A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
نقدم هنا البروتوكول الذي يمكن تصوره قبل و/أو الكالسيوم بعد المتشابك في سياق التعلم والذاكرة دروفيفيا . في صور الكالسيوم المجرية باستخدام حساسات الكالسيوم المترجمة بالمشبك يتم الجمع بينها وبين النموذج الكلاسيكي لتكييف حاسة الشم بحيث يمكن تحديد اللدونة المتشابكة الكامنة وراء هذا النوع من التعلم النقابي.
عقود من البحوث في العديد من الكائنات الحية النموذجية أدت إلى المفهوم الحالي للدونة متشابك الكامنة وراء التعلم وتكوين الذاكرة. وغالبا ما يتم توزيع التغييرات الناجمة عن التعلم في انتقال متشابك عبر العديد من الخلايا العصبية ومستويات المعالجة في الدماغ. ولذلك ، هناك حاجه إلى أساليب لتصور اللدونة متشابك تعتمد علي التعلم عبر الخلايا العصبية. وتمثل ذبابه الفاكهة الصباغية الحية نموذجا مناسبا لدراسة الدوائر العصبية الكامنة وراء التعلم. البروتوكول المعروض هنا يوضح الطريقة التي العمليات الكامنة وراء تشكيل الذكريات الشميه النقابية ، اي النشاط متشابك وتغييراتها ، يمكن رصدها في الجسم المجري. باستخدام المجموعة الواسعة من الاداات الجينية المتوفرة في دروفيسيلا، من الممكن التعبير عن مؤشرات الكالسيوم المشفرة وراثيا في مجموعات الخلايا المحددة وحتى الخلايا المفردة. من خلال إصلاح ذبابه في مكان ، وفتح كبسوله الراس ، فمن الممكن لتصور ديناميات الكالسيوم في هذه الخلايا في حين تقديم المحفزات حاسة الشم. الاضافه إلى ذلك ، فاننا نثبت وجود اعداد يمكن ان يتعرض فيه الذبابة ، في الوقت نفسه ، للصدمات الكهربائية في الجسم. وهذا يوفر نظام الذباب التي يمكن ان تخضع لتكييف حاسة الشم الكلاسيكية-حيث يتم تعلم رائحة ساذجه سابقا ان تترافق مع عقوبة الصدمة الكهربائية-في نفس الوقت مثل تمثيل هذه الرائحة (وغيرها من الروائح غير المدربة) هو لوحظ في الدماغ عن طريق المجهر اثنين من الفوتون. وقد ابلغ مختبرنا في السابق عن توليد أجهزه استشعار الكالسيوم المترجمة بالمشبك ، والتي تمكن المرء من حصر إشارات الكالسيوم الفلورية في مقصورات ما قبل أو بعد المتشابك. يوفر المجهر ثنائي الفوتون وسيله لحل الهياكل الدقيقة مكانيا. ونحن مثال علي ذلك من خلال التركيز علي الخلايا العصبية دمج المعلومات من الجسم الفطر, مركز النظام اعلي من الدماغ الحشرات. عموما ، يوفر هذا البروتوكول طريقه لفحص الاتصالات متشابك بين الخلايا العصبية التي يتم التضمين نشاطها نتيجة للتعلم حاسة الشم.
فك رموز أين وكيف يتم الحصول علي المعلومات في الدماغ من خلال التعلم وتخزينها فيما بعد كذاكره تشكل واحده من المهام الأكثر تحديا في علم الأعصاب1. [نيوروسكينتيفيك] البحوث قد أدت إلى مفهوم التغيير في انتقال متشابك كما الركيزة العصبية التي تكمن وراء التعلم وتكوين الذاكرة2,3. ومن المفترض انه ، اثناء التعلم ، والاتصالات متشابك بين الفرق العصبية التي تنشط خلال التصور من التحفيز يصبح تعديلها بحيث يمكن استردادها نمط النشاط مجتمعه خلال استدعاء الذاكرة ، التالي يامر العمل السلوكي في المستقبل4. وغالبا ما يتم توزيع هذه "الخلايا engram" والمشابك العصبية الخاصة بهم عبر مناطق الدماغ ومستويات المعالجة ، مما يجعل من الصعب تعيين التغييرات الملحوظة في الإرسال المتشابك إلى تعلم مهمة أو محفز. لتعريب وتصور تلك التغييرات متشابك التي ترتبط بشكل سببي لمهمة تعليمية معينه واحده يحتاج إلى نظام النموذج المناسب الذي يسمح لحصر تلك الاشتباكات العصبية بدقه.
ولمثل هذا المسعى ، فان الوحمة الصباغية هي مناسبه بشكل خاص لأنها تجمع بين البساطة النسبية للدماغ ، والثراء السلوكي ، وامكانيه الوصول التجريبية. ومن بين الكائنات الحية النموذجية الراسخة ، تقع دروفيبيلا بين الديدان الخيطية c. ايلينيسيس والثدييات العريكته وراثيا مثل الفئران من حيث تعقيد الخلايا العصبية. لوحظ عدد نمطي من الخلايا العصبية (~ 300) والذخيرة السلوكية محدوده في c. اليجنس. الثدييات ، من ناحية أخرى ، لديها الملايين من الخلايا العصبية والتعقيد السلوكي المذهل. الدماغ من ذبابه الفاكهة هو ، مع لها ~ 100,000 ، الخلايا العصبية أصغر بكثير من أدمغه معظم الفقاريات ، والعديد من الخلايا العصبية التي يمكن التعرف عليها بشكل فردي5. ومع ذلك ، تعرض دروفيسيلا طيفا واسعا من السلوكيات المعقدة ، بما في ذلك القدرة علي إظهار التعلم الشمي النقابي القوي وتكوين الذاكرة ، والتي تم وصفها لأول مره منذ 40 سنه6. في سياق هذا الاجراء تكييف الكلاسيكية ، وتخضع مجموعات من الذباب إلى رائحة كما التحفيز المشروط (CS +) في حين انها تتلقي صدمه كهربائيه معاقبه كحافز غير مشروط (الولايات الامريكيه). ثم تعرض الرائحة الثانية (CS-) دون اي عقاب. التالي ، تعلم الحيوانية لتجنب رائحة المرتبطة العقاب ، والتي يمكن اختبارها في حاله اختيار اللاحقة بين الروائح اثنين ،cs + و cs-. العمل علي تشريح الركيزة العصبية الكامنة وراء هذا السلوك في دروكوفيلا وقد حددت جثث الفطر (MB) كموقع الرئيسي لل "engram"7,8,9,10 ولذلك ، كانت دوائر هذه المنطقة الدماغ وهو موضوع البحوث المكثفة من أجل الكشف عن المنطق الذي يتم الحصول علي الذاكرة انغرام وتخزينها (استعرضت مؤخرا في11،12).
تتكون المكونات من الخلايا العصبية الذاتية من 2,000 تقريبا (كريات كينيون) في نصف الكره الارضيه ، ويتم تنظيمها بالتوازي مع إسقاطات محواري13. يتم توسيع axons من الخلايا العصبية الإسقاط حاسة الشم إلى البروتوسيريبرا الجانبية والي calyces ميغابايت, موقع الإدخال الرئيسية الشجيرية من ميغابايت وتلقي المدخلات حاسة الشم من الفصوص الهوائية. تشكل المجموعة الطويلة والمتوازية من خلايا كينيون العم المتجول والفصوص. معظم خلايا كينيون تشكيل الأفقي β/الفصوص من خلال تمديد ضمان واحد نحو خط الوسط من الدماغ ، والعمودي α/α'-فصوص عن طريق تمديد الجانبية الثانية إسقاط في الاتجاه الظهري الامامي. يشكل الأخرى مجموعه من [كينيون] خلايا ال [γ-فصوص] أفقيه13 من ال [مب] حيث ال يعلم عمليه ولاحقه [شورت-ترم] ذاكره تشكيل استطاع كنت مترجمه10. الفصوص ميغابايت تلقي المدخلات الزبائ وتوفير الناتج افيرينت ، وكلاهما يقتصر عاده علي المناطق الفرعية مجزا متميزة علي طول الخلية كينيون محاور14،15،16. وعلي وجه الخصوص, وقد ثبت الخلايا العصبية الإدخال MB المدخلات التي تتوسط القيمة, علي سبيل المثال, العقابية, تعزيز الآثار في التعلم حاسة الشم النقابي15,17. نمطي والخلايا العصبية الناتجة افيرينت MB التي يمكن التعرف عليها بشكل فردي من فصوص الجسم الفطر دمج المعلومات عبر اعداد كبيره من الخلايا Kenyon ، واستهداف مناطق الدماغ المتنوعة وتحمل السلوك--مفيده المعلومات الايجابيه أو افئيه15 . وقد ادي هذا العمارة العصبية إلى مفهوم تنظيم engram النقابي. يتم ترميز الروائح بدقه نسبيا من قبل الفرق القليلة التنشيط من خلايا كينيون. النشاط المتزامن لهذه الفرق الخلية كينيون والإفراج عن الدوبامين التي اثارها معاقبه المحفزات-ينظم انتقال من الخلية كينيون presynapses علي الخلايا العصبية إخراج ميغابايت من هذا القبيل ان الكائنات سوف تجنب في وقت لاحق هذه الرائحة خاصه10 ،12. نحن نستخدم هذا بدقه محدده والمترجمة انغرام كحاله نموذجيه لتوضيح كيف يمكن تحديد هذه التغييرات المعتمدة علي التعلم في النشاط متشابك ورصدها.
تعتمد قيمه دروفيبيلا كنظام نموذجي بقوة علي الاداات الوراثية التي لا مثيل لها والتي تسمح لأحد بالتعبير عن الجينات للتعرف علي الخلايا العصبية الواحدة ومراقبتها والتحكم فيها داخل الدوائر المعقدة18. ظهور تقنيات لرصد نشاط الخلايا العصبية-مثل التصوير الكالسيوم ، وناقش هنا-وقد سمح لتحديد أنماط النشاط العصبية استجابه لتحفيز محدده. من خلال الجمع بين التعبير Gal4 محدده من مؤشرات الكالسيوم المشفرة وراثيا (جيكيس) مع التحفيز حاسة الشم ، يمكن للمرء ان تصور ديناميات الكالسيوم التي أثارت رائحة الخلايا العصبية من الفائدة19. في هذا البروتوكول ، يظهر انه من خلال اقتران هذه التقنية مع نموذج التكييف الكلاسيكي ، من الممكن فحص هذه الاستجابات الشميه في سياق التعلم. اللدونة التي يسببها التعلم يمكن تشريحها باستخدام جيكليس فقط المترجمة إلى الخلايا العصبية محدده واحده ، ولكن أيضا إلى مقصورات فرعيه معينه من الخلايا العصبية. Pech et al.20 إنشات مجموعه مختاره من الاداات التي تسمح بالبالضبط هذا. من خلال استهداف GCaMP321 اما قبل أو بعد المشبك-عن طريق الربط إلى فقاري سينابتوفيسين أو dهوميروس ، علي التوالي20-يمكن تمييز التحوير التفاضلي لهذه المواقع. هذا التعريب يضفي ، في هذا السياق ، ميزه علي معظم جيليس التي هي موجودة بشكل مطلق في جميع انحاء عصارة-علي سبيل المثال ، gcamp22، GCaMP321، أو GCaMP623 -لأنه يعني ان العابرين قبل و بوستسينابتيك يمكن ان يكون متميزة عن تدفق الكالسيوم المتكامل الشامل الذي يحدث نتيجة لتنشيط الخلايا العصبية. وهذا يمكن ان توفر أدله حول الموقع وأنواع اللدونة التي تحدث نتيجة أو التي تسبب التعلم وتكوين الذاكرة. علي سبيل المثال ، البروتوكول المقدم هنا يظهر قيمه هذه الاداه في فك رموز التحوير من الخلايا العصبية الناتج MB خلال التعلم النقابي حاسة الشم عن طريق استهداف التعبير من مستشعر الكالسيوم إلى ما بعد المشبك فقط. عن طريق الرصد ، داخل ذبابه الفردية ، والنشاط اثار رائحة قبل وبعد تكييف حاسة الشم يمكن رسمها مقارنه مباشره بين استجابه رائحة ساذجه واستجابه رائحة المستفادة. بينما الثابتة في نفس غرفه التصوير ، ويتعرض الذباب لمجموعه مختاره من الروائح. ثم ، فانها تتلقي بروتوكول تكييف النقابي مكره فيها واحده من هذه الروائح يقترن مع صدمه كهربائيه (تصبحcs +) ويتم تقديم رائحة أخرى دون تعزيز (تصبح cs-). وأخيرا ، يتعرض الذباب مره أخرى لنفس الروائح كما هو الحال في الخطوة الاولي. ويلاحظ ديناميات الكالسيوم باستخدام اثنين من الفوتون المجهري.
1- ذبابه الفاكهة المحورة وراثيا
2. اعداد ذبابه الفاكهة لتصوير الكالسيوم في الجسم المجري
3. في الجسم الصور الكالسيوم
4. التصور من العابرة رائحة الكالسيوم من خلال تكييف حاسة الشم
5-تحليل الصور
ويمكن النظر إلى مثال علي الصور التي تم الحصول عليها باستخدام البروتوكول أعلاه في الشكل 2. د يتم التعبير عن GCaMP3 في الخلايا العصبية إخراج ميغابايت الذي تشعبات inعصبيه المقصورة 1 من ميغابايت γ (يسمي الخلايا العصبية MVP228,29) و?...
تشريح الدوائر العصبية الكامنة وراء التعلم والذاكرة هو هدف بارز في مجال علم الأعصاب. ان امكانيه الحصول علي الجينات الوراثية واتساع الاختبارات السلوكية وسهولتها يجعلها أداه مثاليه للتحقيق في هذه الظواهر. هنا ، يتم تقديم طريقه التي من الممكن ان تصور ، داخل الذباب الفردية ، والتحوير الذ...
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
وقد دعم هذا العمل من قبل مجلس البحوث ألماني من خلال مركز البحوث التعاونية SFB 889 "أليات المعالجة الحسية" ووحده البحوث ل 2705 "تشريح حلبه الدماغ: هيكل, اللدونة والوظيفة السلوكية لل جسم فطر دروفيا ".
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Octen-3-ol | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | O5284 | Chemical used as odorant |
3-Octanol | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 218405 | Chemical used as odorant |
4-Methylcyclohexanol | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 153095 | Chemical used as odorant |
Bandpass filter for EGFP (525/50 nm) | Carl Zeiss Microscopy GmbH, Jena, Germany | ||
Clear adhesive tape | Tesa SE, Norderstedt, Germany | Standard claer adhesive tape | |
Concave-convex jaws | Fine Science Tools, North Vancouver, Canada | 10053-09 | Blade Holders with concave-convex jaws |
Fine forceps | Fine Science Tools, North Vancouver, Canada | 11412-11 | Forceps with tip 0.1 x 0.06mm |
Hypodermic needle | Sterican - B. Braun, Melsungenk, Germany | 4665120 | 1.20x40mm |
Insect Minutien pins | Fine Science Tools, North Vancouver, Canada | 26002-10 | Diameter 0.1mm, tip 0.0125mm |
Kentoflow | Kent Express Dental Supplies, Gillingham, UK | 953683 | Blue light-curing glue |
Microscope slide | Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Germany | 0656.1 | Standard objective slide 76 x 26 mm |
Mineral oil | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | M8410 | Used as diluent for odorants |
Mode-locked Ti-Sapphire laser Chameleon Vision 2 | Coherent Inc., Santa Clara, CA, USA | Tunable infrared femtosecond laser | |
Multiphoton Microscope LSM 7MP equipped with BiG detectors | Carl Zeiss Microscopy GmbH, Jena, Germany | Multiphoton microscope, multiple companies provide similar devices. | |
Plan-Apochromat 20x (NA = 1.0) water immersion objective | Carl Zeiss Microscopy GmbH, Jena, Germany | 421452-9900-000 | Objective W "Plan-Apochromat" 20x/1.0 DIC M27 70mm |
Ringer's solution | n.a. | n.a. | 5mM KCl, 130mM NaCl, 2mM MgCl2, 2mM CaCl2, 5mM Hepes-NaOH, 36mM sucrose, pH = 7.4 |
Stab knife | Sharpoint, Surgical Specialties Corporation, Reading, PA, USA | 72-1551 | 5.0mm Straight restricted blade depth |
Surgical scalpel blade | Swann-Morton, Sheffield, UK | 0303 | Product No. 11 |
Surgical scalpel handle | Swann-Morton, Sheffield, UK | 0907 | Product No. 7S/S |
Visual Basics of Applicatons (VBA) software to receive a trigger from the odor-delivery device and the electric shock application device (power supply) to interact with the ZEN software from Zeiss that controls the microscope. | Custom-written and available upon request | n.a. | n.a. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved