Systems 573050 Bipolar suction electrode. Requires larger diameter capillary glass: 627000, outside diameter 1.2 mm, inner diameter 0.68 mm
Stereoscope Lieca GZ7 Magnification range, 10x – 70x
Fiber optic light source Amscope HL250-A 150W Fiber optical microscope illuminator light box
Rongeurs Carolina Biological Supply Company 625654 stainless steel, straight spring, 5.25"
Blunt dissection probe Carolina Biological Supply Company 627405 Huber mall probe, double-ended probe and seeker, 6"
Microscissors Carolina Biological Supply Company 623555 Iris microdissecting scissors, stainless steel, 0.5" blades, 4.75" long
Fine forceps Sigma-Aldrich Co. LLC. F6521 Jewelers forceps, dumont No. 5, inox alloy, 4.25"
Curved forceps Sigma-Aldrich Co. LLC. Z168696 Medium tip, curved forceps, stainless steel, 4"
Scalpel handle Sigma-Aldrich Co. LLC. S2896 Scalpel handles, No. 3, stainless steel
Scalpel blade Sigma-Aldrich Co. LLC. S2771 Scalpel blades, No. 11, steel
Guillotine Harvard Apparatus 73-1918 Kleine guillotine type 7575
Spatula Sigma Z648299 Micro spoon and spatula weighing set. Use small spatula: 5.9” long x 0.07” diameter handle with square end: 0.17” x 1.3” long, other end round: 0.17” x 1.27” long
Hook Autozone 98069 SureBilt hook and pick set. Use grinder to dull sharp points of hook to prevent injury to animals mouth.
95/5% O2/CO2 Airgas, Inc. X02OX95C2003102 5% Carbon dioxide balance oxygen certified standard gas mixture, size 200 Cylinder, CGA-296
Regulator Airgas, Inc. Y11244D296-AG Single stage brass 0-100 psi analytical cylinder regulator CGA-296 with needle outlet. Use brass adjustable airline pipe valve to go from 3/8", inner diameter, vinyl airline tubing connected to regulator to a 3/16", inner diameter, airline connection going to airstone or glass pasteur pipette.
Adjustable airline pipe valve Doctors Foster and Smith CD-12061 Brass valve
Rigid table Unknown Unknown Auto-clave door laid on top of a sturdy table. Nine 5" diameter tennis balls isolate vibrations from the top surface of the table.
5" tennis ball Petco Animal Supplies, Inc. 712868 Petco Jumbo Pet Tennis Ball: balls are unsliced and held within an integrated frame on the underside part of the autoclave door.
Alternative vibration isolation table Newport Corporation INT1-36-6-N Rigid vibration control system, integrity 1: Surface dimensions, 3' x 6'
Gimbal ISI, International Scientific Instruments, Inc. Stage from SUPER III-A Scanning EM 5-axis eucentric stage: X, Y, and Z linear movements, ±20 mm, 0.1 mm precision; Rotations, vertical, ±10°, and horizontal, ±12.5°, with 1.25° precision. Note: from decommission instrument.
Chuck for gimbal Unknown Unknown Chuck from an old microtome of unknown manufacture was machined to fit the shaft of the specimen holder of the Scanning EM stage
Alternative gimbal ThorLabs, Inc. GN2/M with MBT602/M Dual-axis goniometer (GN2/M) mounted on 3-axis microblock stage with thumbscrew adjusters (MBT602/M): design a chuck to hold turtle head with eye at 12.7 mm above top surface of goniometer (distance to point of rotation)
Video-based eye tracking system Arrington Research, Inc. ViewPoint EyeTracker, PC-60 Tracking method: Infrared video by dark pupil; Black and white camera (Item BC02): 30 Hz, 640 x 480; System requirements: Windows 2000, XP, 7, 8, 8.1, 10; Visual range: Horizontal +/- 44°; vertical +/- 20°; Accuracy ~0.5°; Spatial resolution ~0.15°; Pupil size resolution ~0.03 mm; Eye data: X, Y position of gaze, pupil height and width, torsion, delta time, total time, and regions of interest (ROI); Real-time communication (Item 0022): 4-Channel AnalogOut with eight TTL input channels to mark codes into the data file
Multi-position magnetic base Harbor Freight Tools Pittsburg, item #5645 Magnetic holder reaches up to 12" and produces 45 lbs. of magnetic pull. Use to position camera. Machine thread holes onto the end of the rod to mount cameras.
Micromanipulator Kopf 900 5 axis manipulation for mount of suction electrode: X, Y, Z linear travel, 2 axis of rotation
Dissection scope on boom Lieca GZ6 Magnification range, 6.7x – 40x
Nerve/muscle stimulator Astro-Med Grass Telefactor Grass S88 Dual pulse voltage stimulator: two output channels that can be operated independently or synchronized to generate non-isolated constant voltage pulses (10 mv to 150 V). Pulses can be single (10 μsec to 10 sec), repetitive (0.01 Hz to 1 KHz), and trains (1 ms to 10 s) and synchronized with TTL inputs and output. Send TTL outputs via the output channels of a DB25 connector to the TTL input channels of the ViewPoint EyeTracker. Note: Astro-Med Grass Telefactor is no longer in business.
Current isolation device Astro-Med Grass Telefactor PSIU6 Current stimulus isolation unit: enables safe delivery of constant currents by the S88 to the preparation. The PSIU6 connects by a BNC cable to one of the output channels of the S88. Multiplier switches on the PSIU6 allow the S88 to generate a wide array of current amplitudes ranging from 0.1 µA to 15 mA.
Alternative nerve/muscle stimulator with isolation A-M Systems 2100 Isolated Pulse Stimulator: Unit has built-in isolator to produce constant currents.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kikillus, K. H., Hare, K. M., Hartley, S. Minimizing false-negatives when predicting the potential distribution of an invasive species: A bioclimatic envelope for the red-eared slider at global and regional scales. Anim Conserv. 13, 5-15 (2010).
  2. Lutz, P. L., Rosenthal, M., Sick, T. J. Living without oxygen: turtle brain as a model of anaerobic metabolism. Mol Physiol. 8, 411-425 (1985).
  3. Lutz, P. L., Milton, S. L. Negotiating brain anoxia survival in the turtle. J Exp Biol. 207, 3141-3147 (2004).
  4. Storey, K. B. Anoxia tolerance in turtles: Metabolic regulation and gene expression. Comp Biochem Physiol A-Mol Integr Physiol. 147 (2), 263-276 (2007).
  5. Granda, A. M., Dearworth, J. R., Subramaniam, B. Balanced interactions in ganglion-cell receptive fields. Vis Neurosci. 16, 319-332 (1999).
  6. Dearworth, J. R., Granda, A. M. Multiplied functions unify shapes of ganglion-cell receptive fields in retina of turtle. J Vis. 2 (3), 204-217 (2002).
  7. Nesbit, S. C., Van Hoof, A. G., Le, C. C., Dearworth Jr, J. R. Jr Extracellular recording of light responses from optic nerve fibers and the caudal photoreceptor in the crayfish. J Undergrad Neurosci Educ. 14 (1), A29-A38 (2015).
  8. McMahon, B. R. Respiratory and circulatory compensation to hypoxia in crustaceans. Resp Phsiol. 128 (3), 349-364 (2001).
  9. Leigh, R. J., Zee, D. S. The neurology of eye movements. , 3rd edition, Oxford University Press. New York. (1999).
  10. Robinson, D. A. A method of measuring eye movement using a scleral search coil in a magnetic field. IEEE Trans Biomed Eng. 10, 137-145 (1963).
  11. Judge, S. J., Richmond, B. J., Chu, F. C. Implantation of magnetic search coils for measurement of eye position: an improved method. Vis Res. 20, 535-538 (1980).
  12. Ong, J. K. Y., Halswanter, T. Measuring torsional eye movements by tracking stable iris features. J Neurosci Meth. 192, 261-267 (2010).
  13. Kimmel, D. L., Mammo, D., Newsome, W. T. Tracking the eye non-invasively: simultaneous comparison of the scleral search coil and optical tracking techniques in the macaque monkey. Front Behav Neurosci. 6 (49), 1-17 (2012).
  14. Otero-Millan, J., Roberts, D. C., Lasker, A., Zee, D. S., Kheradmand, A. Knowing what the brain is seeing in three dimensions: A novel, noninvasive, sensitive, accurate, and low-noise technique for measuring ocular torsion. J Vis. 15 (14), 1-15 (2015).
  15. Demski, L. S., Bauer, D. H. Eye movements evoked by electrical stimulation of the brain in anesthetized fishes. Brain Behav Evol. 11, 109-129 (1975).
  16. Gioanni, H., Bennis, M., Sansonetti, A. Visual and vestibular reflexes that stabilize gaze in the chameleon. Vis Neurosci. 10, 947-956 (1993).
  17. Straka, H., Dieringer, N. Basic organization principles of the VOR: lessons from frogs. Prog Neurobio. 73 (4), 259-309 (2004).
  18. Voss, J., Bischof, H. -J. Eye movements of laterally eyed birds are not independent. J Exp Biol. 212 (10), 1568-1575 (2009).
  19. Ariel, M. Independent eye movements in the turtle. Vis Neurosci. 5, 29-41 (1990).
  20. Ariel, M., Rosenberg, A. F. Effects of synaptic drugs on turtle optokinetic nystagmus and the spike responses of the basal optic nucleus. Vis Neurosci. 7, 431-440 (1991).
  21. Balaban, C. D., Ariel, M. A "beat-to-beat" interval generator for optokinetic nystagmus. Biol Cybern. 66, 203-216 (1992).
  22. Keifer, J. In vitro eye-blink reflex model: Role of excitatory amino acid receptors and labeling of network activity with sulforhodamine. Exp Brain Res. 97, 239-253 (1993).
  23. Keifer, J., Armstrong, K. E., Houk, J. C. In vitro classical conditioning of abducens nerve discharge in turtles. J Neurosci. 15, 5036-5048 (1995).
  24. Rosenberg, A. F., Ariel, M. A model for optokinetic eye movements in turtles that incorporates properties of retinal slip neurons. Vis Neurosci. 13, 375-383 (1996).
  25. Ariel, M. Open-loop optokinetic responses of the turtle. Vis Res. 37, 925-933 (1997).
  26. Anderson, C. W., Keifer, J. Properties of conditioned abducens nerve responses in a highly reduced in vitro brainstem preparation from the turtle. J Neurophysiol. 81, 1242-1250 (1999).
  27. Keifer, J. In vitro classical conditioning of the turtle eyeblink reflex: Approaching cellular mechanisms of acquisition. Cerebell. 2, 55-61 (2003).
  28. Zhu, D., Keifer, J. Pathways controlling trigeminal and auditory nerve-evoked abducens eyeblink reflexes in pond turtles. Brain Behav Evol. 64, 207-222 (2004).
  29. Jones, M. S., Ariel, M. The effects of unilateral eighth nerve block on fictive VOR in the turtle. Br Res. 1094, 149-162 (2006).
  30. Jones, M. S., Ariel, M. Morphology, intrinsic membrane properties, and rotation-evoked responses of trochlear motoneurons in the turtle. J Neurophysiol. 99 (3), 1187-1200 (2008).
  31. Krenz, J. G., Naylor, G. J. P., Shaffer, H. B., Janzen, F. J. Molecular phylogenetics and evolution of turtles. Mol Phylogenet Evol. 37 (1), 178-191 (2005).
  32. Dearworth, J. R. Jr, et al. Role of the trochlear nerve in eye abduction and frontal vision of the red-eared slider turtle (Trachemys scripta elegans). J Comp Neur. 52, 3464-3477 (2013).
  33. Dearworth, J. R. Jr, et al. Pupil constriction evoked in vitro by stimulation of the oculomotor nerve in the turtle (Trachemys scripta elegans). Vis Neurosci. 26, 309-318 (2009).
  34. Mead, K., et al. IFEL TOUR: a description of the introduction to FUN electrophysiology labs workshop at Bowdoin College, July 27-30, and the resultant faculty learning community. J Undergrad Neurosci Educ. 5, A42-A48 (2007).
  35. Jackson, D. C., Ultsch, G. R. Physiology of hibernation under the ice by turtles and frogs. J Exp Zool A Ecol Genet Physiol. 313 (6), 311-327 (2010).
  36. Romano, J. M., Dearworth, J. R. Jr Pupil constriction evoked by stimulation of the ciliary nerve in the red-eared slider turtle (Trachemys scripta elegans). J Penns Acad Sci. 85, 4-8 (2011).
  37. Miller, J. M., Robins, D. Extraocular-muscle forces in alert monkey. Vis Res. 32, 1099-1113 (1992).
  38. Gamlin, P. D., Miller, J. M. Extraocular muscle motor units characterized by spike-triggered averaging in alert monkey. J Neurosci Meth. 204, 159-167 (2011).
  39. Quaia, C., Ying, H. S., Optican, L. M. The Viscoelastic properties of passive eye muscle in primates. III: Force elicited by natural elongations. PLOS ONE. 5, A236-A254 (2010).
  40. Anderson, S. R., et al. Dynamics of primate oculomotor plant revealed by effects of abducens microstimulation. J Neurophys. 101, 2907-2923 (2009).
  41. Maxwell, J. H. Anesthesia and surgery. Turtles: Perspective and Research. Harless, M., Morlock, H. , Wiley. New York. 127-152 (1979).
  42. AVMA Panel on Euthanasia. American Veterinary Medical Association. J Am Vet Med Assoc. 218 (5), 669-696 (2001).
  43. Clarke, R. J. Shaping the pupil's response to light in the hooded rat. Exp Br Res. 176, 641-651 (2007).
  44. Bennett, R. A. A review of anesthesia and chemical restraint in reptiles. J Zoo Wild Med. 22 (3), 282-303 (1991).
  45. Bickler, P. E., Buck, L. T. Hypoxia Tolerance in Reptiles, Amphibians, and Fishes: Life with Variable Oxygen Availability. Ann Rev Physiol. 69, 145-170 (2007).

Tags

علم الأعصاب، 136 قضية، الكهربية، في المختبر، والغرز العصب، عصب بكري، عصب مبعد، آيريس، التلميذ، extraocular العضلات، الكينماتيكا، السلحفاة، ايليجانس سكريبتا تراتشيميس
الكينماتيكا العين التي تقاس <em>في المختبر</em> حفز الأعصاب في السلحفاة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cano Garcia, M., Nesbit, S. C., Le,More

Cano Garcia, M., Nesbit, S. C., Le, C. C., Dearworth Jr., J. R. Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle. J. Vis. Exp. (136), e56864, doi:10.3791/56864 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter