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요약

우리는 invertebrate 후각 경로의 처음 세 단계에서 냄새 evoked 응답을 특징하는 세포 다중 단위 기록 기술의 변화를 보여줍니다. 이 기술은 쉽게뿐만 아니라 다른 신경 시스템에서 앙상블 활동을 검토하도록 구성 할 수 있습니다.

초록

후각 신호의 감지 및 해석은 많은 생물의 생존을위한 중요합니다. 놀라운 phyla에 걸쳐 종 화학 물질 감지에 대한 생물학적 접근 방식은 진화의 시간 1 위에 최적화 된 것을 놀랍도록 닮아 후각 시스템을 제안하고 있습니다. 곤충 후각 시스템에서 odorants는 액션 전위의 기차에 화학 자극을 변환 안테나에 후각 수용체 뉴런 (ORN)에 의해 transduced 있습니다. ORNs에서 감각 입력은 다음 antennal 엽 (; 척추 후각 망울에 유사한 구조 AL)에 전달됩니다. 2,3, AL에서 악취에 대한 신경 표현은 주요 뉴런 (또한 프로젝션 뉴런라고 PNs)의 ensembles에 걸쳐 분산 spatiotemporal 사격 패턴의 형태를 취할. AL 출력은 이후 하류 버섯 몸 (MB), 후각 메모리와 4,5 학습과 관련된 구조 캐년 전지 (관세청)에 의해 처리됩니다. 그녀의전자, 우리는 이러한 후각 회로에 냄새 evoked 신경 반응을 모니터링 할 수 electrophysiological 레코딩 기술을 제시한다.

첫째, 우리는 ORNs 6,7의 인구 수준에서 냄새 evoked 응답을 공부 한 sensillum 기록 방법을 제시한다. 우리는 extracellularly ORN 응답을 모니터링하는 전극 등의 생리 가득 날카롭게 유리 피펫의 사용에 대해 설명합니다. 다음, 우리는 extracellularly 상업 16 채널 전극 3을 사용 PN 응답을 모니터링하는 방법을 제시한다. 주문 제작 8 채널 트위스트 와이어 tetrode를 사용하여 유사한 접근 방식은 케니 언 셀 녹음 8 증명하고 있습니다. 우리는 우리의 실험 설정 및 이러한 기술의 각 현재 대표적인 기록 추적에 대한 자세한 내용을 제공합니다.

프로토콜

1. 냄새 준비 및 배달

  1. 원하는 농도 수준을 달성하기 위해 볼륨으로 미네랄 오일에서 냄새 솔루션을 희석. 60 ML 유리 병에 미네랄 오일과 odorant의 20 ML의 혼합물을 저장합니다. 입구와 출구 라인을 제공하기 위해, 고무 마개 (게이지 19), 상단에서 하단의 하나는 다른에이 주사기 바늘을 삽입합니다. 이 고무 마개로 유리 병을 봉쇄하고 유입 라인 (그림 1A)에 필터 활성탄을 설계 사용자 정의를 첨부합니다.
  2. 탄소 필터는 두 6 ML의 주사기를 사용하여 이루어집니다. 반으로 주사기를 잘라 플런저 끝을 폐기합니다. 열 수축 튜브를 사용하여 같이 연결하기 전에 면화, 활성탄과 남은 조각을 각각 입력합니다.
  3. 안테나를 통해 일정한 공기 흐름을 제공 플라스틱 튜브 (Nalgene FEP 관, ID 5.8 mm) (그림 1B에 냄새 병 (폴리에틸렌 관, ID 0.86 mm를 사용하여)의 출구 선을 연결 ).
  4. 메뚜기 안테나 몇 cm에 배치 플라스틱 튜브를 사용하여 메뚜기를 향해, ​​직접 탄소 필터링, dehumidified 항공 (흐름 속도, 0.75 L / 분 캐리어 가스).
  5. 악취 자극은 병의 냄새 솔루션 위의 정적 헤드 스페이스의 일정한 볼륨을 (0.1 L / 분) 치환. 이것은 피코 - 펌프를 (WPI, PV-820)를 사용하여 병에 dehumidified 공기의 동일한 양을 주입에 의해 달성된다. 냄새 병에서 증기는 공기 튜브 (그림 1B)로 출구 라인을 통해 이동합니다.
  6. ~ 10cm 메뚜기 안테나 뒤에 진공 유입 경로를 배치하여 제공 냄새 증기를 제거합니다.

2. 싱글 Sensillum 기록에 대한 메뚜기 안테나 준비

  1. 완전 성숙한 날개와 섹스 중의 젊은 성인 메뚜기을 선택할 수 있지만 이전에 결합 단계에 붐비는 식민지에서. 메뚜기을 억제하려면 먼저 해당 다리를 절단. 조직 접착제 (Vetbond, 3M)로 절단 사이트를 밀봉합니다. 보안 t(그림 2A)는 가슴 주위를 장식 전기 테이프의 작은 조각을 사용하여 사용자 정의 설계 챔버에 그는 메뚜기.
  2. 해부 현미경에서 안테나 게재 위치에 대한 왁스 플랫폼 (그림 2A)에 얕은 홈을합니다. 홈에 안테나를 배치하고 안테나의 두 끝 (그림 2B, electrowaxer이 왁스를 용해하는 데 사용됩니다)에서 바틱 왁스를 사용하여 안정.
  3. 가슴 (~ 1cm 거리에 머리에서)에 접지 전극 (chlorided 실버 와이어를) 삽입합니다. 모두 인감 절개 사이트에 바틱 왁스를 사용하여 장소 (그림 2A)의 접지 와이어를 개최.

3. 싱글 Sensillum 기록은 강한 수용체 뉴런 (ORNs)에서 냄새 evoked 응답을 모니터링 할

  1. 진동 절연 테이블 (TMC) (그림 3A)에 stereomicroscope (Leica M205C)에서 안정화 메뚜기 안테나를 배치합니다. 녹음 sensillum의 기본은 명확 있는지 확인통증이 표시 (그림 3B).
  2. 붕규산 유리 모세관 튜브를 (OD 1.2 mm, ID 0.69 mm)를 사용하여 유리 전극을 (메뚜기와 생리 9, 팁 직경 1-3 μm을 가득 MΩ 임피던스 3-10) 조작하는 micropipette 풀러 (셔터 P-1000)를 사용합니다.
  3. 동력 micromanipulator (셔터 MP-285)에 연결되어 micropipette 홀더에 유리 전극을 배치합니다. 부드럽게 sensillum (그림 3B)의베이스에 전극을 삽입합니다. 각 sensillum은 메뚜기 10 3-50 ORNs를 포함 할 수 있습니다.
  4. AC 증폭기 (잔디 P-55)를 사용하여 신호를 (10,000 회) 확대. 0.3 사이의 신호 필터 - 10.0 kHz로하고 데이터 수집 시스템을 사용하여 15 kHz에서 샘플링 속도 (그림 3D) (LabView, PCI-미오-16E-4 DAQ 카드, 내쇼날 인스트루먼트)에 취득.

4. Antennal 엽과 버섯 바디 레코딩을위한 메뚜기 분해 절차

  1. restraini에 따라NG 절차는 섹션 2.1에 설명되어 있습니다. 그림 4A 및 B에 도시 된 바와 같이 맞춤 디자인 실에있는 메뚜기를 배치합니다.
  2. 동안 생리 perfuse 및 분해 절차 후 메뚜기의 머리 주위에 왁스 컵을 구축합니다. 왁스 컵은 입 부분 위에 시작하고 그림 4C 같이 두 안테나 사이의 지역을 포함한 화합물 눈을 넘어 확장해야합니다.
  3. 안테나는 왁스 컵을 통과 할 수 있도록하려면, 플라스틱 (폴리에틸렌) 튜브를 (길이 5mm, ID 0.86 mm)을 사용하여 양쪽에 작은 터널을 만들 수 있습니다. 플라스틱 튜브는 왁스 컵을 통해 슬라이드 수 있는지 확인하십시오. 후자는 단단히 플라스틱 튜브 주위에 래핑 고무 가스켓을 사용하여 달성된다하지만 왁스 컵 (그림 4C)에 부착된다.
  4. 에폭시 수지를 사용 플라스틱 튜브의 바닥 끝으로 안테나의 기반을 첨부합니다. 이 단계는 안테나가도 주변 이후에 개최되는 보장표피가 제거됩니다.
  5. 이 시점부터 생리 식염수 9로 가득 왁스 컵세요. 두 안테나 (anteroposterior 축 정렬 직사각형의 긴 쪽) 사이에있는 중앙 직사각형 영역을 제거하여 시작합니다. 그 후, 안테나 (그림 4D)의 기지에있는 화합물 눈과 큐티클을 방해하지 않으면 서 주변 지역의 표피를 제거합니다.
  6. 고급 집게를 사용 부드럽게 공기 주머니와 뇌를 둘러싼 지방의 시체를 제거합니다. 이 단계의 끝에서 메뚜기 뇌는 명확하게 (그림 4D) 볼 수 있어야합니다. 후각 정보 (빛 노란색 착색 포함) 처리하는 뇌 영역이 두 안테나 사이에 자리 잡고 있습니다되는지 확인합니다.
  7. 메뚜기에 내장은 뇌 아래에서 몸의 길이를 따라 실행됩니다. 잠재적 준비를 불안정에서 창자의 움직임을 방지하기 위해 부드럽게 foregut을 뽑아 고급 가위를 사용하여 잘라. 복부에 작은 절개를합니다 단지항문 위 굵은 집게로 hindgut을 당겨 내장을 제거합니다. 생리 누출을 방지하기 위해, 봉합 스레드와 절개 사이트에 바로 앞쪽에 복부를 묶어.
  8. 그림 4D와 같이 전기 생리학 동안 뇌를 제고 11을 안정화하는 왁스의 벌금 층으로 코팅 얇은 철사로 만든 작은 플랫폼을 사용합니다.
  9. 곤충 뇌는 사전 실험 제거 할 필요가 얇은 절연 피복이 적용됩니다. desheath으로는 뇌가, 부드럽게 잘 포셉에게 9를 사용 뇌의 표면에 효소의 작은 금액 (0.3-0.4 MG 프로테아제, 시그마 알드리치) 확산. 효소 응용 프로그램의 ~ 5-10 초 후, 식염수에 철저하게 뇌를 씻어. 초 미세 집게를 사용하여 매우 부드럽게 찔러과 피복을 뽑아 이후가 기록 위치 (AL 및 메가바이트, 그림 4E, F 참조)를 통해 엽니 다 찢어.

5. 멀티 단위 Antennal 엽의 녹음과버섯 바디

  1. 진동 절연 테이블에 배치 붐 스탠드에서 일시 중지 stereomicroscope에서 메뚜기 준비 (그림 5A)를 배치합니다.
  2. 실험을하는 동안 일정한 생리 재관류 율을 (0.04 L / 시간에 대한) 유지합니다. 접지 전극으로 염분이 가득한 왁스 컵에 익숙해 chlorided은 와이어를 사용하십시오.
  3. PN 녹음를 들어, 16 채널 실리콘 프로브를 (NeuroNexus 기술, 항목 # A2x2-tet-3mm-150-150-121 - A16, 그림 5B)을 사용합니다. 전에 각각의 실험에, 200-300 kΩ 범위에서 임피던스를 달성하기위한 금 전극을 전기 도금. 전기 도금을위한 그림 7에 표시된 회로를 사용합니다.
  4. 가까운 antennal 엽의 표면에 전극을 배치하고 부드럽게 수동 micromanipulator (WPI, M3301R)을 (그림 5D)를 사용하여 조직에 삽입.
  5. ~ 10 μm 단계에서 전극을 부활 시켰습니다. 각 단계 2-3 분을 기다려야하고 취득을 평가D 신호 품질. 이상적인 기록 사이트에서, 세포 신호는 여러 기록 채널에 의해 픽업되며, 높은 신호 대 잡음 비율 (SNR> 3-5 번 잡음 SDS)를해야합니다.
  6. KC 녹음를 들어, 주문 제작 트위스트 와이어 tetrode (; 제 6 항에 제시된 단계별 제작 과정 그림 5C)을 사용합니다. 단계 5.3에서 논의 이러한 전극을 전기 도금. KC somata이 메가바이트 8 얕은 층으로 제한되면서 MB (그림 5E 호야)의 표면에 tetrode를 놓습니다.
  7. 간략하게 그림 5A와 같이 PN과 KC 녹음 모두 동일한 메뚜기 준비에서 동시에 만들 수 있습니다.
  8. 전극의 안정화를 허용하도록 기록 위치를 찾는 후 최소 15 분 동안 기다리십시오.
  9. 0.3-6 kHz에서 사이 필터를 15 kHz에서에서 모든 세포 신호를 취득하고, 16 채널 AC 증폭기 (생물 전자 숍, 칼 테크, 패서 디나, CA)를 사용하여 (10,000 회) 증폭 (그림 6A, B).

6. KC 레코딩에 대한 일그러진 와이어 전극을 만들려면 절차

  1. KC 녹음을위한 다중 유닛 전극을 설계, 절연 니켈 크롬 와이어 (RO800, 0.0005 "필라멘트) 8을 사용합니다.
  2. 팔 전극이 원하는 경우 다음 골판지 4 회의 10-15센티미터 긴 부분 주위에 와이어를 감아. 판지의 끝은 전선을 절단에서 가장자리를 방지하기 위해 플라스틱 튜브으로 덮여 할 수 있습니다. 포장하는 동안, 작은 여유가 있는지 확인하지만, 와이어의 긴장 늦추지 있지 않도록하십시오. 쉽게 끊어으로주의 깊게 와이어를 처리합니다.
  3. 판지의 상단에있는 전선 뭉치 함께하고 함께 개최 할 테이프의 조각 (시간 테이프, T-534-RP)을 사용합니다. 다른 쪽 끝에서 가닥을 자른다. 절단 끝뿐만 아니라 테이프의 다른 부분을 사용하여에서 와이어 가닥 및 그룹의 와이어를 제거합니다.
  4. 털 (~ 72 레브 / 3 분 함께 titer 판 흔드는 (열 과학, 모델 4625Q)를 바람 사용한 트위스트 와이어를 형성하는 분). 테이프 가닥의 아래쪽은 titer 판 로터에 이어 할 수 있으며, 상단은 붐 스탠드로 클립 할 수 있습니다. 구불 구불 한 동안 와이어 아직 긴장하지, 작은 여유가 있어야합니다.
  5. 함께 개별 가닥를 심어 하나의 와이어를 형성 할 수있는 열 총 (Weller 6966C)와 함께 절연 제를 용해. 와이어의 길이에 걸쳐 3-4 속도가 느린 패스 (3-4 초 각각) 가열 함께 가닥을 융합하기에 충분해야합니다. 그런 다음 하단에서 와이어를 공개하고 휴식 할 수 있습니다. 테이프를 제거 할 수있는 끝 근처의 전선을 잘라.
  6. 5~6센티미터 긴 유리 모세관 튜브 (OD 1.0 mm, ID 0.58 mm)를 통해 와이어의 한쪽 끝을 삽입합니다. 고급 핀셋을 사용하여 한쪽 끝에서 트위스트 와이어를 분리 애무 해줘 매우 간단히 불을 사용하여 끝을 횃불로 코팅을 제거합니다. 이 단계를주의 깊게 수행해야하며 너무 오래 불에 와이어를 노출하면 가닥이 녹기와 얽힌하게됩니다.
  7. 부드럽게 골조 끝에 8 가닥을 분리8 핀 IC 소켓에 별도로 차 솔더는 각 스트랜드. 코트 에폭시와 IC 소켓의 상단은 가닥과 장소에 모세관 유리를 개최합니다. 또한 장소 (그림 5C)에 와이어를 개최 할 모세관의 다른 쪽 끝에서 에폭시의 작은 방울을 배치합니다.
  8. 마지막으로, 모세관 팁에서 0.5 cm에 대한 탄화 가위로 45도 각도로 와이어의 끝을 잘라.

결과

두 개의 서로 다른 알코올에 하나의 ORN의 냄새 evoked 응답은 그림 3D에 표시됩니다. 녹음 위치에 따라 (sensilla 종류, 전극의 배치) 멀티 유닛 녹음 달성 할 수 있습니다.

AL 녹화에서 원시 세포 파형은 그림 6A에 표시됩니다. 액션 잠재력 또는 다른 PNs에서 발생하는 다양한 진폭의 스파이크이 전압 추적에서 관찰 할 수 있습니다. 메뚜기 antennal 엽은 흥분?...

토론

대부분의 감각 자극이 뉴런의 ensembles 분산 된 조합 반응을 그대로 보여주고 있습니다. 따라서, 다중 신경 활동의 동시 모니터링 정보가 뇌의 신경 회로에 의해 표현 및 처리 방법에 자극 - 특정 이해 할 필요가 있습니다. 여기, 우리는 곤충 후각 경로를 따라 처음 세 개의 처리 센터에서 냄새 evoked 응답을 특성화하기 위해 세포 다중 단위 기록 기술을 보여주고 있습니다. 우리는 여기서 제시 기법 ?...

공개

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

감사의 말

관대 시작 - 자금 생명 공학과에서 워싱턴 대학, 시스템 신경 과학 교부금, 해군 연구 교부금 Office 용 맥도넬 센터 (권한 부여 # : N000141210089) BR에 저자는이 일을 자금에 대해 다음을 감사드립니다

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
이름 회사 카탈로그 번호 코멘트
전기 생리학 장비
AC 증폭기 GRASS 모델 P55 단일 sensillum 녹음을위한
오디오 모니터 (모델 3300) AM 시스템 940000
16 채널 사전 증폭기 및 증폭기를 주문 제작 칼. 기술. 생물 전자 상점 AL 및 메가바이트 레코딩을위한
데이터 수집 장치 내쇼날 인스트루먼트 BNC-2090
광섬유 조명 WPI SI-72-8
광원 115 V WPI 노바
수동 micromanipulator WPI M3301R 메뚜기 뇌 레코딩을위한
붐 스탠드에 Stereomicroscope1 Leica M80 메뚜기 뇌 레코딩을위한
Stereomicroscope2 Leica M205C 단일 sensillum 녹음을위한
진동 절연 표 TMC 63-500 시리즈
동력 micromanipulator 셔터 악기 MP285 / T
오실로스코프 텍트로닉스 TD2014B
전극 / 건설 도구
16 채널 전극 NeuroNexus A2x2-tet-3mm - 150-121 antennal 엽 녹음을위한
필라멘트, ID 0.69 mm로 붕규산 모세관 튜브 셔터 악기 BF120-69-10 유리 전극을 만들기위한
Micropipette 풀러 셔터 악기 P-1000
함수 발생기 멀티 미터 창고 SG1639A 금 도금 전극
골드 도금 용액 (시안화물이 비) SIFCO 산업 NC SPS 5355
임피던스 시험기 BAK 전자 주식회사 노출-2 금 도금 전극
로터리 스위치 Electroswitch C7D0123N 금 PL에 대한ating 전극
펄스 아이솔레이터 WPI A365 금 도금 전극
Q 시리즈 전극 홀더 워너 악기 64-1091
실버 와이어 0.010 "직경 AM 시스템 782500 접지 전극
8 핀 DIP IC 소켓 Digikey ED90032-ND
필라멘트, ID 0.58 mm로 붕규산 모세관 튜브 워너 악기 64-0787 트위스트 와이어 tetrode 건설
열 총 Weller 6966C
Rediohm-800 와이어 Kanthal 정밀 기술 PF002005
Titer 판 흔드는 열과학적인 4625Q 왜곡 와이어
카바이드 가위, 4.5 " 생명 연구 Instr 25-1000 트위스트 tetrode의 전선을 절단에 대한
좋은 점 핀셋 HECO 91 EF5-SA 분리 하는거 tetrode 와이어에 대한
냄새 배송
6 ML의 주사기 켄달 1180600777 사용자 정의 설계 활성탄 필터에 대한
브라운 냄새 병 어부 08-912-165
숯 BuyActivatedCharcoal.com GAC-48C
건조제 Drierite 23,005
Drierite 가스 병을 건조 피셔 과학 09-204
튜브를 수축 가열 3M EPS-200 냄새 필터 준비
피하 주사기 바늘 알루미늄 허브, 게이지 19 켄달 8881-200136 냄새 병 입구와 출구 라인을 제공
미네랄 오일 Mallinckrodt 화학 물질 6357-04 악취 희석 용
Nalgene 플라스틱 튜브, 890 FEP 열 과학 8050-0310 캐리어 가스 배달
공압 picopump WPI 시스 - pv820 악취 전송
폴리에틸렌 튜브 ID 0.86 mm Intramedic 427421 냄새 병 콘센트 connecti에 대한기능 및 생리 풍부 관
스토퍼 랩 순수 97,041 냄새 병을 씰링을위한
시간 테이프 PDC T-534-RP
배관 luer 콜 - Parmer 30600-66
진공관 McMaster - 카 5488K66
준비 / 해부
100 X 15mm 페트리 접시 VWR 인터내셔널 89000-304
18 AWG 구리 좌초 와이어 라플란드 Kabel 4510013 와이어 절연은 고무 가스켓으로 사용됩니다
22 AWG 좌초 된 후크 와이어 AlphaWire 1551 뇌플랫폼
바틱과 왁스 자카드 7946000
치과 주변 왁스 헨리 - Schein 치과 6652151
Electrowaxer Almore 국제 66,000
에폭시, 5 분 Permatex 84,101
피하 주사기 바늘 알루미늄 허브 켄달 8881-200136
Streptomyces griseus의 프로테아제 시그마 - 알드리치 P5147 메뚜기 뇌를 desheathing에 대한
봉합 나사 비 무균 어부 NC9087024 내장 제거 후 복부를 매는위한
Vetbond 3M 1469SB 오전 실링에 대한putation 사이트
뒤몽 # 1 포셉 (거친) WPI 500335
뒤몽 # 5 티타늄 포셉 (고급) WPI 14,096
뒤몽 # 5SF 포셉 (수퍼 벌금) WPI 500085 메뚜기 뇌를 desheathing
10cm는 가위를 해부 WPI 14,393 다리와 날개를 제거
Vannas 가위 (고급) WPI 500086 foregut 절단, 큐티클을 제거하기위한
염분 풍부
확장 속도 흐름 조절기로 설정 무어 의료 69,136 생리 흐름을 조절하기위한
IV 관리는로 설​​정Y 분사 사이트 무어 의료 73,190 생리 흐름을 조절하기위한

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