Name: neural circuit recording from an intact cockroach nervous system
Uploaded: 2013-11-04T20:30:00
Duration: 10 min 51 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System at JoVE.com

Vi takker Hyewon Cooper for illustrationer.

1.. Dissektion Kakerlak saltopløsning anvendes i hele denne protokol har følgende sammensætning: Cockroach saltvandsopløsning 36: (g for 100 ml) 210 mM NaCl (1.227 g) 2,9 mM KCI (0,0216 g) 1,8 mM CaCl2 (0,0265 g) 0,2 mM NaH 2PO 4 • 2H 2 O (0,0032 g) 1,8 mM Na 2 HPO 4 • 7H 2 O (0,0483 g) (PH 7,2. PH indstilles med 1 M NaOH eller 1 M HCl). <ol><li> Vælg en mandlig kakerlak fra bedriften tank, der har robust Cerci (Figur 1). De sidste dele af han er smalle i forhold til den kvindelige og uden indhold af ovarier og æg masse, hanner er lettere at dissekere. Hannerne af P. americana har et par kort tonehoveder mellem Cerci. Disse penne er ikke observeret i hunnerne. </li><li> Skær vinger, ben og hoved og pin kroppen, ventrale side op til en dish foret med silikone elastomer. </li><li> Med pincet afhente ventrale pladerne og afskære dem med fine saks, startende ved den bageste ende og arbejder anteriort. Altid holde de indre organer fugtig med saltvand, mens du prøver at holde Cerci tør. Man kan bruge voks eller stykker af gummi for at placere maven opad for at forhindre, at saltvand fra befugte Cerci. Hvis de bliver våde, tør dem med et stykke silkepapir. Skub til siden de indre organer og den hvide substans (fedt organ). VNC er i midten af ​​feltet, løber langs maven og skal være synlig mellem den skinnende tracheae. Den nerve ledning er gennemsigtigt og kan i første omgang være svært at se, indtil belysningen er justeret korrekt (figur 2). IKKE håndtere VNC med en pincet eller insekt ben, i stedet manipulere den ved hjælp af glas sonder. </li><li> Rydde dyrets tracheae systemet så godt som muligt fra den nerve snor med pincet og med et par fine glas behovles, meget omhyggeligt opdele VNC connectives langs mellem A6 og A5 eller A5 og A4 ganglier (Figur 3). Cradle den Cerci og maven opad og ud af saltvand bad med forkortede insekt stifter og voks eller en kile af silicone elastomer, der kan skæres til at passe forberedelse (figur 4A og B). Vær ekstra forsigtig i den sidste abdominale segment ikke at beskadige Cercal nerver, der rager ind i ganglion (figur 2D og 5). </li></ol> 2. Ekstracellulært Recording <ol><li> Den dissekeret forberedelse, mikroskop, og optagelse apparatet, skal være setup inde i et Faradays bur til at blokere eksterne, især AC, elektriske felter, der kunne tilsidesætte signaler fra neuroner (figur 6). </li><li> Placer mikroskopet, således at den er over objektbordet. Når præparatet bringes på scenen, justere positionen af ​​den høje intensitet illuminator strålefor bedste visualisering af det. </li><li> Tilslut AC / DC differential forstærker til den integrerede dataregistrering enhed (detaljer om de specifikke hardware-og software-indstillinger har været beskrevet tidligere 25). Hovedet scenen holder en suge elektrode skal tilsluttes til forstærkeren. En sølv jordledning, der er blevet belagt med Cl - indsat i maven resulterer i mere stabile optagelser. Årsagen er, hvis opløsningen i kropskaviteten ikke er i kontakt med badning væske i skålen, væske forbundet med elektrode er jordforbundet. </li><li> Indstil frekvensen for optagelsen til 4 kHz. Indstille spændingen skala (y-akse) til 500 mV (dette kan justeres for at optimere visualisering af trace). Kør optagelse software i kontinuerlig eller oscilloskopet tilstand til at optage neurale aktivitet som reaktion på stimuli. </li><li> Skær en af ​​VNC connectives tæt på A5 og placere den afskårne ende fastgjort til A6 ind i en suge elektrode. Vær sikker på at pull saltvand ind i suge elektrode til at dække sølvtråd indeni det før sutter i nerve. </li><li> Med en tør pipette blæseluft på hårene placeret på hver cercus. Se om at stimulere hår på cercus ipsilateralt på den optagne bindevæv giver et andet svar end den kontralaterale én. Vær opmærksom på amplituden af ​​svarene, og antallet af pigge i et givet tidsinterval under stimulation. </li><li> Flyt suge elektrode til en Cercal nerve til optagelse. For at få en bedre pasform, skifte til en elektrode spids med en mindre åbning, hvis nødvendigt. </li><li> Skær Cercal nerve tæt på A6 og derefter suge op nerven fører til cercus. Der bør være spontan fyring af action potentialer. Nu blæse luft på cercus og notere svarene. </li></ol> 3. Elektrisk Stimulering følenerver til Bestem Rekruttering <ol><li> Skift optagelse software til at feje tilstand, så det registrerer spor (100-500 MSEc..) hver gang en stimulus udløses. </li><li> Slut stimulerende elektrode til produktionen af ​​stimulatoren. </li><li> Slut stimulator kabel med de to mini-hook kundeemner eller klip. </li><li> Tilslut BNC trigger output fra stimulator til trigger-indgangen på optageenhed. </li><li> Følgende stimulation parametre bør fremkalde en reaktion: Varighed: 0,3 sek Forsinkelse: 10 ms, Frekvens: 1 Hz Spænding: justere efter behov for at få et signal i optagelserne (lige over grænsen og være i stand til at opnå en maksimal respons). Der er ingen grund til at gå til spændinger meget højere end maksimal grænse for rekruttering som en høj spænding kan skade til nerven. </li><li> Skær Cercal nerve som distalt som muligt, så en lang nerve rod kan trækkes ind i den stimulerende suge elektrode (figur 7, pil hoved). Bindevæv mellem A6 og A5 eller andet segment mere anterior kan anvendes. </li><li> Indstil optagelsen suge elektrode, så du kan pull op et snit bindevæv ind i elektroden. Sørg for at trække nogle saltvand ind i sugeelektroder at dække sølvtråd indeni det før sutter på nerverne. Sørg for, at den stimulerende elektrode er også funderet i badet saltvand (i maven nær A3 er ideel). </li><li> Levere en række af enkelte stimuli for at øge spændingen, indtil en handling potentiale på skærmen. Man skal lave en plade af den minimale stimulerende spænding og varighed for at rekruttere et svar. Øge intensiteten, indtil en synaptisk respons i connectives overholdes. Den store spike (ekstracellulære ApS) fra de gigantiske axoner vises først, og derefter andre mindre AP kan også observeres. </li></ol>

<ol>
	<li>Full, R. J., Tu, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+a+rapid+running+insect:+two-,+four-+and+six-legged+locomotion.">Mechanics of a rapid running insect: two-, four- and six-legged locomotion.</a> J. Exp. Biol. 156, 215-231 (1991).</li><li>Ritzmann, R. E., Tobias, M. L., Fourtner, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flight+activity+initiated+via+giant+interneurons+of+the+cockroach:+Evidence+for+bifunctional+trigger+interneurons.">Flight activity initiated via giant interneurons of the cockroach: Evidence for bifunctional trigger interneurons.</a> Science. 210, 443-445 (1980).</li><li>Libersat, F., Camhi, J. M. <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+cercal+position+during+flight+in+the+cockroach:+a+mechanism+for+regulating+sensory+feedback.">Control of cercal position during flight in the cockroach: a mechanism for regulating sensory feedback.</a> J. Exp. Biol. 136, 483-488 (1988).</li><li>Ganihar, D., Libersat, F., Wendler, G., Cambi, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wind-evoked+evasive+responses+in+flying+cockroaches.">Wind-evoked evasive responses in flying cockroaches.</a> Journal of Comparative Physiology. A, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 175, 49-65 (1994).</li><li>Pipa, R. a. D., F, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The American Cockroach. , 175-216 (1981).</li><li>Westin, J., Langberg, J. J., Camhi, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responses+of+giant+interneurons+of+the+cockroach;+Periplaneta+americana+to+wind+puffs+of+different+directions+and+velocities.">Responses of giant interneurons of the cockroach; Periplaneta americana to wind puffs of different directions and velocities.</a> Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 121, 307-324 (1977).</li><li>Camhi, J. M., Tom, W., Volman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+escape+behavior+of+the+cockroach+Periplaneta+americana.">The escape behavior of the cockroach Periplaneta americana.</a> J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural Physiol. 128, 203-212 (1978).</li><li>Nicklaus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Die+Erregung+einzelner+Fadenhaare+von+Periplaneta+americana+in+Abh&#228;ngigkeit+von+der+Gr&#246;sse+und+Richtung+der+Auslenkung.">Die Erregung einzelner Fadenhaare von Periplaneta americana in Abh&#228;ngigkeit von der Gr&#246;sse und Richtung der Auslenkung.</a> Z. Vgl. Physiol. 50, 331-362 (1965).</li><li>Westin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responses+to+wind+recorded+from+the+cercal+nerve+of+the+cockroach+Periplaneta+americana.">Responses to wind recorded from the cercal nerve of the cockroach Periplaneta americana.</a> J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural Physiol. 133, 97-102 (1979).</li><li>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=.">.</a> Neural Mechanisms of Startle Behavior. , 93-131 (1984).</li><li>Ritzmann, R. E., Pollack, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+thoracic+interneurons+that+mediate+giant+interneuron-to-motor+pathways+in+the+cockroach.">Identification of thoracic interneurons that mediate giant interneuron-to-motor pathways in the cockroach.</a> J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural Physiol. 159, 639-654 (1986).</li><li>Plummer, M. R., Camhi, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discrimination+of+sensory+signals+from+noise+in+the+escape+system+of+the+cockroach+-+the+role+of+wind+acceleration.">Discrimination of sensory signals from noise in the escape system of the cockroach - the role of wind acceleration.</a> J. Comp. Physiol. 142, 347-357 (1981).</li><li>Bullock, T. 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> Neural Mechanisms of Startle Behavior. , 1-14 (1984).</li><li>Pollack, A. J., Ritzmann, R. E., Watson, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+pathways+for+tactile+sensory+information+to+thoracic+interneurons+in+the+cockroach.">Dual pathways for tactile sensory information to thoracic interneurons in the cockroach.</a> J. Neurobiol. 26, 33-46 (1995).</li><li>Atwood, H. L., Wiersma, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Command+interneurons+in+the+crayfish+central+nervous+system.">Command interneurons in the crayfish central nervous system.</a> J. Exp. Biol. 46, 249-261 (1967).</li><li>Olson, G. C., Krasne, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+crayfish+lateral+giants+as+command+neurons+for+escape+behavior.">The crayfish lateral giants as command neurons for escape behavior.</a> Brain Res. 214, 89-100 (1981).</li><li>Comer, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyzing+cockroach+escape+behavior+with+lesions+of+individual+giant+interneurons.">Analyzing cockroach escape behavior with lesions of individual giant interneurons.</a> Brain Res. 335, 342-346 (1985).</li><li>Comer, C. M., Dowd, J. P., Stubblefield, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Escape+responses+following+elimination+of+the+giant+interneuron+pathway+in+the+cockroach,+Periplaneta+americana.">Escape responses following elimination of the giant interneuron pathway in the cockroach, Periplaneta americana.</a> Brain Res. 445, 370-375 (1988).</li><li>Keegan, A. P., Comer, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+wind-elicited+escape+response+of+cockroaches+(Periplaneta+americana)+is+influenced+by+lesions+rostral+to+the+escape+circuit.">The wind-elicited escape response of cockroaches (Periplaneta americana) is influenced by lesions rostral to the escape circuit.</a> Brain Res. 620, 310-316 (1993).</li><li>Casagrand, J. L., 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=Biogenic+amines+modulate+synaptic+transmission+between+identified+giant+interneurons+and+thoracic+interneurons+in+the+escape+system+of+the+cockroach.">Biogenic amines modulate synaptic transmission between identified giant interneurons and thoracic interneurons in the escape system of the cockroach.</a> J. Neurobiol. 23, 644-655 (1992).</li><li>Roeder, K. D. <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+the+ascending+giant+fiber+system+in+the+cockroach,+Periplaneta+americana.">Organization of the ascending giant fiber system in the cockroach, Periplaneta americana.</a> J. Exp. Zool. 108, 243-261 (1948).</li><li>Ramos, R. L., Moiseff, A., Brumberg, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utility+and+versatility+of+extracellular+recordings+from+the+cockroach+for+neurophysiological+instruction+and+demonstration.">Utility and versatility of extracellular recordings from the cockroach for neurophysiological instruction and demonstration.</a> J. Undergrad. Neurosci. Educ. 5, (2007).</li><li>Oakley, B., Schafer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+neurobiology.">Experimental neurobiology.</a> , (1978).</li><li>Welsh, J. H., Smith, R. I., Kammer, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laboratory exercises in invertebrate physiology. , (1968).</li><li>Leksrisawat, B., Cooper, A. S., Gilberts, A. B., Cooper, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+receptor+organs+in+the+crayfish+abdomen:+a+student+laboratory+exercise+in+proprioception.">Muscle receptor organs in the crayfish abdomen: a student laboratory exercise in proprioception.</a> J. Vis. Exp. (45), e2323 (2010).</li><li>Bacon, J. P., Blagburn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ectopic+sensory+neurons+in+mutant+cockroaches+compete+with+normal+cells+for+central+targets.">Ectopic sensory neurons in mutant cockroaches compete with normal cells for central targets.</a> Development. 115, 773-784 (1992).</li><li>Blagburn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-factors+and+co-repressors+of+Engrailed:+expression+in+the+central+nervous+system+and+cerci+of+the+cockroach,+Periplaneta+americana.">Co-factors and co-repressors of Engrailed: expression in the central nervous system and cerci of the cockroach, Periplaneta americana.</a> Cell Tiss. Res. 327, 177-187 (2007).</li><li>Blagburn, J. M., Gibbon, C. R., Bacon, 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=Expression+of+engrailed+in+an+array+of+identified+sensory+neurons:+comparison+with+position,+axonal+arborization,+and+synaptic+connectivity.">Expression of engrailed in an array of identified sensory neurons: comparison with position, axonal arborization, and synaptic connectivity.</a> J. Neurobiol. 28, 493-505 (1995).</li><li>Booth, D., Marie, B., Domenici, P., Blagburn, J. M., Bacon, 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=Transcriptional+control+of+behavior:+engrailed+knock-out+changes+cockroach+escape+trajectories.">Transcriptional control of behavior: engrailed knock-out changes cockroach escape trajectories.</a> J. Neurosci. 29, 7181-7190 (2009).</li><li>Schrader, S., Horseman, G., Cokl, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+sensitivity+of+wind-sensitive+giant+interneurons+in+the+cave+cricket+Troglophilus+neglectus.">Directional sensitivity of wind-sensitive giant interneurons in the cave cricket Troglophilus neglectus.</a> J. Exp. Zool. 292, 73-81 (2002).</li><li>Libersat, F., Goldstein, R. S., Camhi, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonsynaptic+regulation+of+sensory+activity+during+movement+in+cockroaches.">Nonsynaptic regulation of sensory activity during movement in cockroaches.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 84, 8150-8154 (1987).</li><li>Stern, M., Ediger, V. L., Gibbon, C. R., Blagburn, J. M., Bacon, 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=Regeneration+of+cercal+filiform+hair+sensory+neurons+in+the+first-instar+cockroach+restores+escape+behavior.">Regeneration of cercal filiform hair sensory neurons in the first-instar cockroach restores escape behavior.</a> J. Neurobiol. 33, 439-458 (1997).</li><li>Blagburn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+specificity+in+the+first+instar+cockroach:+patterns+of+monosynaptic+input+from+filiform+hair+afferents+to+giant+interneurons.">Synaptic specificity in the first instar cockroach: patterns of monosynaptic input from filiform hair afferents to giant interneurons.</a> J. Comp. Physiol A. 166, 133-142 (1989).</li><li>Watanabe, H., Ai, H., Yokohari, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatio-temporal+activity+patterns+of+odor-induced+synchronized+potentials+revealed+by+voltage-sensitive+dye+imaging+and+intracellular+recording+in+the+antennal+lobe+of+the+cockroach.">Spatio-temporal activity patterns of odor-induced synchronized potentials revealed by voltage-sensitive dye imaging and intracellular recording in the antennal lobe of the cockroach.</a> Front. Sys. Neurosci. (6), 55 (2012).</li><li>Nishino, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+and+olfactory+input+segregation+in+the+mushroom+body+calyces+in+a+basal+neopteran,+the+American+cockroach.">Visual and olfactory input segregation in the mushroom body calyces in a basal neopteran, the American cockroach.</a> Arthropod Struct. Dev. 41, 3-16 (2012).</li><li>Elia, A. J., Gardner, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+effects+of+DDT+on+the+behavior+and+central+nervous+system+activity+in+Periplaneta+americana.">Long-term effects of DDT on the behavior and central nervous system activity in Periplaneta americana.</a> Pestic. Biochem. Physiol. 21, 326-335 (1984).</li></ol>

Forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikter.

En af grundene til at udstille teknikker til denne klassiske forberedelse er, at Cerci systemet har været og stadig er et aktivt område for forskning i håndteringen spørgsmål i udviklingen af neurale kredsløb samt spørgsmål vedrørende synaptisk reparation og regenerering 26-31. Enten metode til at fremkalde aktivitet i kakerlak ventrale nerve ledning kan bruges til at undersøge virkningerne af farmakologiske midler eller insekticider på nervesystemet funktion. Disse forsøg udføres ved blot at opløse neuroaktive kemikalier i saltvand. Efter udveksling af denne løsning med normal badning medium, kan ændringer i fremkaldte eller spontan aktivitet observeres, mens du optager fra connectives eller en motor nerve til at give en ensartet udlæsning af det kemiske effekt på CNS-funktionen. Som i alle neurofysiologiske eksperimenter en fælles problem er elektrisk støj. Formentlig den største faktor i signalkvalitet for disse forberedelser is suge elektrode forseglingen på nervevæv. En tæt forsegling, der ikke helt trække i Cercal nerve eller bindevæv er ideel. Optagelser kan også gøres med dobbelt krog elektroder placeret under nerve ledning og isolerende VNC med en blanding af mineralsk olie og vaseline. Blandingen kan indlæses i en sprøjte og udvist omkring nerve ledning 32.. Også en omhyggelig dissektion er så kritisk her som i enhver forberedelse CNS. Nogle vil måske finde det lettere at få adgang til CNS ved at dissekere den dorsale neglebånd. Selv om dette reducerer muligheden for at skade den ventrale nerve ledningen kan det være mere vanskeligt at fjerne alle indvoldene ved hjælp af denne fremgangsmåde. Det er ikke beskrevet her, men dette præparat er modtagelig for intracellulær optagelse i de gigantiske interneuroner 32,33. Hele nerve ledning kan også fjernes for at imødekomme flere optagelse og stimulerende elektroder samtidigt. Faktisk udforskning af antennal lap, champignon body og andre forreste CNS strukturer er stadig i gang 34-35. Mens kakerlak CNS fortsætter med at kaste lys over moderne neurobiologisk forskning netop denne forberedelse er simpel nok til at blive brugt i bachelor akademiske laboratorier.

Der er mere end 4.000 kakerlak arter, men kun omkring 30 er velkendte skadedyr. Måske den mest anerkendte er den misvisende amerikansk kakerlak Periplaneta americana, som opstod i Afrika, og der er nu fundet næsten overalt på kloden. Ud over sin hurtige hastighed 1 og undvigende adfærd, i troperne P. americana er i stand til flyvning 2,3. De dominerende egenskaber kakerlak centralnervesystemet (CNS) er dens segmenterede natur og decentralisering af kontrolprocesser 4,5. Hjernen, thorax og abdominal ganglier er sammenføjet ved parrede interganglionic connectives at danne den ventrale nerve ledning (VNC). Ganglier på hvert segment er ved at integrere centre. De er sammensat af en ydre kortikale region indeholdende celler, der er ansvarlige for blod-hjerne permeabilitetsbarriere lige under dem, og somata af neuroner oprinoprindelse i at ganglion. Disse somata kan tilhøre interneuroner, modulatoriske neuroner eller motoriske neuroner. De leverer axoner, der forbliver inden for ganglion oprindelsesbetegnelse (lokal interneuron) eller axoner som projekt mellem ganglier i CNS (interganglionic interneuroner), eller som udløber den perifere muskelceller (motoriske neuroner). De fleste somata er placeret ventralt eller ventrolaterally i ganglie cortex 5. De parret, interganglionic connectives kun indeholder axoner og ingen nervecellelegemer. Neuropil af ganglion indeholder gliaceller (neuroglia), Axon skrifter, bundter af axoner og dendritter (neuritter) af neuroner. Neuropil er blottet for nervecellelegemer. Dette er den region i ganglion, hvor direkte synaptiske kommunikation mellem nerveceller og integration af input forekomme. Evnen af den amerikanske kakerlak P. americana at opdage og pludselig reagere på en nærmer rovdyr (fod, Hand, osv.) er blevet tilskrevet en refleks kredsløb, der består af Cerci og gigantiske fiber-system 6,7. Den Cerci er et par hornlignende, vind-følsomme strukturer placeret på enden af maven (figur 1). I P. americana den ventrale overflade af hver cercus indeholder omkring 200 filiform (gevind) hår, der er organiseret i 14 kolonner. Ni af disse kolonner konsekvent kan identificeres i forskellige dyr i henhold til svar egenskaber af den tilhørende receptor celle og Axon. Hvert hår er i en sokkel, der gør det muligt at bøje lettest i et plan, der er kolonne specifik. Bevægelse af hår i én retning langs dens plan inducerer en depolarisering i receptoren celle og en byge af virkningspotentialer (APS) i sensorisk neuron. Bevægelse i den modsatte retning hæmmer eventuelle igangværende spontane APs 8. Den foretrukne plan nedbøjning og retningen af ​​svaret er forskellig i hver kolonne. Således filiform hair-receptor komplekser er ikke kun ansvarlig for at detektere bevægelse af luft, men også for &quot;kodning&quot;, i form af APs, den retning, hvorfra luftstrømmen stammer fra. Behandling af disse oplysninger CNS resulterer i en »passende« flugt reaktion 6,7. Denne funktionelle, søjleformede specificiteten af ​​de sensoriske hår er bevaret fra dyr til dyr. Receptoren celle i hver filiform hår er ansvarlig for at transducere den mekaniske afbøjning af hår i en neural begivenhed (hvilket resulterer i en byge eller hæmning af ApS i receptoren cellens axon 9.. APS rejse til terminalen abdominal ganglion (A6) via Cercal nerve XI, hvor de synapse med kæmpe axoner fra den ventrale nerve ledning (VNC). er De gigantiske axoner menes at være ansvarlig for transmission og efterfølgende excitation af motoriske neuroner, der resulterer i en flugt adfærd 6,10,11. De adfærdsmæssige latenstid of flugtrespons af P. americana er en af de korteste af dyr 7 nogen. Behavioral latenstid er tiden mellem ankomsten af ​​en stimulus på et mechanoreceptor og indledningen af ​​en flugt reaktion. I forsøg med høj hastighed cinematografi til at registrere den forsøgte at flygte fra en angribende tudse blev kakerlak observeret at begynde sin tur væk fra tudse i omkring 40 ms (tid fra begyndelsen af tungen udvidelse til Kakerlak bevægelse 7,12. Hjælp af kontrolleret vind pust , kunne de adfærdsmæssige latency reduceres til 11 msek. Andre forsøg viste, at et minimum vind pust hastighed på 12 mm / ms (med en acceleration på 600 mm / msec 2) kan fremkalde en flugt reaktion, mens endnu lavere hastigheder (3 mm / sek) forårsaget langsomt walking kakerlakker at stoppe bevæger sig 12. Den stærke sammenhæng, der typisk eksisterer mellem gigantiske fiber-systemer og flugt adfærd er veldokumenteret 13,14. I instkvoter, hvor en bestemt celle er nødvendig og tilstrækkelig til at fremkalde en bestemt adfærd cellen er nævnt som en kommando neuron 15,16. Giant interneuroner (GIS) i vinden flugt kredsløb af P. americana er ikke nødvendigt for refleks. Dyr, der er eksperimentelt ablated GIS stadig udviser escape adfærd derfor disse soldater ikke betragtes kommando neuroner 17,18. Overskæring livmoderhalskræft connectives der er rostral til sensomotoriske kredsløb har også indflydelse på adfærd, hvilket indikerer, at faldende input fra hjernen har en effekt på flugtretningen 19. Disse aspekter af fin kontrol og redundans er altafgørende for organismens overlevelse og suppleres af neurokemiske modulation via biogene aminer 20. P. americana nerve ledning forberedelse har været en elegant model for neuroethologists løbet af de sidste mange årtier, begyndende med det pionerarbejde Roeder &lt;sup&gt; 21.. Den tillader de studerende at optage, vise og analysere den primære sensoriske aktivitet og de ​​resulterende reaktioner af gigantiske interneuroner til deres input 22,23,24. Ud over at formidle den idé, at identificerbare neurale kredsløb til grund adfærdsmæssige reaktioner på miljøet, bør disse øvelser indgyde en forståelse for de biologiske bidrag fra denne fælles husstand skadedyr.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>182 silicone kit</td>
			<td>182 silicone elastomer kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C5670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2PO4&#8226;2H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>71505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2HPO4&#8226;7H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9390</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>221465</td>
			<td>To adjust pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H1758</td>
			<td>To adjust pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Material Name</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting tools</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>assortment</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insect Pins</td>
			<td>Fine Science Tools, Inc</td>
			<td>26001-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting microscope</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>PZMIII-BS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass electrodes</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>CLS7095B5X</td>
			<td>Box of 200, suction electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micromanipulator</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>MD4-M3-R</td>
			<td>Can fix for base or on a metal rod</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire (10/1,000 inch)</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>782500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td>any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AC/DC differential amplifier</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>Model 3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerLab 26T</td>
			<td>AD Instruments</td>
			<td>27T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Head stage</td>
			<td>AD Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Comes with AC/DC amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabChart7</td>
			<td>AD Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical leads</td>
			<td>any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass tools</td>
			<td>make yourself</td>
			<td></td>
			<td>For manipulating nerves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cable and connectors</td>
			<td>any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipettes with bulbs</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-711-7</td>
			<td>Box of 500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beakers</td>
			<td>any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wax or modeling clay</td>
			<td>any company or local stores</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulator</td>
			<td>Grass Instruments</td>
			<td>SD9 or S88</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tip for suction electrode</td>
			<td>local hardware store (Watt&#39;s brand)</td>
			<td>&#188; inch OD x 0.170 inch ID</td>
			<td>Cut in small pieces. Pull out over a flame and cut back the tip to the correct size.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

neural circuit recording from an intact cockroach nervous system

Den kakerlak ventrale nerve ledning forberedelse er et medgørligt system for neuroethology eksperimenter, neurale netværk modellering og teste de fysiologiske effekter af insekticider. Denne artikel beskriver omfanget af kakerlak sensoriske modaliteter, der kan bruges til at analysere, hvordan et insekt nervesystem reagerer på miljømæssige forstyrrelser. Vægten her er på flugt adfærd medieret af Cerci til gigant fiber transmission i Periplaneta americana. Dette in situ forberedelse kræver kun moderat dissekere dygtighed og elektrofysiologiske ekspertise til at generere reproducerbare optagelser af neuronal aktivitet. Peptider eller andre kemiske stoffer kan derefter anvendes direkte til nervesystemet i opløsning med fysiologisk saltopløsning. Insekticider kan også administreres før dissektion og flugt kredsløb kan fungere som en proxy for overgearet tilstand af det centrale nervesystem. I denne sammenhæng de heri beskrevne assays ville også være nyttigt at researchers interesseret i lemmer regenerering og udviklingen af nervesystemet udvikling som P. americana er en etableret model organisme.

Stimulering af hår på Cerci med et pust af luft forårsager udledning af primære sensoriske neuroner, der kan optages ved hjælp af ekstracellulære sugeelektroder knyttet enten til connectives mellem abdominal ganglier eller Cercal nerve selv (figur 8). Spike amplituder optaget fra de to regioner er på rækkefølgen af ​​flere mikro-volt til millivolt. På grund af sanseintegration i ganglion antallet af pigge observeret i den sammensatte handling potentiale eller som individuelle pigge optaget fra Cercal nerve er bemærkelsesværdigt højere end observeret i optagelser fra connectives. Men også bemærke, at der er væsentlig mindre støj i optagelsen på bindevæv på grund af den tættere lukning mellem elektroden og nervevævet. Ved puster luft på Cerci store pigge kan observeres i connectives (figur 8A). Ved hjælp af denne stimulerende metode optagelser mellem A3 og A4 typisk<html> ly viser en stor spike karakteristisk for den gigantiske interneuron (r). Optagelse fra en Cercal nerve mens fysisk gnide Cerci med en pincet produceret en stærk buste af aktivitet (figur 8B 1). I en anden optagelse, 2 pust af luft hver produceret en hurtig sprænge reaktion i Cercal nerve (Figur 8B 2). Når elektrisk stimulere Cercal nerve med en suge elektrode og optagelse i bindevæv mellem A3 og A4, kan man iagttage en tærskel i stimulation til fremkaldte reaktioner (figur 8C 1). Den elektriske stimulation af Cercal nerve klart fremkalder en reaktion i connectives som kan kvantificeres for manipulerende undersøgelser med farmakologiske midler eller det lokale miljø omgiver, såsom temperatur (figur 8C 2). <html> fig1.jpg &quot;/&gt; Figur 1.. Periplaneta americana med intakt Cerci. <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig2.jpg" /> Figur 2. Ventrale visning af kakerlak nerve ledning som set med den ventrale kutikula fjernet (A). Et forstørret billede af segmentet skitseret af pilene ses i (B). I (C) de connectives blev spildt mellem A4 og A3 med et glas sonde. Det 6. abdominal ganglion er vist i (D) med de to Cercal nerver forlader den kaudale ende. <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig3.jpg" /> Figur 3.. Skematisk ventrale visning af kakerlak nerve ledning. ys &quot;&gt; <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig4.jpg" /> Figur 4.. Den Cerci er placeret opad og ud af saltvand bad. De åbnede maven kan blive oversvømmet med saltvand (A) med den kaudale ende af skaller blive forhøjet med en lille kilet formet stykke af silikone elastomer for at holde Cerci ud af badet (B). <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig5.jpg" /> Figur 5.. Det 6. abdominal ganglion med Cercal nerve (skitseret af pilene). <img alt="Figur 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig6.jpg" /> Figur 6.. Udstyret oprettet. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50584/50584fig6large.jpg" target="_blank">Klik her for at se LAR</a>ger figur. <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig7.jpg" /> Figur 7.. Stimulerende og optagelse elektrode sat op. <img alt="Figur 8" fo:content-width="5.75in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig8.jpg" /> Figur 8.. Neurale optagelser af connectives og Cercal nerve med forskellige stimuleringsprocedurer. Optagelse med en suge elektrode fra connectives mellem A3 og A4, mens puster luft på Cerci (A). Optagelse fra den primære Cercal neuroner med en suge elektrode, mens enten fysisk gnide (B 1), eller at give luft pust (B 2) resulterer i hurtige byger af aktivitet i Cercal nerve. Elektrisk stimulere Cercal nerve producerer reaktioner i connectives ( <strong&gt; C 1). Bemærk den gradvise stigning i den stimulerende intensitet (pilene angiver amplituden af ​​det stimulerende artefakt), og intensiteten af ​​de følgende fremkaldte responser. Den elektriske stimulation af Cercal nerve giver en relativt mere kontrollerede middel til at stimulere den Cercal nerve for konsistens i stimulation til kvantificering svarene (C 2).

Watch this Scientific Journal Video about Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System at JoVE.com

Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System

Denne artikel beskriver kakerlak ventrale nerve ledning dissektion og ekstracellulære optagelser fra Cercal nerve og connectives. Fremkaldte reaktioner dannes ved elektrisk stimulation af Cercal nerve eller direkte mekanisk stimulering af Cerci.

Neural Circuit Optagelse fra en intakt Kakerlak Nervous System

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Revealing Neural Circuit Topography in Multi-Color

Afslørende Neural kredsløbs topografi i Multi-Color

Neural circuits are organized into functional topographic maps. In order to visualize complex circuit architecture we developed an approach to reliably ...

Preparation of an Awake Mouse for Recording Neural Responses and Injecting Tracers

Udarbejdelse af en vågen Mouse til optagelse Neurale svarene og Injektion Lysspor

It is well known that anesthesia alters neural response properties in various regions of the brain.13.  In the auditory system, fundamental response ...

Production of Lentiviral Vectors for Transducing Cells from the Central Nervous System

Produktion af lentivirusvektorer til transduktion af celler fra det centrale nervesystem

Efficient gene delivery in the central nervous system (CNS) is important in studying gene functions, modeling neurological diseases and developing ...

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

En skade Paradigm at undersøge centrale nervesystem reparation i<em&gt; Drosophila</em

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. ...

Recording Electrical Activity from Identified Neurons in the Intact Brain of Transgenic Fish

Optagelse elektrisk aktivitet fra Identificerede Neuroner i ubeskadiget Brain af transgene fisk

Understanding the cell physiology of neural circuits that regulate complex behaviors is greatly enhanced by using model systems in which this work can be ...

A Computer-assisted Multi-electrode Patch-clamp System

En computer-assisteret Multi-elektrode Patch-clamp System

The patch-clamp technique is today the most  well-established method for recording electrical activity from individual  neurons or their subcellular ...

Electrophysiological Recording in the Brain of Intact Adult Zebrafish

Elektrofysiologiske optagelse i hjernen af ​​intakte Voksen Zebrafisk

Previously, electrophysiological studies in adult zebrafish have been limited to slice preparations or to eye cup preparations and electrorentinogram ...

Anatomically Inspired Three-dimensional Micro-tissue Engineered Neural Networks for Nervous System Reconstruction, Modulation, and Modeling

Anatomisk inspirerede tredimensionale mikrovæv-konstruerede neurale netværk til nervesystem rekonstruktion, modulering og modellering

Functional recovery rarely occurs&#160;following injury or disease-induced degeneration within the central nervous system (CNS)&#160;due to the inhibitory ...

Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats

Konstruktion af en forbedret multi triode Hyperdrive for storstilet neurale optagelse i opfører sig rotter

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems ...

Electrophysiological Recording of The Central Nervous System Activity of Third-Instar Drosophila Melanogaster

Electrophysiological Recording of The Central Nervous System Activity of Third-Instar  Drosophila Melanogaster

Elektrofysiologiske optagelse af centralnervesystemet aktivitet af tredje-Instar Drosophila Melanogaster

The majority of the currently available insecticides target the nervous system and genetic mutations of invertebrate neural proteins oftentimes yield ...