Name: membrane potentials, synaptic responses, neuronal circuitry, neuromodulation and muscle histology using the crayfish: student laboratory exercises
Uploaded: 2011-01-18T17:00:00
Duration: 16 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Membrane Potentials, Synaptic Responses, Neuronal Circuitry, Neuromodulation and Muscle Histology Using the Crayfish: Student Laboratory Exercises at JoVE.com

Ondersteund door de Universiteit van Kentucky, Departement Biologie, Bureau van Undergraduate Studies en College of Arts &amp; Sciences.

Membraanpotentiaal Al in 1902, was Bernstein het omgaan met de problematiek van een rustpotentiaal in het axon van een inktvis. Het is intrigerend om te overwegen hoe deze vroege ideeën en observaties van Berstein (1902) en Nernst (1888) later onderzoek beïnvloed membraan fysiologie. (Zie beoordeling door Malmivuo en Plonsey, 1995; ook beschikbaar op het www <a href="http://www.bem.fi/book/">http://www.bem.fi/book/</a> ). Er zijn nog steeds, tot op de dag, doorbraken worden gemaakt over ionkanaalfunctie en de eigenschappen van biologische membranen die zeer belangrijk bij het begrijpen van de cellulaire fysiologie dat betrekking heeft op de functie van weefsels, organen en systemen. De vergelijking van de experimentele en theoretisch afgeleide effecten van externe [K +] op de rust membraanpotentiaal geeft aan dat de invloed van ionen op het membraan potentieel. Aanvullende experimenten met dezelfde voorbereiding moeten nog worden uitgevoerd om fundamentele fysiologische vragen te beantwoorden. Sommigen kwamen naar voren in 1968 door Atwood en Parnas en moeten nog volledig worden aangepakt. Met de technieken verkregen in deze oefening, kan men overgaan tot vele vragen die nog in andere experimentele preparaten en in fysiologische toepassingen in verband met geneeskunde en gezondheid te beantwoorden. We hebben aangetoond dat het nut van een model ongewervelde voorbereiding op de fundamentele vragen die relevant zijn voor alle dieren te pakken. Met de kennis opgedaan over de elektrochemische gradiënten van ionen in deze bovenstaande oefening, kunt u nu gaan naar de prikkelbaarheid van de membranen door het onderzoeken van synaptische transmissie bij neuromusculaire bereidingen in de rivierkreeft. Het meten van Synaptic Reacties De gegevens die voor het eerste deel van dit laboratorium, en de bijbehorende film, hebben belangrijke stappen voor het opnemen van membraanpotentialen en het onderzoeken van spier structuur. In het tweede deel van dit laboratorium, de demonstratie van dissectie en opnemen van synaptische transmissie op de NMJs van fasische en tonische motor units die een blootstelling aan de fundamentele concepten in de fysiologie. De blootstelling aan een neuraal circuit, dat kan voor een deel kan worden gebruikt om geassocieerd gedrag, in het intacte dier uit te leggen heeft niet alleen mogelijkheden voor studenten om verschillende open vragen te onderzoeken in hun laboratorium uit te oefenen, maar ook voor toekomstig onderzoek op de neuronale circuits in een goed gevestigd ongewervelde voorbereiding (Kennedy et al., 1969;. Antonsen en Edwards, 2003) Deze preparaten kunnen ook worden gebruikt om synaptische faciliteren, depressie en de lange termijn plasticiteit (niet onderzocht in dit laboratorium onderzoek) te onderzoeken. Zelfs binnen sommige soorten rivierkreeft, neuronale plasticiteit hangt af van de experimentele condities stimulatie (Mercier en Atwood, 1989;. Cooper et al., 1998) evenals hun natuurlijke omgeving. In welke mate de mogelijkheid om synaptische doeltreffendheid en de spieren dynamiek te veranderen dient het dier nog moet worden onderzocht. Sinds rivierkreeft doen veranderen hun gedrag in relatie tot seizoensgebonden variatie en de rui-cyclus, zijn er relatief lange termijn activiteit verschillen in hun neuromusculaire systemen. Het is aangetoond dat de driefase motor zenuwuiteinden van de klauw dichter spieren van de klassieke fasisch morfologie vertonen tijdens de winter, maar zwellen en meer spataderen over de lengte van de terminal in de zomer maanden (Lnenicka 1993; Lnenicka en Zhao, 1991). Enkele vroege studies uitgevoerd bij rivierkreeft laterale reus (LG) interneuronen in het ventrale zenuw koord hebben de aanwezigheid van gap junctions (Johnson, 1924; Watanabe en Grundfest, 1961). Het is bekend dat CO 2 een effect op de elektrische communicatie door ontkoppeling gap junctions (Arellano et al., 1990) heeft. Het werd onlangs aangetoond dat de zenuw snoer en communicatie binnen de zintuiglijke-CNS-motor-spier circuit, zoals beschreven in dit rapport, ook gevoelig is voor CO 2 blootstelling, waaruit de aanwezigheid van gap junctions (Bierbower, 2010; Bierbower en Cooper, 2010) De spontane activiteit van de 3 e motor wortel is een onderwerp sinds de jaren 1960, toen Eckert (1961) onderzocht of de tonica afvuren statische spierreceptoren orgel (MRO) binnen dezelfde of aangrenzende segment zou kunnen zijn voor de spontane aandrijving. In deze eerdere onderzoeken bleek dat de activiteit werd gedreven in het ventrale zenuw kabel (VNC) eventueel uit hogere centra (Eckert, 1961; Kennedy en Takeda, 1965a, b;. Strawn et al., 2000). Aangezien de aanwezigheid van CO 2 stopte de spontane activiteit, kan men aannemen ergens in de rit naar de motorneuronen er misschien gap junctions of glutamaat prikkelende rijden. De NMJs worden geblokkeerd of vertonen verminderde gevoeligheid voor glutamaat in de aanwezigheid van CO 2, en zij kunnen bloken KED binnen de CNS (Bierbower, 2010; Bierbower en Cooper, 2010, zie ook Badre et al., 2005.). De werking van diverse neuromodulatoren is ook goed gestudeerd aan de verschillende soorten NMJs (Cooper en Cooper, 2009; Griffis et al., 2000;. Southard et al., 2000;.. Strawn et al., 2000). Daarnaast worden verschillende invloeden uitgeoefend door neuromodulatoren op het centrale zenuwstelsel circuit. Er is gesuggereerd dat de 5-HT en octopaminergic neuronen kan als &#39;gain-setters&#39; functie in het veranderen van de output van neuronale circuits (Ma et al., 1992;. Schneider et al., 1996;. Hörner et al., 1997;. Edwards et al.., 2002). Nog veel werk te doen voordat we kunnen begrijpen van de effecten van neuromodulatoren op individuele doelcellen. Gezien het feit dat verschillende neuromodulatoren kan in overleg met elkaar, de analyse van hun gemengde actie is een gebied voor toekomstig onderzoek (Djokaj et al., 2001).. Daarnaast zijn enkele studies, met name in de gewervelde dieren, de gevolgen van de neuromodulatoren op hele trajecten die een bepaald gedrag kunnen reguleren. In deze zintuiglijke-CNS-motor unit voorbereiding kan men onderzoekt de invloed van zowel zintuiglijke input en neuromodulatoren op de activiteit van de motorische neuronen (Kennedy et al.., 1969). Want het is gepostuleerd dat 5-HT een rol speelt in het reguleren van het gedrag staat van rivierkreeft, kreeften, krabben en (Livingstone et al., 1980;.. Sneddon et al., 2000) zijn er verschillende pogingen gedaan om de concentratie ervan te bepalen in de VNC, de hemolymfe, en in geïsoleerde ganglia van de kreeften (Livingstone et al., 1980;. Harris-Warrick en Kravitz 1984;. Fadool et al., 1988). Toch is er sprake van een aanzienlijke variatie in de opgenomen metingen, zich verzet tegen specifieke dosis-respons relatie die zou kunnen zijn voor gedrags-acties. Een rivierkreeft met de klauwen hield in een verhoogde positie en met de staart verscholen onder haar buik werd gedacht aan een dominante houding vertonen (Livingstone et al.., 1980). De staat van abdominale flexie in rivierkreeft lijkt niet de houding zijn dat dominant rivierkreeft, binnen een paar vertonen tijdens de sociale interacties of met behoud van een dominante hiërarchische status (Listerman et al.., 2000). Onderdanige rivierkreeft zelfs smullen hun buik onder zichzelf als ze zich terugtrekken van een tegenstander. Dergelijke staart tucking wordt ook gezien als een van verdediging (Listerman et al.., 2000). Deze gedragingen zijn gemakkelijk waargenomen in het veld en in het laboratorium instellingen (Bovbjerg, 1953, 1956, Bruski en Dunham, 1987; Li et al., 2000;.. Listerman et al., 2000). Interessant is dat de gedrags-houdingen vermeld in kreeften (Livingstone et al.., 1980) zijn omgedraaid voor 5-HT en octopamine injecties in de Australische rivierkreeft, Cherax destructor (McRae, 1996). Mogelijk zou heel verschillende reacties worden waargenomen in de oppervlakkige flexoren voorbereiding in de Australische rivierkreeft. Bovendien, omdat dominantie is over het algemeen grootte heeft onder rivierkreeft, zou men verwachten dat een zeer plastisch response systeem voor het snel veranderde sociale omstandigheden (Strawn et al.., 2000). De plasticiteit in reageren op neuromodulatoren in ongewervelden is een open gebied van onderzoek. Wyttenbach, Johnson en Hoy (1999) hebben geproduceerd digitale media en een laboratorium handleiding voor diverse rivierkreeft experimenten waarbij dezelfde spieren in dit verslag in aanvulling op andere rivierkreeft preparaten. Dit is een uitstekende bron voor student oefeningen.

<ol><li> Rivierkreeft (Procambarus clarkii). Atchafalaya Biologische Supply Co, Raceland, LA., USA. </li><li> Standaard rivierkreeft zoutoplossing: Aangepast uit de oplossing van Van Harreveld&#39;s (1936). (In mm) 205 NaCl, KCl 5,3, 13,5 CaCl 2 2H 2 O; 2,45 MgCl 2 6H 2 O, 5 HEPES en aangepast aan de pH 7,4. Serotonine, glutamaat en dopamine worden gemaakt in rivierkreeft zoutoplossing. Fixatief oplossing Bouin&#39;s werd direct gebruikt en methyleenblauw wordt gemaakt in rivierkreeft zoutoplossing. Alle chemische stoffen zijn verkregen van Sigma Chemical Company (St. Louis, MO). </li><li> Dissectie-instrumenten: Fijn # 5 pincet, fijne schaar, mes houder, # 26002-20 insect pins (alle verkregen van Fine Science Tools (USA), Inc, 373-G Vintage Park Drive, Foster City, CA 94.404 tot 1139) . </li><li> Sylgard bodem glazen schaal </li><li> Bekers (met chemische oplossingen houden) </li><li> Elektrische signalen worden opgenomen op lijn naar een PowerLab 26T-interface op een computer (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA). We maken gebruik van standaard software van ADInstruments genaamd Grafiek of Scope. </li><li> Model 3000 AC / DC versterker voor intracellulaire als extracellulaire opnames kunnen worden gebruikt. </li><li> Dissectiemicroscoop met zoom-functie voor intracellulaire opnames. Voor focale opnemen op gevisualiseerd terminals een verbinding microscoop met rechtopstaande doelstellingen (4 x en 20X) wordt gebruikt. Men heeft een Hg lichtbron. </li><li> Voor intracellulaire opnames gebruiken we glazen capillaire buis (catalogus # 30-31-0 van FHC, Brunswick, ME, 04011, USA). De intracellulaire elektrode moet een weerstand van 20 tot 30 mOhm. Intracellulaire elektroden werden gevuld met 3 M KCl. </li><li> Een zuig-elektrode wordt gebruikt voor het extracellulaire signalen op te nemen. </li><li> Kooi van Faraday. </li><li> High Intensity Illuminator (lichtbron). </li><li> Micromanipulator </li></ol>

membrane potentials, synaptic responses, neuronal circuitry, neuromodulation and muscle histology using the crayfish: student laboratory exercises

Het doel van dit rapport is om een ​​inzicht in de effecten veroorzaakt door ion gradiënten een biologisch membraan te ontwikkelen. Twee aspecten die een cel membraan mogelijke invloed en die wij te pakken in deze experimenten zijn: (1) Ion concentratie van K + aan de buitenkant van het membraan, en (2) de permeabiliteit van het membraan voor specifieke ionen. De rivierkreeft buik extensor spieren zijn in groepen waarbij sommige tonic (langzaam) en anderen fasisch (snel) in hun biochemische en fysiologische fenotypes, alsook in hun structuur, de motorische neuronen die deze spieren innerveren zijn navenant verschillend in functionele kenmerken. We maken gebruik van deze spieren als de oppervlakkige, tonic buik flexor spier om eigenschappen aan te tonen in de synaptische transmissie. Daarnaast introduceren we een zintuiglijk-CNS-motorneuron-spier circuit om het effect van cuticulair zintuiglijke stimulatie, alsook de invloed van de neuromodulatoren te tonen inzake bepaalde aspecten van het circuit. Met de technieken verkregen in deze oefening, kan men beginnen met vele vragen die nog in andere experimentele preparaten en in fysiologische toepassingen in verband met geneeskunde en gezondheid te beantwoorden. We hebben aangetoond dat het nut van het model ongewervelde voorbereidingen om fundamentele vragen die relevant zijn voor alle dieren te pakken.

Watch this Scientific Journal Video about Membrane Potentials, Synaptic Responses, Neuronal Circuitry, Neuromodulation and Muscle Histology Using the Crayfish: Student Laboratory Exercises at JoVE.com

Membrane Potentials, Synaptic Responses, Neuronal Circuitry, Neuromodulation and Muscle Histology Using the Crayfish: Student Laboratory Exercises

De experimenten tonen aan een eenvoudige benadering voor studenten om ervaring op te doen bij de behandeling van spier-structuur, de synaptische reacties, de effecten van de ion gradiënten en permeabiliteit op membraan mogelijkheden. Ook is een zintuiglijke-CNS-motor-spier circuit voorgelegd aan een middel om effecten van de verbindingen op een neuronale circuit test tonen.

Membraan Potentials, Synaptic Responses, neuronale circuits, Neuromodulatie en Muscle Histologie Met behulp van de rivierkreeftjes: Student Laboratorium Oefeningen

The purpose of this report is to help develop an understanding of the effects caused by ion gradients across a biological membrane. Two aspects that ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

Opname Behavioral Responses to Reflectie in Rivierkreeftjes

Social behavior depends on sensory input from the visual, mechanical and olfactory systems.  One important issue concerns the relative roles of each ...

Physiological Recordings of High and Low Output NMJs on the Crayfish Leg Extensor Muscle

Fysiologische Opnamen van hoge en lage Output NMJs op de Crayfish Leg Extensor Muscle

We explain in detail how to expose and conduct electrophysiological recordings of synaptic responses for high (phasic) and low (tonic) output motor ...

Muscle Receptor Organs in the Crayfish Abdomen: A Student Laboratory Exercise in Proprioception

Muscle Receptor Orgels in de rivierkreeftjes Buik: Een Student Laboratorium Oefening in Proprioceptie

The primary purpose of this experiment is to demonstrate primary sensory neurons conveying information of joint movements and positions as proprioceptive ...

Physiological Experimentation with the Crayfish Hindgut: A Student Laboratory Exercise

Fysiologische Experimenteren met de rivierkreeftjes einddarm: een student practicum

The purpose of the report is to describe dissection techniques for preparing the crayfish hindgut and to demonstrate how to make physiological recordings ...

Quantitative Analysis of Synaptic Vesicle Pool Replenishment in Cultured Cerebellar Granule Neurons using FM Dyes

Kwantitatieve analyse van synaptische Blaasjes Pool Replenishment in gekweekte Cerebellaire Korrel Neuronen met behulp van FM-kleurstoffen

After neurotransmitter release in central nerve terminals, SVs are rapidly retrieved by endocytosis.  Retrieved SVs are then refilled with ...

Lateral Diffusion and Exocytosis of Membrane Proteins in Cultured Neurons Assessed using Fluorescence Recovery and Fluorescence-loss Photobleaching

Laterale diffusie en Exocytose van membraaneiwitten in gekweekte zenuwcellen gemeten met behulp van Fluorescence Recovery en fluorescentie-verlies fotobleken

Membrane proteins such as receptors and ion channels undergo active trafficking in neurons, which are highly polarised and morphologically complex. This ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Snel Micro-iontoforese van glutamaat en GABA: een nuttig instrument om Synaptic Integratie Onderzoek

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Proprioception and Tension Receptors in Crab Limbs: Student Laboratory Exercises

Proprioceptie en Tension Receptoren in Crab Ledematen: Student Laboratorium Oefeningen

The primary purpose of these procedures is to demonstrate for teaching and research purposes how to record the activity of living primary sensory neurons ...

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

Acute In Vivo Electrophysiological Recordings of Local Field Potentials and Multi-unit Activity from the Hyperdirect Pathway in Anesthetized Rats

acuut<em&gt; In Vivo</em&gt; Elektrofysiologische opnamen van lokale veldpotentialen en multi-unit activiteit van de Hyperdirect Pathway in verdoofde ratten

Converging evidence shows that many neuropsychiatric diseases should be understood as disorders of large-scale neuronal networks. To better understand the ...

Culturing In Vivo-like Murine Astrocytes Using the Fast, Simple, and Inexpensive AWESAM Protocol

Culturing In Vivo-like Murine Astrocytes Using the Fast, Simple, and Inexpensive AWESAM Protocol

Kweken In Vivo-graag lymfkliertest astrocyten met behulp van de snelle, eenvoudige en goedkope AWESAM-Protocol

The AWESAM (a low-cost easy stellate astrocyte method) protocol entails a fast, simple, and inexpensive way to generate large quantities of in vivo-like ...