저자는 제안 닉 Kathman 감사하고 원고를 준비에 도움이됩니다. 이 기술은 부여 FA9550-10-1-0054와 RER에 부여 번호 IOS-1120305 아래에있는 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에서 AFOSR에서 지원하는 작업과 함께 개발되었다.

1. 사극 와이어의 제조 <ol><li> 약 1.1 m 길이의 매우 얇은 니크롬 선 (12 μm의 직경, PAC 코팅)를 잡아 당깁니다. 양쪽 끝을 테이프 태그를 부착합니다. 두 끝은 벤치 탑 근처의 같은 높이에 있는지 등의 수평 나사 막대를 통해 와이어를 끊습니다. </li><li> 4의 총 두 개 더 끝을 만들고, 두 번째 와이어를위한 단계 1.1를 반복 한 다음 첫 번째 선 (사이에 약 1 ㎝)에 배치합니다. </li><li> 테이프 태그와 함께 네 개의 끝을 찌르고 전동 회전 권선 장치에 태그를 부착합니다. 이 장치는 저렴한 DC 모터로 제조 될 수있다. </li><li> 2 분 (60 RPM)에 대해 일방향으로 사극을 감아 30 초간 반대 방향으로 긴장. </li><li> 함께 전선을 융합 히트 건을 사용합니다. 총을 들고 전선을 만지지 마십시오. 각 패스는 약 10 초를 복용, 위아래로 통과 교류 방향에서 세 가지를 사용합니다. </li><li> 위쪽 및 상처 와이어의 하단을 잘라. 4 개의 선을 꼬아거라고 일단 융합 그러나 다른에서 분리합니다. </li><li> 지원 관을 추가합니다. 폴리에틸렌 관의 30 cm 길이 (: 내부 0.28 mm, 외부 0.61 mm 직경) 잘라. 아주 천천히 조심스럽게 지원 관에 틀리지 않도록 사극 실. </li><li> 융합 단부가 다른 쪽을 나타나면 가이드 튜브의 양단의 와이어의 동일한 길이가 있기 때문에, 그것을 통해 당겨. </li><li> 집게로 각 전선의 별도의 끝을 잡아. 가스 버너의 불꽃의 기본을 사용하여주의 깊게 각 전선의 마지막 2 ~ 3 ㎜의 오프 절연을 구울 수 있습니다. 이 점등 될 때까지 와이어를 가열하지만,​​ 컬하지 않습니다. </li><li> 녹화 장치에 맞는 남녀 IC 소켓 어댑터로 사극을 연결합니다. 집게로 어댑터의 다른 소켓에 각 전선의 deinsulated 끝을 넣어. 작은 황동 핀 소켓에 전선을 안정. 좋은 점 납땜 인두를 사용하여 용융 된 솔더 소켓을 채 웁니다. 접촉하지 않도록주의하십시오납땜 인두 깨지기 쉬운 와이어. </li><li> 각 전선의 임피던스 및 전선의 각 쌍의 상호 임피던스를 확인합니다. <ol><li> 식염수 용기에 융합, 트위스트 끝을 놓고 옴 미터에 생리 식염수에서 구리 전선 도체를 연결합니다. </li><li> 와이어를 포함하는 소켓 핀 미터의 다른 쪽 끝을 연결합니다. 각 전선의 임피던스는 3 MΩ 이하이어야한다. </li><li> 상기 값이 달성되지 않으면, 땜납 접속을 재 시도. </li><li> 식염수에서 전선을 제거 물을 팁을 씻어, 각 페어링 간 와이어 임피던스 테스트 (N = 6). 간 임피던스는 5 MΩ 이상이어야합니다. </li><li> 상기 값이 달성되지 않은 경우, 융합 끝에 팁 오프 소량 슬라이스 재시험. </li><li> 전선의 모든 임피던스 요구 사항을 모두 충족하지 않는 와이어 세트를 폐기하십시오. </li></ol></li><li> 사극을 고정합니다. <ol><li> 작은 직사각형의 종이 상자 slig 배소켓 어댑터보다 큰 htly. </li><li> 하단의 남성면 상자에 어댑터를 전송합니다. 어댑터의 나머지는 상자 안에있는 동안 남성 측의 모든 핀이 상자 이상이되도록 상자를 침투. </li><li> 외부에있는 상자의 모서리를 테이프. 와이어의 개별 물가를 안정시키기 위해 상자의 안쪽에 양면 접착 테이프의 작은 조각을 사용합니다. 이 상자를 종료로 와이어가 융합되어야한다. </li><li> 빠른 설정 2 부분 에폭시 혼합 어댑터와 모든 전선을 확보하기 위해 상자에 붓는다. </li><li> 치과 용 왁스와 함께 박스의 일측에 상기 가이드 튜브의 단부 근처 부착하지만 튜빙 사극 양단에서 자유롭게 통해 당겨질 수 있도록 열 남긴다. </li></ol></li><li> 사극을 선명하게. <ol><li> 각 실험 전에 날카로운 메스 블레이드가 아닌 가위로 사극의 끝을 잘라. 이것은 분쇄 방지하고 다음 단계를 위해 클린 편평한 가장자리를 제공하면서 와이어 플레잉 종료한다. <oL&gt; <li> 작은 회전 도구는 사극을 연마하고 몇 가지 팁 절연을 제거하기 위해 (이 하나의 플랫폼에 통합 할 수 있습니다) 매체와 고운 모래로 덮는 디스크를 수직으로 장착 사용합니다. 집게로의 끝 부분에 번들을 잡습니다. 샌딩 디스크에 45 ° 각도로에 전선으로 설정된 끝을 기울여 부드럽게 매체에 각각 약 1 ~ 2 초 동안 중간 속도로 회전하는 디스크에 접촉 한 후 미세 밀가루. 축 방향으로 번들 90 °마다 회전이 세 번 이상 반복합니다. 그것은 그렇지 않으면 전선의 분리가 발생할 수 있습니다, 샌딩 디스크의 스핀의 방향이 떨어져 와이어 끝의 얕은 각도에서하는 것이 중요합니다. </li><li> 원하는 결과는 각 와이어의 끝에서 제거 절연 소량의 뾰족한 끝을 직선에서 번들 끝을 변환합니다. 사극을 도금하기 전에 해부 현미경을 사용하여 점을 확인합니다. 모든 소모가 끝 부분에 발생하는 경우, 재 절단 및 repolish. </li><li> 만약 subsequ 동안 임피던스 테스트엔트 도금 단계는 매우 낮은 간 와이어 값 (이하 4 MΩ)를 보여줍니다, 그것은 연마 단계에서 제거 재료를 너​​무 많이 나타냅니다. 재연 마 가공과 사극을 repolish. </li></ol></li><li> 사극 플레이트. 포화 황산 구리 용액 (85 ​​㎖의 물, 5 ㎖의 황산, 50g의 황산 구리)로 사극의 팁을 넣어. 판 자극 아이솔레이터 2.5 μA의 전류를 각 전선. , 1 초에 전류를 주입 1 초 동안 일시 중지하고이 과정을 반복 배속. </li><li> 각 전선의 임피던스 및 전선의 각 쌍의 interimpedance을 확인합니다. 각 전선의 임피던스는 0.5 MΩ 및 간 임피던스가 4 MΩ 이상이어야 사이 여야합니다. </li><li> 멀티 채널 녹음 시스템의 headstage에 어댑터를 장착합니다. </li><li> 미세 조작기에 구부러진 곤충 핀을 연결합니다. 치과 왁스와 곤충 핀에 사극의 끝을 연결합니다 </li></ol></li></ol> 2. 동물 준비 <ol><li> 마취얼음 바퀴벌레. </li><li> 바퀴벌레가 이동을 중지 한 후, 곤충에 걸쳐 큰 안장 핀 플랫 코르크 표면에 수직으로 바퀴벌레를 억제하지만 신체의 어떤 부분을 통과하지 않습니다. </li><li> 플라스틱 용기에 준비를 전송하고 혈류 및 신체 움직임을 최소화하기 위해 동물의 주위에 얼음을 배치. </li><li> 머리를 지원하고 안정화하기 위해 머리 주위에 치과 왁스를 배치 목에 플라스틱 고리를 배치합니다. </li><li> 면도날 ocelli 사이에 작은 창을 잘라 머리에서 표피를 제거합니다. </li><li> 뇌를 노출 집게로 결합 조직과 지방을 제거합니다. </li><li> 뇌 조직을 커버하기 위해 머리를 캡슐에 어떤 바퀴벌레 식염수를 놓습니다. </li><li> 뇌를 desheath하려면 부드럽게 뇌의 상단에 칼집을 잡고 와이어 이식 영역에서 떨어져 칼집을 찢어 다른 미세 집게를 사용하는 미세 집게를 사용합니다. </li><li> 두뇌의 기지에 머리 캡슐 앞쪽에 작은 구멍을 엽니 다H 곤충 핀. 참조 / 접지 전극 역할을하는 구멍에 구리 와이어를 절연 세 가지 큰 직경 (56 μM)의 브레이드를 삽입합니다. </li><li> 미세 조작기와 뇌 표면에 사극의 끝을 내리고 그 뇌 영역 근처에 위치. </li><li> 조심스럽게 사극에 얇은 아세테이트 시트의 두 개의 작은 조각 머리 캡슐의 구멍보다 약간 큰 (2mm x 1 ㎜), 전방 및 후방 배치합니다. </li><li> 녹화 시스템을 켭니다. </li><li> 천천히 녹음 품질에 따라 뇌의 표면 아래의 사극 150 ~ 250 μm의를 내립니다. </li><li> 기록 시스템의 전원을 끕니다. </li><li> (그림 1A)을 터치하지 않고 가능한 한 사극에 가까운 아세테이트 시트의 두 조각을 이동합니다. </li><li> 작은 주걱 평평 피하 주사 바늘을 가열 액체 왁스 주걱의 끝이되도록 치과 왁스에 넣어. 조심스럽게에서 아세테이트 시트의 각 조각의 끝을 터치액체 왁스가 각각의 조각에 흐르게하고 그리고 헤드 표피 사이의 틈새를 밀봉 할 수 있도록 주걱 사극. </li><li> 2.16 단계를 반복합니다. 아세테이트 시트마다에 액체 왁스의 작은 금액을 삭제합니다. 멀리 사극의 절차를 시작하고 그것을 향해 서서히 이동합니다. 결국 사극 치과 왁스로 고정됩니다. 공동으로 뇌에 뜨거운 왁스를 받고 마십시오. </li><li> 왁스의 참조 / 접지 전극을 고정하는 2.16 및 2.17 단계와 동일한 방법을 사용합니다. </li><li> 그것에서 사극을 해제 미세 조작기에 사극을 첨부 왁스를 가열한다. </li><li> 루프 스트레인 릴리프 (그림 1B)를 제공하기 위해 머리에 치과 왁스로 사극. </li><li> 치과 왁스 (그림 1C)와 스트레인 릴리프 루프를 커버. </li><li> 조심스럽게 제약 조건을 제거하고 배양 접시에 준비를 전송할 수 있습니다. 큰 안장 핀 준비 등의 측면을 억제합니다. </li><li> 첨부접착제 총을 사용하는 등판 라드. 이것은 복부에 앞가슴 등판에서 확장하는 나무 막대기입니다. </li><li> 치과 왁스로드의 후방 끝으로 사극 튜브의 끝을 연결합니다. </li><li> 치과 용 왁스와로드의 전단에 사극 및 기준 / 접지 전극을 고정. </li><li> 극력 튜브 소켓 단부로부터 사극 당겨, 그러나 동물 튜브 (도 1D)의 외부 사극의 부분이 손상 될 수있는 가능성을 제거하기 위해,에 잡아 당기지 않는다. </li><li> 모든 제약 조건을 제거합니다. 치과 왁스 사극 튜브에 대한 참조 / 접지 전극을 연결합니다. </li><li> 어떤 실험을하기 전에 얼음 마취에서 회복하기 위해 동물을 위해 최소한 60 분을 기다립니다. </li></ol> 3. 실험 절차 <ol><li> 기록 시스템 및 직렬 포트 케이블에 USB를 사용하여 LED 조명 모두와 PC를 연결합니다. </li><li> 신경 녹음을 시작합니다. </li><li>고속 카메라를 사용하여 실험을 등산 Motmot 이미지 수집 패키지 16 또는 120 FPS를 사용하여 실험을 산책 초당 20 프레임의 비디오 녹화를 시작합니다. </li><li> 산책 실험 또는 58cm, 길이 5cm, 폭과 실험을 등산 5cm 높은 무대를 위해 X 40cm의 유리 야 경기장 40cm로 바퀴벌레를 놓습니다. 도보로 이동할 수있는 분야는 headstage가있는 위의 무대의 중심에 오른쪽 벽의 중간에서 연장 투명한 장벽이있다. 배리어는 카메라 뷰가 headstage 의해 차단 영역에서 산책에서 동물을 방지하기 위해 사용된다. 등반 경기장 아크릴 블록 (1.2 cm 1.8 cm 높은, 5 cm 넓은 중 하나) 또는 중앙에 필적하는 높이에있는 선반이 있습니다. </li><li> 사용자 정의 MATLAB 명령을 사용하여 PC에서 TTL 펄스를 생성합니다. (S = 직렬 ( &#39;COM4&#39;);하면 fopen (들) s.RequestToSend = &#39;오프&#39;/ s.RequestToSend = / &#39;에&#39;; fclose를 (들))의 (삭제 ;). TTL 펄스는 배를 생성기록 시스템 탐포 및 켜거나 LED가 빛을 차단 하나. </li><li> 그것은 걷는 실험에 30 초 이상 이동이 멈출 때까지 바퀴벌레가 경기장을 탐험 할 수 있습니다. 바퀴벌레 실험을 등반을위한 선반을 통해 블록 / 선반이나 터널을 통해 등반을하거나 할 수 있습니다. </li><li> 비디오 녹화를 중지합니다. </li><li> 신경 녹음을 중지합니다. </li><li> TTL 펄스에 의해 생성 된 타임 스탬프를 기록합니다. </li><li> 경기장에서 바퀴벌레를 제거하고 적어도 3 분을 기다립니다. </li><li> 반복은 다음 재판 3.2-3.10 단계를 반복합니다. </li><li> 일단 모든 녹음이 완료되었습니다 와이어 팁 (양극)과 와이어의 끝에서 뇌에 구리를 증착하는 기준 전극 (음극) 중 하나를 통해 5 μA DC 전류를 5 초를 전달합니다. </li></ol> 4. 오프라인 분석 <ol><li> LED 조명이 전환 프레임에 기록 시스템에 의해 기록 된 타임 스탬프를 링크하여 비디오 및 신경 데이터 동기화그 순간. </li><li> 마크 와이어 팁 명소. 12 μm의 시리얼 부분 (17)에 구리를 석출 관찰 팀스 강하게 절차를 사용합니다. 눈에 띄는 예금은 3-8 인접 섹션 (지역의 지느러미 복부 평면의 길이에 대한 18-48% 우리의 기록) (그림 2)에서 볼 수 있어야합니다. </li><li> 하나의 뉴런의 활동에 특정 전기 신호의 상관 관계. 다른 10,14,18 세부에 배치 정렬 절차 스파이크 따릅니다. 초기, 자동 클러스터링을 생성하는 프로그램 KlustaKwik (버전 1.5, 저자 K. 해리스, 러트 거스 대학교)를 사용합니다. 더 정제 및 분석 (그림 3)의 프로그램에 MClust (버전 3.5을, 저자 AD redish입니다 등., 미네소타 대학)을 가져옵니다. </li><li> 바퀴벌레의 움직임을 추적 할 수 있습니다. 실험을 걷기를 들어, VID의 각 프레임의 질량과 그것의 몸 방향의 바퀴벌레의 (영상) 센터의 위치를​​ 추출및 MATLAB (19)에 대한 관련 FixErrors 도구 상자, Caltech의 여러 비행 트래커 (http://ctrax.sourceforge.net/ 버전 0.1.5.6)를 사용하여 EO 녹음. 실험을 상승, 모션 분석​​ 소프트웨어 패키지를 사용하여 영상의 각 프레임에서 블록 및 바퀴벌레의 머리와 등판의 위치를​​ 추출한다. </li></ol>

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저자는 관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

곤충의 뇌의 CC 또는 다른 지역에 이전 전기 생리학 연구는 행동의 중앙 제어에 대한 통찰력으로 우리를 제공하고 있지만, 대부분은 절제된 준비 9,11 또는 닿는 것 10,14 하나에서 수행되었다. 그 결과, 동물의 감각 경험과 생리 학적 상태는 자연 환경과는 매우 다를 수 있습니다. 또한, 동물이 수행 할 수있는 행동 작업은 그 상황에서 하나의 비행기로 제한됩니다. 여기에 우리가 자?...

곤충은 아래에, 주위에 터널을 설정하거나 장애물을 통해 상승하는 원인이 개체와 경기장 및 상품의 안내로이 기사는 중앙 복잡한 바퀴벌레, Blaberus의 discoidalis의 (CC) 내에서 뉴런에서 기록하는 성공적인 시스템을 설명합니다. 전선은 필연적 인 행동 변화와 주변 neuropil 활동을 보여주고있는 자극에 연결할 수 있습니다. 지난 십 년간 상당한 관심 곤충의 행동을 제어하는​​ 다양한 뇌 영역에서 수행하는 역할에 지시했습니다. 이 초점의 대부분은 공동으로 중앙 복잡한 (CC)이라고합니다 중간 선 뇌 neuropils 향한되었습니다. 진행 동작의 CC의 역할에 대한 질문을 대상으로 기술의 다양한 종류의 결과로 만들어진되었습니다. 이러한 기술은 behavi과 함께 주로 초파리 neurogenetic 조작, 범위CC와 행동으로 관련 매개 변수에 그 활동을 관련 시도에서 신경 활동을 모니터 전기 생리학 기술 경구 분석 1-3. 전기 생리학 기술들은 멀티 채널 프로브를 10, 11으로, 개인 식별 뉴런 4-9 및 세포 녹화에서 세포 내 기록이 (가) 있습니다. 이 두 기술은 무료로 이용하실 수 있습니다. 날카로운 전극 또는 전체 세포 패치 세포 내 기록이 확인 된 뉴런에 대한 매우 상세한 데이터를 제공하지만, 한 번에 하나 또는 두 개의 세포로 제한, 제한되거나 운동이 필요하고 시간이 상대적으로 짧은 기간 동안 유지 될 수있다. 세포 외 기록은 쉽게 억제를 필요로하지 않고, 설정 될 수 있고, 시간 동안 유지 될 수있다. 멀티 채널 tetrodes 및 클러스터 절단으로, 신경 세포의 상당히 큰 인구는 9,12 동시에 분석 할 수 있습니다. 반면 전체 휴대 덧대 어 깁기 Diy시간이 성공적으로 닿는 곤충 (13)에 사용 된, 우리는 그들이 앞으로 이동에 대한 장벽에 대처로 우리가 자유롭게 곤충 행동에 오랜 기간 동안 뇌의 신경 활동을 기록 할 수있는 기술에 대한 필요성도 있습니다 생각합니다. 아래 곤충의 움직임과 최대 반사와 같은 기록 할 필요가 세포 외 기록 방법으로 우리를 밀어. 우리는 상업적으로 이용 가능한 16 채널 실리콘 프로브 (11)에 구속 준비에 좋은 성공의 기록을 가지고있다, 그러나도 큰 바퀴벌레의 작은 크기는 프로브가 몸을 장착 할 필요가 있다는 것을 의미한다. 즉, 프로브 타인의 섬세함과 함께, 무료 도보로 준비하기에 부적절했다. 이전의 두 프로젝트에서 우리는 유사한 기록 속성을 달성하기 위해 사극을 형성하는 미세 와이어 번들을 사용하지만보다 강력한 배열. 이러한 사극 번들은 우리가 닿는 바퀴벌레에서 기록 할 수속도 14을 걷고로드 (10)와 더듬이 접촉으로 인해 발생하는 문제를 선회의 변화에 CC 유닛 활동을 관련 거라고. 이 닿는 준비가되었습니다 앞으로도 계속 될으로 유용한, 그들은 몇 가지 제한 사항을 제시 할. 첫째, 곤충 수행 할 수있는 행동은 하나의 평면에 제한됩니다. 즉, 우리가 쉽게 보행 속도 또는 회전의 변화를 불러 일으킬 수있는,하지만 등산과 터널링 작업은 적어도 일반적인 밧줄 배열로 가능하지 않았다. 둘째, 우리 곁에 준비 &quot;루프&quot;입니다. 즉, 그들이 시스템에 수직 운동과 관련된 피드백을 허용하지 않는 것이다. 바퀴벌레는 우리의 밧줄에 보니 따라서, 시각적 세계는 그에 따라 변경되지 않았습니다. 그것은 이런 종류의 피드백을 소개하는 폐쇄 루프 밧줄 시스템을 구축 할 수 있습니다. 그러나, 이들은 모의 시각적 환경의 프로그래밍 및 하드웨어의 복잡도에 의해 제한된다. Nevertheles의, 우리는 그것의 자연 환경에서와 마찬가지로 경기장 트랙 및 발견 된 개체에서 자유롭게 걸어 우리가 동물에서 기록하여 기존 닿는 기록 방법을 개선 할 수 있음을 느꼈다. 뇌의 활동 (15)를 기록하기위한 무선 시스템이 이상적인 것 있지만, 현재의 시스템은 레코딩 채널의 수, 데이터 수집, 배터리 수명과 무게의 시간에 한계가있다. 그러므로 우리는 자유롭게 준비를 이동에 사용하기 위해 우리 곁에 기록 시스템을 적용하기 위해 노력하기로했다. 나은 무선 시스템이 제공되면,이 기술은 좀처럼 그러한 장치에 적용될 수있다. 이 문서에 설명되어있는 시스템은 경량 매우 잘 작동하고 바퀴벌레의 행동에 약간 해로운 영향을 미칠 것으로 보인다. 저렴한 고속 카메라와 클러스터 절단 소프트웨어와 함께, 각각의 뇌 신경 세포의 활동은 운동과 관련 될 수있다. 여기서 우리는 prepar을 설명사극 와이어와 곤충의 뇌에 자신의 주입뿐만 아니라 전기 활동과 운동과 이러한 데이터를 기록하는 기술의 ATION 후속 분석을 위해 소집 할 수있다.

<table><tbody><tr><td>Nichrome wire&amp;nbsp;</td><td>Sandvik Heating Technology</td><td>Kanthal RO-800</td><td>Use for tetrode</td></tr><tr><td>Biomedical polyethylene tubing</td><td>A-M Systems</td><td>800700</td><td>Use for tetrode tubing</td></tr><tr><td>Lynx-8</td><td>Neuralynx</td><td></td><td>Use for multiunit recording</td></tr><tr><td>Cheetah 32</td><td>Neuralynx</td><td></td><td>Use for multiunit recording</td></tr><tr><td>High speed camera</td><td>Basler</td><td>A602f</td><td>Use for video recording for walking experiments</td></tr><tr><td>High speed camera</td><td>Casio</td><td>EX-FC150</td><td>Use for video recording for climbing experiments</td></tr><tr><td>WINanalyze</td><td>Winanalyze</td><td>version 1.4 3D</td><td>Use for video tracking&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>MATLAB R2012b</td><td>Use for TTL pulse generation and offline data analysis</td></tr></tbody></table>

extracellular wire tetrode recording in brain of freely walking insects

곤충 모터 제어의 두뇌 활동의 역할에 대한 관심의 증가는 우리가 곤충이 자연적인 동작을 수행하는 동안 신경 활동을 모니터 할 수 있어야합니다. 속박 된 바퀴벌레가 설정 또는 변경 보행 속도 동안 우리는 이전에 우리가 동시에 여러 뉴런의 활동을 기록 할 수 바퀴벌레 뇌의 중심 단지로 사극 전선을 주입하는 기술을 개발했다. 주요 사전 동안 닿는 제제는 제한된 동작에 대한 액세스를 제공하고 종종 자유롭게 동물을 이동에서 발생 피드백 과정이 없다. 우리는 지금 우리가 경기장에서 도보로, 회전 상승 또는 터널링 장벽에 의해 처리로 자유롭게 바퀴벌레 이동의 중심 복잡한에서 기록 할 수 있도록하는 기술의 수정 된 버전을 제시한다. 고속 비디오 및 클러스터 절단과 함께, 우리는 이제 자유롭게 행동 곤충의 움직임의 다양한 매개 변수에 뇌의 활동을 관련 될 수있다.

우리는 도보로 실험 27 준비의 CC에서 50 단위의 신경 활동을 기록했다. 그 준비 (23 대)의 15의 경우, 등반 실험도 수행 하였다. 개별 단위 (예 : 장치 1-2 준비 1 부 (2)를 나타냅니다) 준비와 장치 번호에 따라 이름이 지정됩니다. 한 등반 재판의 비디오 스냅 샷은 그림 4에 나타내었다. 전체 비디오 (사운드 유닛 1 ~ 2입니다) 보충 비디오 1에서 사용?...

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Extracellular Wire Tetrode Recording in Brain of Freely Walking Insects

우리는 이전에 우리가 닿는 바퀴벌레의 개별 단위의 활동을 모니터링 할 수 있습니다 바퀴벌레 뇌의 중심 단지로 사극 전선을 주입하는 기술을 개발했다. 여기에서 우리는 우리가 자유롭게 곤충을 움직이는 뇌 활동을 기록 할 수 있도록하는 기술의 수정 된 버전을 제시한다.

자유롭게 곤충 워킹 뇌 세포 와이어 사극 기록

Increasing interest in the role of brain activity in insect motor control requires that we be able to monitor neural activity while insects perform ...

extracellular-wire-tetrode-recording-brain-freely-walking

Research

JoVE Journal

Neuroscience

16.5K 조회수.  Case Western Reserve University.  우리는 이전에 우리가 닿는 바퀴벌레의 개별 단위의 활동을 모니터링 할 수 있습니다 바퀴벌레 뇌의 중심 단지로 사극 전선을 주입하는 기술을 개발했다. 여기에서 우리는 우리가 자유롭게 곤충을 움직이는 뇌 활동을 기록 할 수 있도록하는 기술의 수정 된 버전을 제시한다. 

비디오: Extracellular Wire Tetrode Recording in Brain of Freely Walking Insects

Early Metamorphic Insertion Technology for Insect Flight Behavior Monitoring

Early Metamorphosis Insertion Technology (EMIT) is a novel methodology for integrating microfabricated neuromuscular recording and actuation platforms on insects during their metamorphic development. Here, the implants are fused within the structure and function of the neuromuscular system as a result of metamorphic tissue remaking. The implants emerge with the insect where the development of tissue around the electronics during pupal development results in a bioelectrically and biomechanically enhanced tissue interface. This relatively more reliable and stable interface would be beneficial for many researchers exploring the neural basis of the insect locomotion with alleviated traumatic effects caused during adult stage insertions. In this article, we implant our electrodes into the indirect flight muscles of Manduca sexta. Located in the dorsal-thorax, these main flight powering dorsoventral and dorsolongitudinal muscles actuate the wings and supply the mechanical power for up and down strokes. Relative contraction of these two muscle groups has been under investigation to explore how the yaw maneuver is neurophysiologically coordinated. To characterize the flight dynamics, insects are often tethered with wires and their flight is recorded with digital cameras. We also developed a novel way to tether Manduca sexta on a magnetically levitating frame where the insect is connected to a commercially available wireless neural amplifier. This set up can be used to limit the degree of freedom to yawing &#8220;only&#8221; while transmitting the related electromyography signals from dorsoventral and dorsolongitudinal muscle groups.

We present a novel surgical procedure to implant electrodes in Manduca sexta during its early metamorphic stages. This technique allows mechanically stable and electrically reliable coupling with the neuromuscular tissue to study flight neurophysiology dynamics. We also present a novel magnetic levitation platform for tethered studies of insect yaw.

곤충 비행 동작 모니터링에 대한 초기 변성 삽입 기술

Early Metamorphosis Insertion Technology (EMIT) is a novel methodology for integrating microfabricated neuromuscular recording and actuation platforms on ...

연구

행동분석학

Flat-floored Air-lifted Platform: A New Method for Combining Behavior with Microscopy or Electrophysiology on Awake Freely Moving Rodents

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a living animal&#8217;s brain. Moreover, the lengthy recovery from anesthesia limits the frequency of repeated recording/imaging episodes in longitudinal studies. Hence, new methods that would allow stable recordings from non-anesthetized behaving mice are expected to advance the fields of cellular and cognitive neurosciences. Existing solutions range from mere physical restraint to more sophisticated approaches, such as linear and spherical treadmills used in combination with computer-generated virtual reality. Here, a novel method is described where a head-fixed mouse can move around an air-lifted mobile homecage and explore its environment under stress-free conditions. This method allows researchers to perform behavioral tests (e.g., learning, habituation or novel object recognition) simultaneously with two-photon microscopic imaging and/or patch-clamp recordings, all combined in a single experiment. This video-article describes the use of the awake animal head fixation device (mobile homecage), demonstrates the procedures of animal habituation, and exemplifies a number of possible applications of the method.

This method creates a tangible, familiar environment for the mouse to navigate and explore during microscopic imaging or single-cell electrophysiological recordings, which require firm fixation of the animal&#8217;s head.

평면 바닥의 공기 해제 플랫폼 : 새로운 방법이 깨어에 현미경 또는 전기 생리학과 행동을 결합하여 자유롭게 설치류 이동

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a ...

Electrophysiological Recordings from the Giant Fiber Pathway of D. melanogaster

When startled adult D. melanogaster react by jumping into the air and flying away. In many invertebrate species, including D. melanogaster, the "escape" (or "startle") response during the adult stage is mediated by the multi-component neuronal circuit called the Giant Fiber System (GFS). The comparative large size of the neurons, their distinctive morphology and simple connectivity make the GFS an attractive model system for studying neuronal circuitry. The GFS pathway is composed of two bilaterally symmetrical Giant Fiber (GF) interneurons whose axons descend from the brain along the midline into the thoracic ganglion via the cervical connective. In the mesothoracic neuromere (T2) of the ventral ganglia the GFs form electro-chemical synapses with 1) the large medial dendrite of the ipsilateral motorneuron (TTMn) which drives the tergotrochanteral muscle (TTM), the main extensor for the mesothoracic femur/leg, and 2) the contralateral peripherally synapsing interneuron (PSI) which in turn forms chemical (cholinergic) synapses with the motorneurons (DLMns) of the dorsal longitudinal muscles (DLMs), the wing depressors. The neuronal pathway(s) to the dorsovental muscles (DVMs), the wing elevators, has not yet been worked out (the DLMs and DVMs are known jointly as indirect flight muscles - they are not attached directly to the wings, but rather move the wings indirectly by distorting the nearby thoracic cuticle) (King and Wyman, 1980; Allen et al., 2006). The di-synaptic activation of the DLMs (via PSI) causes a small but important delay in the timing of the contraction of these muscles relative to the monosynaptic activation of TTM (~0.5 ms) allowing the TTMs to first extend the femur and propel the fly off the ground. The TTMs simultaneously stretch-activate the DLMs which in turn mutually stretch-activate the DVMs for the duration of the flight. The GF pathway can be activated either indirectly by applying a sensory (e.g."air-puff" or "lights-off") stimulus, or directly by a supra-threshold electrical stimulus to the brain (described here). In both cases, an action potential reaches the TTMs and DLMs solely via the GFs, PSIs, and TTM/DLM motoneurons, although the TTMns and DLMns do have other, as yet unidentified, sensory inputs. Measuring "latency response" (the time between the stimulation and muscle depolarization) and the "following to high frequency stimulation" (the number of successful responses to a certain number of high frequency stimuli) provides a way to reproducibly and quantitatively assess the functional status of the GFS components, including both central synapses (GF-TTMn, GF-PSI, PSI-DLMn) and the chemical (glutamatergic) neuromuscular junctions (TTMn-TTM and DLMn-DLM). It has been used to identify genes involved in central synapse formation and to assess CNS function.

Electrophysiological Recordings from the Giant Fiber Pathway of D. melanogaster

The Giant Fiber System is a simple neuronal circuit of adult Drosophila melanogaster containing the largest neurons in the fly. We describe the protocol for monitoring synaptic transmission through this pathway by recording post synaptic potentials in dorsal longitudinal (DLM) and tergotrochanteral (TTM) muscles following direct stimulation of the Giant Fiber interneurons.

의 거대한 섬유 패스에서 Electrophysiological 레코딩 D. melanogaster</em

When startled adult D. melanogaster react by jumping into the air and flying away. In many invertebrate species, including D. melanogaster, the "escape" ...

신경과학

Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects

Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those leg movements that result from passive forces and interactions with other legs through the common contact with the substrate. If we want to understand, which part of a given movement is produced by nervous system motor output, kinematic analysis of stepping movements, therefore, needs to be complemented with electrophysiological recordings of motor activity. The recording of neuronal or muscular activity in a behaving animal is often limited by the electrophysiological equipment which can constrain the animal in its ability to move with as many degrees of freedom as possible. This can either be avoided by using implantable electrodes and then having the animal move on a long tether (i.e. Clarac et al., 1987; Duch &amp; Pfl&uuml;ger, 1995; B&ouml;hm et al., 1997; Gruhn &amp; Rathmayer, 2002) or by transmitting the data using telemetric devices (Kutsch et al, 1993; Fischer et al., 1996; Tsuchida et al. 2004; Hama et al., 2007; Wang et al., 2008). Both of these elegant methods, which are successfully used in larger arthropods, often prove difficult to apply in smaller walking insects which either easily get entangled in the long tether or are hindered by the weight of the telemetric device and its batteries. In addition, in all these cases, it is still impossible to distinguish between the purely neuronal basis of locomotion and the effects exerted by mechanical coupling between the walking legs through the substrate. One solution for this problem is to conduct the experiments in a tethered animal that is free to walk in place and that is locally suspended, for example over a slippery surface, which effectively removes most ground contact mechanics. This has been used to study escape responses (Camhi and Nolen, 1981; Camhi and Levy, 1988), turning (Tryba and Ritzman, 2000a,b; Gruhn et al., 2009a), backward walking (Graham and Epstein, 1985) or changes in velocity (Gruhn et al., 2009b) and it allows the experimenter easily to combine intra- and extracellular physiology with kinematic analyses (Gruhn et al., 2006).
We use a slippery surface setup to investigate the timing of leg muscles in the behaving stick insect with respect to touch-down and lift-off under different behavioral paradigms such as straight forward and curved walking in intact and reduced preparations.

We describe a method to record motor activity, timed to the electrically recorded tarsal contact signal in a tethered insect, walking on a slippery surface. This is used to study the neural basis of adaptive behavior under reduced influence of mechanical interaction between legs through the substrate.

곤충의 적응 운동력이있는 사람의 행동의 신경 기초를 공부

Studying the neural basis of walking behavior, one often faces the problem that it is hard to separate the neuronally produced stepping output from those ...

Recording Large-scale Neuronal Ensembles with Silicon Probes in the Anesthetized Rat

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of behaviors from the spiking activity of its neurons. One of the most effective methods to monitor spiking activity from a large number of neurons in multiple local neuronal circuits simultaneously is by using silicon electrode arrays1-3.
Action potentials produce large transmembrane voltage changes in the vicinity of cell somata. These output signals can be measured by placing a conductor in close proximity of a neuron. If there are many active (spiking) neurons in the vicinity of the tip, the electrode records combined signal from all of them, where contribution of a single neuron is weighted by its 'electrical distance'. Silicon probes are ideal recording electrodes to monitor multiple neurons because of a large number of recording sites (+64) and a small volume. Furthermore, multiple sites can be arranged over a distance of millimeters, thus allowing for the simultaneous recordings of neuronal activity in the various cortical layers or in multiple cortical columns (Fig. 1). Importantly, the geometrically precise distribution of the recording sites also allows for the determination of the spatial relationship of the isolated single neurons4. Here, we describe an acute, large-scale neuronal recording from the left and right forelimb somatosensory cortex simultaneously in an anesthetized rat with silicon probes (Fig. 2).

Extracellular recordings of neuronal activity using silicon probes in the anesthetized rat will be described. This technique allows information to be obtained across multiple brain areas from more than 100 neurons simultaneously. It provides information with single cell resolution about neuronal ensembles dynamics in multiple local circuits.

Anesthetized 쥐의 실리콘 프로브와 함께 대규모의 연결 Ensembles 녹음하기

Large scale electrophysiological recordings from neuronal ensembles offer the opportunity to investigate how the brain orchestrates the wide variety of ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer scale. However, current methods mostly rely on tethered cable recordings or only use unidirectional systems, allowing either recording or stimulation of neural activity, but not at the same time or same target. Here, a new wireless, bidirectional device for simultaneous multichannel recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats is described. The system operates through a single portable head stage that both transmits recorded activity and can be targeted in real-time for brain stimulation using a telemetry-based multichannel software. The head stage is equipped with a preamplifier and a rechargeable battery, allowing stable long-term recordings or stimulation for up to 1 h. Importantly, the head stage is compact, weighs 12 g (including battery) and thus has minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire, making the method applicable to a broad set of behavioral tasks. Moreover, the method has the major advantage that the effect of brain stimulation on neural activity and behavior can be measured simultaneously, providing a tool to assess the causal relationships between specific brain activation patterns and behavior. This feature makes the method particularly valuable for the field of deep brain stimulation, allowing precise assessment, monitoring, and adjustment of stimulation parameters during long-term behavioral experiments. The applicability of the system has been validated using the inferior colliculus as a model structure.

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A wireless, bidirectional system for multi-channel neural recordings and stimulation in freely behaving rats is introduced. The system is light and compact, thus having minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire. Moreover, this bidirectional system provides a sophisticated tool to assess causal relationships between brain activation patterns and behavior.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar olfactory systems suggesting that the biological approach to chemical sensing has been optimized over evolutionary time1. In the insect olfactory system, odorants are transduced by olfactory receptor neurons (ORN) in the antenna, which convert chemical stimuli into trains of action potentials. Sensory input from the ORNs is then relayed to the antennal lobe (AL; a structure analogous to the vertebrate olfactory bulb). In the AL, neural representations for odors take the form of spatiotemporal firing patterns distributed across ensembles of principal neurons (PNs; also referred to as projection neurons)2,3. The AL output is subsequently processed by Kenyon cells (KCs) in the downstream mushroom body (MB), a structure associated with olfactory memory and learning4,5. Here, we present electrophysiological recording techniques to monitor odor-evoked neural responses in these olfactory circuits.
First, we present a single sensillum recording method to study odor-evoked responses at the level of populations of ORNs6,7. We discuss the use of saline filled sharpened glass pipettes as electrodes to extracellularly monitor ORN responses. Next, we present a method to extracellularly monitor PN responses using a commercial 16-channel electrode3. A similar approach using a custom-made 8-channel twisted wire tetrode is demonstrated for Kenyon cell recordings8. We provide details of our experimental setup and present representative recording traces for each of these techniques.

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

We demonstrate variations of the extracellular multi-unit recording technique to characterize odor-evoked responses in the first three stages of the invertebrate olfactory pathway. These techniques can easily be adapted to examine ensemble activity in other neural systems as well.

메뚜기에 신경 활동을 특성화하기 위해 다중 단위 기록 방법 (<em&gt; Schistocerca 아메리카나</em&gt;) 강한 회로

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System

The cockroach ventral nerve cord preparation is a tractable system for neuroethology experiments, neural network modeling, and testing the physiological effects of insecticides. This article describes the scope of cockroach sensory modalities that can be used to assay how an insect nervous system responds to environmental perturbations. Emphasis here is on the escape behavior mediated by cerci to giant fiber transmission in Periplaneta americana. This in situ preparation requires only moderate dissecting skill and electrophysiological expertise to generate reproducible recordings of neuronal activity. Peptides or other chemical reagents can then be applied directly to the nervous system in solution with the physiological saline. Insecticides could also be administered prior to dissection and the escape circuit can serve as a proxy for the excitable state of the central nervous system. In this context the assays described herein would also be useful to researchers interested in limb regeneration and the evolution of nervous system development for which P. americana is an established model organism.

This article describes the cockroach ventral nerve cord dissection and extracellular recordings from the cercal nerve and connectives. Evoked responses are generated by electrical stimulation of the cercal nerve or direct mechanical stimulation of the cerci.

신경 회로 녹화 본래대로 바퀴벌레 신경계에서

The cockroach ventral nerve cord preparation is a tractable system for neuroethology experiments, neural network modeling, and testing the physiological ...

Simultaneous Long-term Recordings at Two Neuronal Processing Stages in Behaving Honeybees

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent and divergent anatomical connections including feed forward and feedback wiring. Furthermore, information of the same origin is partially sent via parallel pathways to different and sometimes into the same brain areas. To understand the evolutionary benefits as well as the computational advantages of these wiring strategies and especially their temporal dependencies on each other, it is necessary to have simultaneous access to single neurons of different tracts or neuropiles in the same preparation at high temporal resolution. Here we concentrate on honeybees by demonstrating a unique extracellular long term access to record multi unit activity at two subsequent neuropiles1, the antennal lobe (AL), the first olfactory processing stage and the mushroom body (MB), a higher order integration center involved in learning and memory formation, or two parallel neuronal tracts2 connecting the AL with the MB.&#160;The latter was chosen as an example and will be described in full. In the supporting video the construction and permanent insertion of flexible multi&#160;channel wire electrodes is demonstrated. Pairwise differential amplification of the micro&#160;wire electrode channels drastically reduces the noise and verifies that the source of the signal is closely related to the position of the electrode tip. The mechanical flexibility of the used wire electrodes allows stable invasive long&#160;term recordings over many hours up to days, which is a clear advantage compared to conventional extra&#160;and intracellular in vivo recording techniques.

Simultaneous extracellular long term recordings from two different brain neuropiles or two different anatomical tracts were established in honeybees. These recordings allow the investigation of temporal aspects of neuronal processing across different brain areas at the single neuron as well as at the ensemble level in a behaving animal.

행동을 한 꿀벌 두 신경 처리 단계에서 동시 장기 녹음

In both mammals and insects neuronal information is processed in different higher and lower order brain centers. These centers are coupled via convergent ...

Wireless Electrophysiological Recording of Neurons by Movable Tetrodes in Freely Swimming Fish

The neural mechanisms governing fish behavior remain mostly unknown, although fish constitute the majority of all vertebrates. The ability to record brain activity from freely moving fish would advance research on the neural basis of fish behavior considerably. Moreover, precise control of the recording location in the brain is critical to studying coordinated neural activity across regions in fish brain. Here, we present a technique that records wirelessly from the brain of freely swimming fish while controlling for the depth of the recording location. The system is based on a neural logger associated with a novel water-compatible implant that can adjust the recording location by microdrive-controlled tetrodes. The capabilities of the system are illustrated through recordings from the telencephalon of goldfish.

A novel wireless technique for recording extracellular neural signals from the brain of freely swimming goldfish is presented. The recording device is composed of two tetrodes, a microdrive, a neural data logger, and a waterproof case. All parts are custom-made except for the data logger and its connector.

자유롭게 수영 물고기에서 이동 식 Tetrodes에 의해 뉴런의 무선 전기 생리적 기록

The neural mechanisms governing fish behavior remain mostly unknown, although fish constitute the majority of all vertebrates. The ability to record brain ...

자유롭게 곤충 워킹 뇌 세포 와이어 사극 기록

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