Name: studying the neural basis of adaptive locomotor behavior in insects
Uploaded: 2011-04-13T11:03:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects at JoVE.com

Vi tackar Michael Dübbert, Oliver Hoffmann, Hans Scharstein, Jan Sydow och Anne Wosnitza för utmärkt tekniskt bistånd. Denna studie stöddes av DFG bevilja Bu 857 / 8,10 till AB

1. The Walking Surface Den svarta gångytan består av två nickelbelagd mässingsplåtarna permanent gått sida vid sida och elektriskt isolerade från varandra genom en 2 mm bred remsa av 2-komponent epoxilim (UHU plus, UHU GmbH, Tyskland) direkt under längdaxel djuret. De producerar en total yta på 13.5x15.5cm (Figur 1). Separationen av den halva plan för vänster och höger ben gör att oberoende böjd kontakt övervakning för ett ben på varje sida. <ol><li> Plattan är smorda med ett glycerin / vatten blandas i förhållandet 95 delar glycerin till 5 delar mättad NaCl-lösning för att förmedla halka och elektrisk ledningsförmåga, viskositeten är ungefär 430cStokes (Shankar och Kumar, 1994). </li><li> Blandningen appliceras direkt på ytan och är spridd med en bit mjuk vävnad för att säkerställa en total tjocklek på 0,1-0,2 mm. </li></ol> 2. Optisk Stimulering Setup <ol><li> Walking episoder är framkallade med hjälp av två projektorer som beskrivs av Scharstein (1989) att projicera ett randigt mönster på två runda, slipad skärmar (diameter 130mm, Marata skärmar, Linos Photonics, Göttingen, Tyskland) som är placerade på ett avstånd av ca. 70mm från ögonen, och i en vinkel på 45 ° till vänster och höger främre änden av plattan (figur 1). Den våg längd randigt mönster hålls konstant på λ = 21 °. Kontrasten frekvensen av rörliga stimuli kan varieras mellan 0,35, 0,72, 1,07 och 1.49Hz. Eftersom reaktionen av djuren bara beror på kontrasten frekvensen ω / λ (ω = vinkelhastighet, λ = mönster våglängd) om mönstret kontrasten är tillräckligt hög (Fermi och Reichhardt, 1963) hade vi inte variera λ hela experimenten . Luminansen på ljusa ränder på sidan av djuret är ungefär 15cd/m2 och kontrasten 0,8. Substansen öga pinne (Carausius morosus) har 24 ommatidia i Dorso-ventrala axeln (Friza, 1928) och några mer i Rostro-caudal axeln. Eftersom skillnaderna vinkeln på pinne ögat är i genomsnitt 6,2 ° (Jander och Volk-Henrichs, 1970) våra mönster våglängd var ungefär 4 gånger vinkeln på ommatidia. Experimenten sätts upp i ett mörklagt Faradays bur och utförs i ett mörklagt rum på 20-22 ° C. </li><li> Framåt går framkallas av ett progressivt mönster på båda skärmarna där ränderna på varje skärm mot kanten, eller en enda svart balk på vit bakgrund placeras mellan skärmarna </li><li> Turning framkallas av ränder går i samma riktning på båda skärmarna. Vi har inte hittat ett samband mellan hastigheten på de rörliga ränder och vinkeln på tur. När luminansen i randigt mönster är inställd på att få gå, det brukar inte kräver ytterligare justeringar, men det kan justeras för olika djur efter behov av spänningen av halogenlampor i projektorer. </li></ol> 3. Förbereda försöksdjur <ol><li> Kvinna vuxna fastnar insekter (Carausius morosus) limmas (dentala cement, ProTempII, 3M ESPE, Seefeld, Tyskland) ventrala sidan nedåt på en tunn balsa pinne (3x5x100mm, bxhxd), som sätts in i en mässing slang som har flera anslutningar. Djuret hålls nedtryckt i ca en minut tills limmet åtminstone delvis härdade. </li><li> Huvudet och benen sticker ut från framsidan och sidan av pluggen så att den fria rörligheten. Det område av coxae av alla benen samt den största delen av buken måste lämnas fria från lim. </li><li> Insect huvudet, bröstkorgen och distala änden av varje lårbenet och skenbenet är märkta med fluorescerande pigment (Dr Kremer Farbmühle, Aichstetten, Tyskland) blandat med dentala cement för senare video spårning. </li></ol> 4. Placering av EMG elektroder Muskelaktivitet olika benmuskler som i detta exempel är gradskiva och upprullningsdonet muskler coxae, som ligger i bröstkorgen och orsaka förlängningen (framåt rörelse) och upprullning (bakåt) i benet, noteras med hjälp av EMG elektroder implanteras i bröstkorgen. Alla EMG inspelningar är differentiellt förstärks. Signalen förstärktes 100x i en förförstärkare (elektronik verkstad, Zoologiska Institutionen, Köln), bandpass filtreras (100Hz-2000 Hz), vilket ytterligare förstärks (10x) och importeras via en AD-omvandlare i spike2 (Vers.5.05, CED, Cambridge, Storbritannien). <ol><li> Elektroderna är tillverkade av koppartråd (Elektrisola, Eckernhagen, Tyskland; 47μm ytterdiameter). För en elektrod, är två trådar first smort med lim, sedan är de två klibbiga trådar tvinnade runt varandra </li><li> I ena änden den tvinnade kabeländarna är lödda till en mini-kontakt. I andra ändan trådarna skärs att tillhandahålla rent ändarna utan isolering för att föras in i djuret. </li><li> EMG elektroder plugged in den lilla kontakten i slutet av mässing röret. </li><li> Ett minuten stift används för att stansa små hål i nagelbanden </li><li> Snittet ändar elektroden separeras sedan och infogas i en muskel på cirka 1 mm avstånd från varandra, som enligt vår erfarenhet, ger en bra signal-brus-förhållande. Försiktighet bör iakttas att inte sätta in elektroder för djupt i muskeln för att undvika sina skador. Figur 2 visar placeringen av elektroderna i bröstkorgen av djuret. Figur 3 visar ett djur med elektroden kablarna på plats. </li><li> Vi använder en liten droppe histoacrylic lim (3M Vetbond, St.Paul, MN, USA) för att hålla kablarna på plats. </li><li> En jordledning sätts in i buken. </li></ol> 5. Inspelning av Tarsal Kontakt Tarsal kontakta alltid redovisas tillsammans med EMG spår. Eftersom hala ytan är uppdelad i två halvor, kan högst två kontralateral böjd kontakter registreras på samma gång. För detta ändamål är benet används som en &quot;switch&quot; för att stänga en krets mellan plattan och förstärkaren. Aktuell kan tillämpas på plattorna separat genom två uttag vid basen av varje platta. Vi kan generera två fyrkantsvåg signaler med 2-4MV amplituder med en pulsgenerator (Modell MS501, elektronik verkstad, Zoologiska Institutionen, Köln) som är fas-fördröjd med 90 °. Signalerna dämpas med 60dB (/ 1000) och tillämpas på de två halvorna av det hala ytan. I detta experiment använder vi endast en av de två signalerna. Det är samtidigt matas in i en lock-in-förstärkare som referens signal. Den 2-fas lock-in-förstärkare (elektronik verkstad, Zoologiska Institutionen, Köln) selektivt förstärker bara signaler med samma frekvens och fas som tillhandahålls referenssignalen. En andra kanal känner bara 90 ° fasen fördröjd signal. Buller signaler med frekvenser utom referenstemperaturen frekvens förkastas och påverkar inte mätningen. Förstärkaren utsignalen matas in i en AD-omvandlare (Micro 1401k II, CED, Cambridge, Storbritannien) och digitaliserad med Spike2. Mellan touch-ner och lättning av hasled till och från halt underlag, ström från plattan genom hasled och skenbenet i koppartråd (se nedan: 5,3-5,8). Den valda förstärkaren har en hög ingång resistans (1MΩ) och signalen spänningen är mycket liten, för att undvika att påverka gå djurets beteende. Den nuvarande passerar genom hasled och skenbenet är mellan 2 och 4NA. Signalen ledtid vid beröring och ner, mellan inträde i smörjmedel och ytan kontakten är mindre än 1ms. Kontakten signalen övergången under lättning är mindre brant och mer försenad. Detta beror på den fördröjda riva av smörjmedel från hasled genom en kapillär ökar effekt och på grund av rörelse av benet utan att hela lättning i swing fas. <ol><li> Den mässing röret med balsa fastnar där djuret limmas sätts in i ett mikromanipulator att tillåta höjdjustering av djuret till mellan 7 och 12 mm ovanför hal yta, vilket motsvarar höjden under fria promenader. </li><li> För att mäta ström när insekten hasled av övervakade benet på marken, är en tråd (47μm i diameter) skurna i ca 15 cm långa bitar. </li><li> Isoleringen i en koppar tas bort genom att bränna bort det med alkohol. </li><li> En slinga bildas med ena änden av kabeln och gled över hasled av djuret </li><li> Slingan är bunden vid den distala änden av skenbenet för att ge god kontakt mellan djur och tråd. </li><li> Tråden är sedan fast på bröstkorgen av djuret med en droppe tvåkomponentslim (ProTempII, se ovan), och ansluts till differentialförstärkare genom en alligator klämma. </li><li> För att förbättra ledningsförmåga av kabeln på dess ändar, en minskning med elektrod krämen appliceras (Marquette Hellige, Freiburg, Tyskland) på områden som kontakt. </li><li> Signalstyrkan provas sedan på monitorn. På grund av den lågpassfilter egenskaper lock-in-förstärkare (10 ms tidskonstant) och gradvis lift-off/touch-down i hasled, är signalen inte en exakt kvadrat signal. Man måste därför ställa in lämpliga trösklar nära övergångspunkten att bestämma den exakta tidpunkten för böjd kontakt och manuellt kontrollera varje händelse bestäms av digitalisering programvara. Baserat på böjd kontakt, definierade vi den tid då hasled av en viss ben var på marken hållning och den tid då det var i luften som svingfasen. </li><li> Den utlösande signal för kameran är inspelade samtidigt med EMG spår och böjd kontakt signalen, och tillåter en exakt bildruta för bildruta sambandet mellan beteende och inspelade spår. </li></ol> 6. Optisk Registrering av benrörelser för digital analys Det inledande ofta fastnar insekter på halt underlag kan nå 3-4Hz (Graham och Cruse, 1981). <ol><li>Innan inspelningen promenader sekvenser, är en spegel placerad i 45 ° vinkel bakom djuret att ha en extra visuell övervakning för touch-down. Kameran är externt utlöses och bilder matas in i en dator via en FireWire-gränssnitt. </li><li> Vi registrerar gå sekvenser från ovan med en hög hastighet videokamera (Marlin F-033C, Allied Vision Technologies, Stadtroda, Tyskland) på 100fps att analysera benrörelser digitalt, och korrelerar dem med EMG-aktivitet och böjd kontakt. </li><li> Under inspelningen av promenader sekvenser, är djuret belysta med blå LED-matriser (30-50V DC, luminans 24cd, Elektronik Workshop, Zoologiska institutet vid universitetet i Köln), som anpassas i intensitet att belysa fluorescerande markörer. Enligt litteraturen (Schlegtendal, 1934), äger hålla insekter inte färgseende och vi har inte observerats en negativ effekt av UV-ljus belysning på vrida svar. En gul filter framför kameralinsen undertrycker den korta våglängd aktivering ljus och ger en högre kontrast för videoinspelningar. </li><li> Videofilerna kan analyseras med hjälp av programvara motion tracking (WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak service, Berlin, Tyskland). </li></ol> 7. Registrering av Walking sekvenser <ol><li> Som en kontroll, först en promenad sekvens med en intakt djur registreras. </li><li> Hastigheten på randigt mönster är inställd, och mönster och videoinspelning startas ungefär samtidigt. </li><li> Om djuret inte startar förflyttning spontant, kan den stimuleras på buken med en borste (Bässler och Wegener, 1983), eller genom en pust av luft till antenner. I detta fall rörde djur på vänstra sidan av buken tenderar att svänga vänster och vice versa. Det randiga mönstret hålls rör tills djuret slutar gå eller först efter tre minuters kontinuerlig inspelning. </li><li> För att testa hur långt muskelaktivitet i ena benet är beroende av sinnesintryck från intilliggande ben, är djuret förmås att autotomize benen. Platsen för autotomy sluter upp naturligt inom några sekunder. Ett exempel på ett djur med autotomized fram-och bakbenen visas i figur 3. </li><li> Till exempel för experiment med djur som har bara en mitt ben, få vi autotomy av pro-och metathoracic ben genom att klämma den proximala lårbenet med en pincett (Schmidt och Grund, 2003) eller kapa benen på den nivå av coxae efter inspelning från den intakta djuret. Efter det minst 30 min för återvinning tid ges till djuret. </li><li> Då kan vi spela in nya promenader sekvenser som tidigare. Minskad förberedelser, behöver vi ofta få gå med stroke pensel. </li></ol> 8. Representativa resultat: <img src="/files/ftp_upload/2629/2629fig1.jpg" alt="Figur 1" /> Figur 1 experimentuppställning, A:. Fotografi av en pinne tjudrad ovanför hal yta, märkta med fluorescerande pigment för ben spårning och kopplat för EMG inspelning och böjd beröringsfri mätning. B: Kopplingsschema för dubbla ben böjd kontakt inspelningen under promenader på halt underlag. <img src="/files/ftp_upload/2629/2629fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Positioner för placering av EMG elektroder i gradskiva och upprullningsdonet musklerna i bröstkorgen på pinne mitt ben. ML: mitt ben; FL: frambenet <img src="/files/ftp_upload/2629/2629fig3.jpg" alt="Figur 3" /> . Figur 3 Stick insekt med EMG kablar i pro-och upprullningsdon musklerna i den mellersta benet på plats, fram-och bakbenen har tagits bort för att studera effekten av förekomsten av angränsande benen på kinematik och muskelaktivitet i mellanörat ben den minskade beredningen. <img src="/files/ftp_upload/2629/2629fig4.jpg" alt="Figur 4" /> Figur 4. Exempel på spår av upprullningsdon EMG aktivitet med hänvisning signal om böjd kontakt i ett innanför mitt ben under svarvning. I början av spåret (första blå ruta) upprullningsdonet är aktiv under hållning, medan benet har markkontakt (&quot;sluten krets&quot;), vilket indikerar att benet gör framåt steg, efter en kort switch (andra blå ruta), den upprullningsdon är aktiv under gång, medan ben är i luften (&quot;öppen krets&quot;, tredje blå rutan), som visar förekomsten av bakåt riktad steg. <img src="/files/ftp_upload/2629/2629fig5.jpg" alt="Figur 5" /> Figur 5. Skärmdump av en inspelning från gradskivan (överst spår) och upprullningsdon (mitten spår) muskler och samtidigt inspelade böjd kontakt trace (bottenkontur). Notera alternerande aktiviteten i EMG spår som motsvarar aktiviteten hos två muskler i steget cykel, är att gradskiva aktivitet strax före och undersving, när böjd kontakt spår signaler förlorad markkontakt och upprullare aktivitet efter och under touch-ner hasled, när benet är i hållning. Insatsen visar matchande videofilen som motsvarar denna inspelning som används för att kontrollera djurets beteende.

<ol>
	<li>B&#228;ssler, U., Wegener, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+output+of+the+denervated+thoracic+ventral+nerve+cord+in+the+stick+insect+Carausius+morosus.">Motor output of the denervated thoracic ventral nerve cord in the stick insect Carausius morosus.</a> J. Exp. Biol. 105, 127-147 (1983).</li><li>B&#246;hm, H., Messai, E., Heinzel, H. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity+of+command+fibres+in+free-ranging+crayfish,+Orconectes+limosus+Raf.">Activity of command fibres in free-ranging crayfish, Orconectes limosus Raf.</a> Naturwissenschaften. 84, 408-410 (1997).</li><li>B&#252;schges, A., Gruhn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanosensory+feedback+in+walking:+from+joint+control+to+locomotor+pattern.">Mechanosensory feedback in walking: from joint control to locomotor pattern.</a> Adv.Insect Physiology. 34, 194-234 (2008).</li><li>B&#252;schges, A., Akay, T., JP, G. a. b. r. i. e. l., Schmidt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organizing+network+action+for+locomotion:+insights+from+studying+insect+walking.">Organizing network action for locomotion: insights from studying insect walking.</a> Brain Res Rev. 57, 162-171 (2008).</li><li>Camhi, J. M., Levy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+a+complex+movement:+fixed+and+variable+components+of+the+cockroach+escape+behavior.">Organization of a complex movement: fixed and variable components of the cockroach escape behavior.</a> J Comp Physiol A. 163, 317-328 (1988).</li><li>Camhi, J. M., Nolen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+of+the+escape+system+of+cockroaches+during+walking.">Properties of the escape system of cockroaches during walking.</a> J Comp Physiol A. 142, 339-346 (1981).</li><li>Clarac, F., Libersat, F., Pfl&#252;ger, H. J., Rathmayer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+pattern+analysis+in+the+shore+crab+(Carcinus+maenas)+walking+freely+in+water+and+on+land.">Motor pattern analysis in the shore crab (Carcinus maenas) walking freely in water and on land.</a> J Exp Biol. 133, 395-414 (1987).</li><li>Duch, C., Pfl&#252;ger, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+patterns+for+horizontal+and+upside+down+walking+and+vertical+climbing+in+the+locust.">Motor patterns for horizontal and upside down walking and vertical climbing in the locust.</a> J Exp Biol. 198, 1963-1976 (1995).</li><li>Fermi, G., Reichhardt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optomotorische+Reaktionen+der+Fliege+Musca+domestica.+Abh&#228;ngigkeit+der+Reaktion+von+der+Wellenl&#228;nge,+der+Geschwindigkeit,+dem+Kontrast+und+der+mittleren+Leuchtdichte+bewegter+periodischer+Muster.">Optomotorische Reaktionen der Fliege Musca domestica. Abh&#228;ngigkeit der Reaktion von der Wellenl&#228;nge, der Geschwindigkeit, dem Kontrast und der mittleren Leuchtdichte bewegter periodischer Muster.</a> Kybernetik. 2, 15-28 (1963).</li><li>Fischer, H., Kautz, H., Kutsch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+radiotelemetric+2-channel+unit+for+transmission+of+muscle+potentials+during+free+flight+of+the+desert+locust,+Schistocerca+gregaria.">A radiotelemetric 2-channel unit for transmission of muscle potentials during free flight of the desert locust, Schistocerca gregaria.</a> J Neurosci Methods. 64, 39-45 (1996).</li><li>Friza, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zur+Frage+der+F&#228;rbung+und+Zeichnung+des+facettierten+Insektenauges.">Zur Frage der F&#228;rbung und Zeichnung des facettierten Insektenauges.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 8, 289-336 (1928).</li><li>G&#246;tz, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+optomotor+reactions+in+insects.">Principles of optomotor reactions in insects.</a> Bibl. Ophthalmol. 82, 251-2559 (1972).</li><li>Gruhn, M., Rathmayer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+implantable+electrode+design+for+both+chronic+in+vivo+nerve+recording+and+axon+stimulation+in+freely+behaving+crayfish.">An implantable electrode design for both chronic in vivo nerve recording and axon stimulation in freely behaving crayfish.</a> J Neurosci Methods. 118, 33-40 (2002).</li><li>Gruhn, M., Hoffmann, O., D&#252;bbert, M., Scharstein, H., B&#252;schges, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tethered+stick+insect+walking:+a+modified+slippery+surface+setup+with+optomotor+stimulation+and+electrical+monitoring+of+tarsal+contact.">Tethered stick insect walking: a modified slippery surface setup with optomotor stimulation and electrical monitoring of tarsal contact.</a> J Neurosci Methods. 158, 195-206 (2006).</li><li>Gruhn, M., Zehl, L., B&#252;schges, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Straight+walking+and+turning+on+a+slippery+surface.">Straight walking and turning on a slippery surface.</a> J Exp Biol. 212, 194-209 .</li><li>Gruhn, M., Uckermann, G. v. o. n., Westmark, S., Wosnitza, A., B&#252;schges, A., Borgmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+stepping+velocity+in+the+stick+insect+Carausius+morosus.">Control of stepping velocity in the stick insect Carausius morosus.</a> J Neurophysiol. 102, 1180-1192 .</li><li>Hama, N., Tsuchida, Y., Takahata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+context-dependent+modulation+of+descending+statocyst+pathways+during+free+walking,+as+revealed+by+optical+telemetry+in+crayfish.">Behavioral context-dependent modulation of descending statocyst pathways during free walking, as revealed by optical telemetry in crayfish.</a> J Exp Biol. 210, 2199-2211 (2007).</li><li>Hassenstein, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#220;ber+die+Wahrnehmung+der+Bewegung+von+Figuren+und+unregelm&#228;&#946;igen+Helligkeitsmustern+(nach+verhaltensphysiologischen+Untersuchungen+an+dem+R&#252;sselk&#228;fer+Chlorophanus+viridis.">&#220;ber die Wahrnehmung der Bewegung von Figuren und unregelm&#228;&#946;igen Helligkeitsmustern (nach verhaltensphysiologischen Untersuchungen an dem R&#252;sselk&#228;fer Chlorophanus viridis.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 40, 556-592 (1958).</li><li>Jander, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Untersuchungen zum Mechanismus und zur zentralnerv&#246;sen Steuerung des Kurvenlaufs bei Stabheuschrecken (Carausius morosus) [dissertation]. , (1982).</li><li>Jander, R., Volk-Henrichs, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Das+strauch-spezifische+Perzeptorsystem+der+Stabheuschrecke+(Carausius+morosus).">Das strauch-spezifische Perzeptorsystem der Stabheuschrecke (Carausius morosus).</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 70, 425-447 (1970).</li><li>Kirschfeld, K., Zettler, F., Weiler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+resolution+of+lens+and+compound+eyes.">The resolution of lens and compound eyes.</a> Neural Principles in Vision. , 354-370 (1976).</li><li>Kutsch, W., Schwarz, G., Fischer, H., Kautz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+transmission+of+muscle+potentials+during+free+flight+of+a+locust.">Wireless transmission of muscle potentials during free flight of a locust.</a> J Exp Biol. 185, 367-373 (1993).</li><li>Scharstein, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+universal+projector+for+optomotor+stimulation.">A universal projector for optomotor stimulation.</a> , (1985).</li><li>Schlegtendal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beitrag+zum+Farbensinn+der+Arthropoden.">Beitrag zum Farbensinn der Arthropoden.</a> Zeitschr. f. vergl. Physiologie. 20, 573-581 .</li><li>Schmidt, J., Grund, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rhythmic+activity+in+a+motor+axon+induced+by+axotomy.">Rhythmic activity in a motor axon induced by axotomy.</a> Neuroreport. 14, 1267-1271 (2003).</li><li>Shankar, P. N., Kumar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Determination+of+the+Kinematic+Viscosity+of+Glycerol-Water+Mixtures.">Experimental Determination of the Kinematic Viscosity of Glycerol-Water Mixtures.</a> Proc. Mathematical and Physical Sci. 444, 573-581 (1994).</li><li>Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Joint+coordination+during+walking+and+foothold+searching+in+the+Blaberus+cockroach+I.+Kinematics+and+electromyograms.">Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach I. Kinematics and electromyograms.</a> J Neurophysiol. 83, 3323-3336 .</li><li>Tryba, A. K., Ritzmann, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Joint+coordination+during+walking+and+foothold+searching+in+the+Blaberus+cockroach.+II.+Extensor+motor+neuron+pattern.">Multi-Joint coordination during walking and foothold searching in the Blaberus cockroach. II. Extensor motor neuron pattern.</a> J Neurophysiol. 83, 3337-3350 .</li><li>Tsuchida, Y., Hama, N., Takahata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optical+telemetry+system+for+underwater+recording+of+electromyogram+and+neuronal+activity+from+non-tethered+crayfish.">An optical telemetry system for underwater recording of electromyogram and neuronal activity from non-tethered crayfish.</a> J Neurosci Methods. 137, 103-109 (2004).</li><li>Wang, H., Ando, N., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+control+of+free+flight+maneuvers+in+a+hawkmoth,+Agrius+convolvuli.">Active control of free flight maneuvers in a hawkmoth, Agrius convolvuli.</a> J Exp Biol. 211, 423-432 (2008).</li></ol>

Vi har beskrivit en inställning som gör att optiskt inducerade generationen vända beteende och tillstånd för att en hög grad av frikoppling av neuronally genereras gå aktivitet från den passiva som orsakas av den mekaniska förskjutning av andra går benen på marken. Potentiella informationsflöde mellan benen genom nervsystemet om markstyrkor reaktion eller böjd kontakt, å andra sidan är fortfarande möjligt och låter försöksledaren att studera inverkan av sådan information i den minskade beredning. Stora fördelar av hal yta inställning är bland annat att djuren visar en mycket hög benägenhet att gå, och i motsats till promenader eller trampa på en EKORREHJUL kan djuret utföra swing och hållning rörelser fas i alla riktningar av naturliga promenader. Dessutom grader av frihet för alla benen tillåter djuret att utföra kurvan gå om det är en intakt eller delvis intakt beredning. Eftersom benen inte kan vara passivt flyttas genom att helt enkelt framåt rörelse djur eller förflyttningar av underlaget under, speglar varje rörelse motorns effekt av att benet (Cruse, 1976, Graham och Wendler, 1981). Installationen är mycket lämplig för att undersöka neuronala grunden för adaptiva beteenden såsom svarvning eller framåt mot bakåt gå, eftersom man kan kombinera elektrofysiologiska inspelningar av motorisk aktivitet med analysen av kinematik lem rörelse. Vi använde pinne är optomotor svar att framkalla gå. Svaren från djuren till den roterande randmönster visa sin beredskap att utföra kurva till fots när tjudrad över den hala ytan. De flesta överraskande för oss, enda ben i en enda ben förberedelser visar kvalitativt samma rörelse mönster som i den intakta djuret. Vi har alltså anledning att tro att kontrollen av kurvan promenader kan fungera i stort sett utan samordning sinnesintryck från närliggande ben. Det kommer att vara viktigt att testa i ytterligare experiment om verksamheten av motoriska nervceller i de borttagna benen också påverkas av optomotor mönster. Installationsprogrammet kan lätt modifieras för att möjliggöra studier av andra uppgifter som rakt framåt och bakåt gående genom att placera en enda rand framför djuret eller försiktigt dra antennerna. Den exakta mätningar av markkontakt ger oss möjlighet att korrelera muskelaktivitet och ben position. Den höga tidsupplösning av denna elektriska kontakten signal är bättre än 1 ms och leder oss till en ny insikt om tidpunkten för övergången från swing till stödfasen. Upplösningen är värre för den ståndpunkt att svinga övergången på grund av förseningen i klippning av den ledande smörjmedel och en brist på behovet av en fullständig lättning under förlängningen på halt underlag. Ändå är kunskapen om de exakta swing till ställningstagande övergången ett särskilt användbart första steg om vi vill förstå de mekanismer som styr muskler timing och samordnad verksamhet benmusklerna i olika beteende-sammanhang (se även: Büschges et al, 2008;. Büschges &amp; Gruhn 2008). Som exempel använde vi upprullningsdonet och gradskiva coxae muskler i mellanörat ben och exakt korrelerad sin verksamhet med att byta från swing till stödfasen samtidigt som vi följt beteende i vilket sammanhang benet användes. För detta ändamål framkallade vi gå och spelade in muskelaktiviteten kontinuerligt. En viss ben kan vara en inne eller en utomstående ben, beroende på att vända riktning. I ett fördjupat mitt ben, i egenskap av ett insidan av benet i funktionell mening, kan det konstateras att upprullningsdon och gradskiva muskler kan både fungera som funktionell hållning muskler eftersom benet ibland ger bakslag i tillägg till framåtriktad steg (se Fig. 4 ). Den electromyograms (EMGs) från både muskler var åtgärdats och normaliserade till tiden för touch-ner och latensen för den första muskeln spikar beräknades. Intressant, till latenser både muskler med respekt lättning och touch-down beror på funktionen av de muskler som respektive sving eller hållning muskeln (se Fig. 4) och inte på muskler själv, och visar endast mindre förändringar i Tidpunkten för aktivitet debut. De flesta förklaringar till förändringen av staten från swing till hållning anta att sensoriska signaler böjd kontakt utlösa start hållning. Den intressanta frågan om hur de korta latenser mellan touch-ner och muskel aktivering i pinne förs och på vilka sensorisk information de är beroende av kan nu åtgärdas med den ändrade konfigurationen. Sammanfattningsvis visar vi en hal yta installation som tillåter oss att på ett tillförlitligt framkalla raka och kurvan går i stationära hålla insekter. Kinematik, muskelaktivitet och tidpunkten för böjd touch-ner och lyft kan övervakas och korreleras i de två olika beteendemässiga contexts på samma gång. Detta ger oss ett utmärkt verktyg för att studera närmare sambandet mellan muskelaktivitet och beteendemässiga sammanhang för en enda ben samt i den intakta djuret och de underliggande mekanismerna.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>2-component epoxy glue</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>UHU plus, UHU GmbH, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>glass screens (diameter 130mm)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Marata screens, Linos Photonics, G&#246;ttingen, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>dental cement</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>ProTemp II, 3M ESPE, Seefeld, Germany</td>
<td>3M Id : 70-2011-0358-0 Catalog Number : 46430</td>
<td>Available through 3M (<a href="http://www.3m.com/">http://www.3m.com/</a>)or dental suppliers</td>
</tr>
<tr>
<td>fluorescent pigments </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dr. Kremer Farbm&#252;hle, Aichstetten, Germany</td>
<td>Cat.#s: i.e 56200 Fluorescent Pigment Golden Yellow 56350 Fluorescent Pigment Flame Red</td>
<td><a href="http://kremer-pigmente.de/en">http://kremer-pigmente.de/en</a> or <a href="http://www.kremerpigments.com/
">http://www.kremerpigments.com/</a>
</td>
</tr>
<tr>
<td>histoacrylic glue </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>3M Vetbond, St.Paul, MN, USA</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>supplier: WPI</td>
</tr>
<tr>
<td>coated copper wire</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Elektrisola Eckernhagen</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.elektrisola.com/">http://www.elektrisola.com/</a></td>
</tr>
<tr>
<td>electrode cream </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Marquette Hellige, Freiburg, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Product is now discontinued, we suggest for example: <a href="www.grasstechnologies.com">www.grasstechnologies.com</a></td>
</tr>
<tr>
<td>pulse generator </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Model MS501, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>lock-in-amplifier </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>AD converter </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Micro 1401k II, CED, Cambridge, UK</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>preamplifier </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>high speed video camera </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Marlin F-033C, Allied Vision Technologies, Stadtroda, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>UV LED arrays </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>30-50V DC, electronics workshop, Zoological Institute, Cologne, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&lambda;390-395nm 
Luminance 24cd</td>
</tr>
<tr>
<td>Digitalizing software Spike2 </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vers.5.05, CED, Cambridge, UK</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>motion tracking software </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>(WINanalyze, Vers.1.9, Mikromak service, Berlin, Germany</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

studying the neural basis of adaptive locomotor behavior in insects

Studera i hjärnan av att gå beteende, står man ofta problemet att det är svårt att separera neuronally produceras kliva ut från de benrörelser som är resultatet av passiva krafter och interaktioner med andra ben genom den gemensamma kontakt med underlaget. Om vi ​​vill förstå, vilken del av en viss rörelse är producerad av nervsystemet motoreffekt, kinematisk analys av kliva rörelser, därför måste kompletteras med elektrofysiologiska inspelningar av motorisk aktivitet. Inspelningen av neuronala eller muskelaktivitet i ett bete djur begränsas ofta av den elektrofysiologiska utrustning som kan begränsa djuret i dess förmåga att röra sig med så många frihetsgrader som möjligt. Detta kan antingen undvikas genom att använda implanterade elektroder och sedan ha djuret rör sig på en lång tjuder (dvs Clarac et al, 1987;. Duch &amp; Pflüger, 1995; Böhm et al, 1997;. Gruhn &amp; Rathmayer, 2002) eller genom att sända data med hjälp telemetriskt enheter (Kutsch et al, 1993; Fischer et al, 1996;. Tsuchida et al 2004;. Hama et al, 2007;.. Wang et al, 2008). Båda dessa eleganta metoder som framgångsrikt används i större leddjur, visa sig ofta svår att använda i mindre promenader insekter som antingen lätt trassla in sig i det långa tjuder eller hindras av vikten på telemetrisk enheten och dess batterier. Dessutom, i alla dessa fall, är det fortfarande omöjligt att skilja mellan den rent neuronala grunden för förflyttning och de effekter som utövas av mekanisk koppling mellan det går benen genom substratet. En lösning på detta problem är att göra experimenten i en uppbundna djur som är gratis att gå på plats och det är lokalt avbrytas, till exempel över en hal yta, som effektivt tar bort de flesta markkontakt mekanik. Detta har använts för att studera fly svar (Camhi och Nolen, 1981; Camhi och Levy, 1988), svarvning (Tryba och Ritzman, 2000a, b;. Gruhn et al, 2009a), bakåt promenader (Graham och Epstein, 1985) eller förändringar i omloppshastigheten (Gruhn et al. 2009b) och det gör försöksledaren lätt att kombinera intra-och extracellulära fysiologi med kinematiska analyser (Gruhn et al., 2006). Vi använder en hal yta setup för att utreda tidpunkten för benmusklerna på bete pinne med avseende på touch-ner och lyft under olika beteendestörningar paradigm som rakt fram och böjda vandra i intakt och minskad förberedelser.

Watch this Scientific Journal Video about Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects at JoVE.com

Studying the Neural Basis of Adaptive Locomotor Behavior in Insects

Vi beskriver en metod för att registrera motorisk aktivitet, tidsinställda till elektriskt inspelade böjd kontakt signal i en tjudrad insekt, gå på halt underlag. Detta används för att studera de neurala grunden för adaptivt beteende under minskat inflytande av mekanisk samverkan mellan benen genom substratet.

Studera i hjärnan av Adaptive rörelseapparaten Behavior hos insekter

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 ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae

Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae

Enstaka Sensillum Inspelningar i Insekter Drosophila melanogaster Och Anopheles gambiae</em

The sense of smell is essential for insects to find foods, mates, predators, and oviposition sites3. Insect olfactory sensory neurons (OSNs) are enclosed ...

Studying the Integration of Adult-born Neurons

Att studera integration av vuxna födda Neuroner

Neurogenesis occurs in adult mammalian brains in the sub-ventricular zone (SVZ) of the lateral ventricle and in the sub-granular zone (SGZ) of the ...

High-resolution Live Imaging of Cell Behavior in the Developing Neuroepithelium

Högupplöst Live avbildning av cellens beteende i utvecklingsländerna neuroepitelet

The embryonic spinal cord consists of cycling neural progenitor cells that give rise to a large percentage of the neuronal and glial cells of the central ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

Samtidig analys av hjärnans struktur och funktion med fMRI och diffusion-viktade bilder

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In Vivo Two-photon Imaging Of Experience-dependent Molecular Changes In Cortical Neurons

In vivo Två-foton avbildning av erfarenhet beroende molekylära förändringar i kortikala neuron

The brain's ability to change in response to experience is essential for healthy brain function, and abnormalities in this process contribute to a variety ...

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Bestämning av spontan rörelseaktivitet i<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such ...

Dyeing Insects for Behavioral Assays: the Mating Behavior of Anesthetized Drosophila

Dyeing Insects for Behavioral Assays: the Mating Behavior of Anesthetized Drosophila

Färgning Insekter för Behavioral Analyser: den parningsbeteende hos bedövade<em&gt; Drosophila</em

Mating experiments using Drosophila have contributed greatly to the understanding of sexual selection and behavior. Experiments often require simple, easy ...

A Simple Flight Mill for the Study of Tethered Flight in Insects

En enkel Flight Mill för studier av Tethered Flight i Insekter

Flight in insects can be long-range migratory flights, intermediate-range dispersal flights, or short-range host-seeking flights. Previous studies have ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Tidsberoende ökning av nätverkssvaret till stimulering av neuronala cellkulturer på mikroelektroder

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

High-throughput Analysis of Locomotor Behavior in the Drosophila Island Assay

High-throughput Analysis of Locomotor Behavior in the Drosophila Island Assay

Hög genomströmning analys av rörelseapparaten beteende i Drosophila ön analysen

Advances in next-generation sequencing technologies contribute to the identification of (candidate) disease genes for movement disorders and other ...