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

Wij danken Hyewon Cooper voor illustraties.

1. Ontleding Kakkerlak zoutoplossing gebruikt in dit protocol de volgende samenstelling: Cockroach zoutoplossing 36: (g voor 100 ml) 210 mM NaCl (1,227 g) 2.9 mM KCl (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. Stel de pH met 1 M NaOH of 1 M HCl). <ol><li> Selecteer een mannelijke kakkerlak uit de vuilwatertank die robuuste cerci (figuur 1) heeft. De laatste segmenten van de mannelijke zijn smal in vergelijking met de vrouwelijke, en die geen eierstokken en ei massa, mannen zijn makkelijker te ontleden. De mannetjes van P. americana hebben een paar korte styli tussen de cerci. Deze styli zijn niet waargenomen in de vrouwtjes. </li><li> Knip de vleugels, benen en hoofd en speld het lichaam, ventrale zijde naar boven, naar een dish bekleed met siliconen elastomeer. </li><li> Met een tang halen de ventrale platen en snijd ze af met fijne schaar, te beginnen bij het achterste einde en naar voren werken. Houden de interne organen altijd vochtig met een zoutoplossing terwijl het proberen om de cerci droog te houden. Men kan was of stukjes rubber om de buik boven positioneren te voorkomen dat de zoutoplossing bevochtigen de cerci. Als ze nat, droog ze met een stuk vloeipapier. Schuif aan de kant van de inwendige organen en de witte stof (vet lichaam). De VNC is in het midden van het veld, loopt de lengte van de buik en zichtbaar tussen de glanzende trachea moet zijn. De zenuwkoord is doorschijnend en aanvankelijk moeilijk te zien totdat de verlichting goed is ingesteld (Figuur 2). Niet behandelen de VNC met een tang of insect pinnen, in plaats daarvan te manipuleren met behulp van glas sondes. </li><li> Opruimen luchtpijp van het dier zo goed mogelijk uit de zenuw snoer met een tang en met een paar fijne glas behoefteles, zeer zorgvuldig splitsing van de VNC connectieven lengterichting tussen A6 en A5 of A5 en A4 ganglia (figuur 3). Cradle de cerci en buik naar boven uit het zoutbad met verkorte insect pinnen en was of een wig van de siliconen elastomeer dat kan worden gesneden om de voorbereiding (figuren 4A en B) passen. Wees extra voorzichtig in de laatste abdominale segment de Cercal zenuwen die projecteren in de ganglion niet te beschadigen (figuren 2D en 5). </li></ol> 2. Extracellulaire <ol><li> De bereiding ontleed, microscoop en optekeninrichting moet worden ingesteld binnen een Faraday kooi externe bijzonder AC elektrische velden die signalen kunnen overschrijven van neuronen (figuur 6) te blokkeren. </li><li> Plaats de microscoop zodat het uitzicht op de microscoop podium. Als de voorbereiding op het podium is geplaatst, stelt u de positie van de hoge intensiteit verlichter beamvoor optimale weergave ervan. </li><li> Sluit de AC / DC-verschilversterker aan de geïntegreerde gegevensregistratie eenheid (details over de specifieke hardware-en software-instellingen zijn eerder beschreven 25). Het hoofd podium met een zuig-elektrode moet worden aangesloten op de versterker. Een zilveren aarddraad die is bekleed met Cl - ingebracht in de buik leidt tot stabielere opnamen. De reden is als de oplossing in de lichaamsholte niet in contact met de baden vloeistof in de schotel, de vloeistof in verband met de registratie-elektrode blijft geaard. </li><li> Stel de opname frequentie tot 4 kHz. Stel de spanningsschaal (y-as) 500 mV (dit kan worden aangepast aan visualisatie van het trace optimaliseren). Voer de opname software in continue of oscilloscoop modus om neurale activiteit op te nemen in reactie op prikkels. </li><li> Snijd een van de VNC connectieven dicht bij A5 en plaats het afgesneden uiteinde bevestigd aan A6 in een zuig-elektrode. Zorg ervoor dat pull zoutoplossing in de zuig-elektrode naar de zilveren draad in het te bedekken voordat zuigen in de zenuw. </li><li> Met een droge pipet klap lucht op de haren die zich op elke cercus. Kijk of het stimuleren van de haren op de cercus ipsilaterale om de opgenomen bindweefsel geeft een ander antwoord dan de contralaterale een. Kennis te nemen van de amplitude van de reacties en het aantal pieken in een bepaald tijdsinterval tijdens de stimulatie. </li><li> Verplaats de afzuigelektrode een Cercal zenuw voor opname. Om een ​​betere pasvorm, schakelaar op een elektrode tip krijgen met een kleinere opening indien nodig. </li><li> Snijd de Cercal zenuw dicht bij de A6 en dan zuigen de zenuw leidt tot de cercus. Er moet spontaan vuren van actiepotentialen zijn. Nu, blazen lucht op de cercus en noteer de antwoorden. </li></ol> 3. Het elektrisch stimuleren van de sensorische zenuwen naar Recruitment bepalen <ol><li> Wijzig de opnamesoftware voor mode vegen zodat het registreert sporen (100-500 MSEc.) telkens wanneer een stimulus wordt geactiveerd. </li><li> Sluit de stimulerende elektrode naar de uitgang van de stimulator. </li><li> Sluit de stimulator kabel met de twee mini-haak leads of clips. </li><li> Sluit de BNC trigger uitgang van de stimulator met de trigger ingang van de gebruikte opnameapparatuur. </li><li> 10 msec; Frequentie::;: Duur: Vertraging 0,3 sec de volgende stimulatie parameters zou een reactie op te roepen 1 Hz; Voltage: als nodig is om een ​​signaal te verkrijgen in de opnames aan te passen (iets meer dan drempel en de mogelijkheid om een ​​maximale respons te verkrijgen). Er is geen reden om spanningen veel groter dan de maximale drempel voor recrutering als hoogspanning kan schadelijk zijn voor de zenuw. </li><li> Snijd de Cercal zenuw zo distale mogelijk, zodat een lange zenuwwortel kan worden getrokken in het stimuleren van zuig-elektrode (figuur 7, pijlpunt). Het bindweefsel tussen A6 en A5 of ander segment meer anterieure worden gebruikt. </li><li> Stel de opname afzuigelektrode zodat u pull een gesneden bindweefsel in de elektrode. Vergeet niet om de zoutoplossing te trekken in de zuig-elektroden om de zilveren draad in het te bedekken voordat zuigen in de zenuwen. Zorg ervoor dat de stimulerende elektrode is tevens gestoeld op het bad zoutoplossing (in de buik in de buurt van A3 is ideaal). </li><li> Lever een reeks van enkele stimuli van toenemende spanning tot een actiepotentiaal op het scherm verschijnt. Men moet een verslag van de minimale stimulerende spanning en duur maken om een ​​reactie te werven. Verhoog de intensiteit tot een synaptische respons in de connectieven wordt waargenomen. De grote piek (extracellulaire AP&#39;s) uit de gigantische axonen verschijnt eerst, en dan andere kleinere AP&#39;s kan ook worden waargenomen. </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>

De auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten.

Een van de redenen voor het tentoonstellen van technieken voor deze klassieke bereiding is dat de cerci systeem is geweest en nog is een actief gebied van onderzoek bij het ​​aanpakken van vraagstukken van de ontwikkeling van de neurale circuits evenals vragen over synaptische herstel en regeneratie 26-31. Beide methoden te roepen activiteit in de kakkerlak buikzenuwkoord kan worden gebruikt om de effecten van farmacologische middelen of insecticiden zenuwstelselfunctie onderzoeken. Deze experimenten worden uitgevoerd door eenvoudig oplossen neuroactieve stoffen in zoutoplossing. Na het uitwisselen van deze oplossing met de normale baden medium, kunnen veranderingen in opgewekte of spontane activiteit in acht worden genomen tijdens het opnemen van connectieven of een motorische zenuw om een ​​consistente uitlezing van het effect van de chemische stof op CNS functie geven. Zoals in alle neurofysiologische experimenten een veel voorkomend probleem is elektrische ruis. Waarschijnlijk de grootste factor in de kwaliteit van het signaal voor deze voorbereidingen is de zuig-elektrode zegel op het zenuwweefsel. Een goede afdichting die niet geheel trekken in de Cercal zenuw of bindweefsel is ideaal. Opnames kunnen ook worden gemaakt met een dubbele haak elektroden onder de zenuw snoer en het isoleren van de VNC met een mengsel van minerale olie en vaseline geplaatst. Het mengsel kan in een injectiespuit worden geladen en uitgezet rond de zenuw snoer 32. Ook een zorgvuldige dissectie is hier zo kritisch als bij een ander CZS voorbereiding. Sommigen vinden het gemakkelijker om toegang te krijgen tot het CZS door het ontleden van de dorsale cuticula. Hoewel dit vermindert de kans op beschadiging van de buikzenuwkoord kan moeilijker zijn om alle ingewanden verwijderd met behulp van deze benadering. Het is hier niet beschreven, maar dit preparaat vatbaar is voor intracellulaire opname in de reus interneuronen 32,33. De gehele zenuwkoord kan worden verwijderd om verschillende opname en stimulerende elektroden te huisvesten. In feite is de exploratie van de antennal kwab, champignon body, en andere voorste CNS structuren is nog in volle gang 34-35. Terwijl de kakkerlak CNS blijft om licht te werpen op de moderne neurobiologisch onderzoek dit bijzondere voorbereiding is eenvoudig genoeg om gebruikt te worden in undergraduate academische laboratoria.

Er zijn meer dan 4.000 kakkerlak soorten maar slechts ongeveer 30 zijn bekende ongedierte. Misschien wel de meest bekende is de verkeerde naam Amerikaanse kakkerlak Periplaneta americana die is ontstaan ​​in Afrika, en is nu bijna overal op de planeet gevonden. Naast de snelle loopsnelheid 1 en ontwijkend gedrag in de tropen P. americana in staat is de vlucht 2,3. De overheersende kenmerken van de kakkerlak centrale zenuwstelsel (CNS) zijn de segmentering en decentralisatie van de controle processen 4,5. De hersenen, borstkas en buik ganglia zijn met elkaar verbonden door gepaarde interganglionic connectieven aan de buikzenuwkoord (VNC) te vormen. De ganglia bij elk segment zijn het integreren. Ze zijn samengesteld uit een buitenste corticale gebied dat die verantwoordelijk zijn voor de bloed-hersen barrière permeabiliteit net onder stellen en de somata van neuronen oorsprongsprong uit dat ganglion. Deze somata kunnen behoren tot interneuronen, modulerende neuronen, of motorische neuronen. Zij leveren axonen dat binnen het ganglion van herkomst (lokale interneuron) blijven, of axonen die projecteren tussen de ganglia van de CNS (interganglionic interneuronen) of die eindigen op perifere spiercellen (motor neuronen). De meeste somata worden ventraal of ventrolaterally gepositioneerd in het ganglion cortex 5. De gepaarde, interganglionic connectieven bevatten slechts axonen en geen neuronale cellichamen. De neuropil van een ganglion bevat gliacellen (neuroglia), axon traktaten, bundels van axonen en dendrieten (neurites) van neuronen. De neuropil is verstoken van neuronale cellichamen. Dit is het gebied binnen de ganglion waar directe synaptische communicatie tussen zenuwcellen en de integratie van inputs optreden. Het vermogen van de Amerikaanse kakkerlak P. americana te sporen en plotseling reageren op een naderende predator (voet, hand, enz.) is toegewezen aan een reflex circuit dat bestaat uit de cerci en gigantische vezelsysteem 6,7. De cerci zijn een paar hoornachtige, wind-gevoelige structuren op het uiteinde van de buik (figuur 1). In P. americana het ventrale oppervlak van elke cercus bevat ongeveer 200 filiform (draad) haren die zijn geordend in 14 kolommen. Negen van deze kolommen consistent te zijn in verschillende dieren volgens het responseigenschappen van de bijbehorende receptor cel en axon. Elke haar in een socket die het mogelijk maakt om het gemakkelijkst buigen in een vlak dat specifieke kolom. Beweging van het haar in een richting langs zijn vliegtuig veroorzaakt een depolarisatie in de receptor cel en een uitbarsting van actiepotentialen (AP&#39;s) in de sensorische neuron. Beweging in de tegenovergestelde richting remt eventuele lopende spontane AP 8. De voorkeur vlak van vervorming en gerichtheid van de reactie verschilt in elke kolom. Aldus de filiform hair-receptorcomplexen niet alleen verantwoordelijk voor het detecteren van de beweging van lucht, maar ook &quot;codering&quot;, in de vorm van AP, de richting van waaruit de luchtstroom ontstaan. Verwerking van deze informatie door de CNS resulteert in een &#39;passende&#39; escape response 6,7. Deze functionele, zuilvormige specificiteit van de sensorische haren is bewaard gebleven van dier tot dier. De receptor cel van elk filoremische haar is verantwoordelijk voor transducing de mechanische uitslag van het haar in een neuraal evenement (resulterend in een uitbarsting of inhibitie van AP&#39;s in de receptor cel axon 9. De AP&#39;s reizen naar de terminal buik ganglion (A6) via Cercal zenuw XI, waar ze synaps met gigantische axonen van de buikzenuwkoord (VNC). worden De reus axonen vermoedelijk verantwoordelijk voor de transmissie en de daaropvolgende excitatie van de motorische neuronen die resulteert in een ontsnapping gedrag 6,10,11 te zijn. De gedrags-latency of de ontsnapping reactie van P. americana is een van de kortste van dieren van alle 7. Behavioral latency is de tijd tussen de aankomst van een stimulus op een mechanoreceptor en de inleiding van een ontsnapping respons. In experimenten met hoge snelheid cinematografie aan de ontsnappingspoging van een aanvallende pad te nemen, werd de kakkerlak waargenomen om te beginnen zijn beurt weg van het pad in ongeveer 40 msec (tijd van het begin van de tong uitbreiding om beweging 7,12 kakkerlak. Behulp van gecontroleerde wind pufjes , de gedrags-latentie zou kunnen worden verminderd tot 11 msec. Andere experimenten bleek dat een minimale wind trekje snelheid van 12 mm / msec (met een versnelling van 600 mm / msec 2) een ontsnapping reactie kan oproepen, terwijl nog lagere snelheden (3 mm / sec) veroorzaakt langzaam lopen kakkerlakken te stoppen met bewegen 12. De sterke correlatie die meestal bestaat tussen reus vezel systemen en vluchtgedrag is goed gedocumenteerd 13,14. In insttoelagen waar een bepaalde cel is noodzakelijk en voldoende om een bepaald gedrag op te roepen de cel wordt aangeduid als een commando neuron 15,16. Giant interneuronen (GIS) in de wind ontsnapping circuit van P. americana zijn niet nodig voor de reflex. Dieren die experimenteel zijn weggenomen GI&#39;s nog steeds vertonen vluchtgedrag dus deze GI&#39;s worden niet als commando neuronen 17,18. Severing cervicale connectieven dat rostraal van de sensomotorische circuit zijn ook van invloed op het gedrag, wat aangeeft dat aflopende input van de hersenen heeft een effect op de vluchtrichting 19. Deze aspecten van fijne controle en redundantie zijn van cruciaal belang voor de overleving van het organisme en worden aangevuld door neurochemische modulatie via biogene aminen 20. De P. americana zenuwkoord preparaat is een elegant model voor neuroethologists in de afgelopen tientallen jaren te beginnen met het baanbrekende werk van Roeder &lt;sup&gt; 21. Het laat leerlingen opnemen, weergeven en analyseren primaire activiteit van de zintuigen en de resulterende reactie door reusachtige interneuronen om hun inbreng 22,23,24. Naast het overbrengen van de idee dat identificeerbare neurale circuits ten grondslag liggen gedragsreacties op het milieu, moeten deze oefeningen een waardering voor de biologische bijdragen van deze gemeenschappelijke huishouding plaag inboezemen.

<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

De kakkerlak buikzenuwkoord voorbereiding is een handelbaar systeem voor neuroethology experimenten, neuraal netwerk modelleren en testen van de fysiologische effecten van insecticiden. Dit artikel beschrijft het toepassingsgebied van kakkerlak sensorische modaliteiten die kunnen worden gebruikt om te testen hoe een insect zenuwstelsel aan milieu verstoringen. Nadruk ligt hier op het vluchtgedrag gemedieerd door cerci tot reusachtige vezeltransmissie in Periplaneta americana. Deze in situ voorbereiding vergt slechts matig ontleden vaardigheid en elektrofysiologische expertise om reproduceerbare opnames van neuronale activiteit genereren. Peptiden of andere chemische stoffen kunnen dan direct op het zenuwstelsel in oplossing met fysiologische zoutoplossing. Insecticiden kunnen ook worden toegediend voorafgaand aan dissectie en de ontsnapping circuit kan dienen als een proxy voor de opgewonden toestand van het centrale zenuwstelsel. In dit verband is de hierin beschreven assays zou ook nuttig tot zijn researchers geïnteresseerd in de ledematen regeneratie en de evolutie van de ontwikkeling van het zenuwstelsel, waarvoor P. americana is een gevestigde modelorganisme.

Stimulatie van haren op de cerci door een zuchtje lucht zorgt voor lozingen van primaire sensorische neuronen die kunnen worden opgenomen met extracellulaire zuigkracht elektroden ofwel connectieven tussen abdominale ganglia of de Cercal zenuw zelf (Figuur 8). Spike amplitudes opgenomen van de twee regio&#39;s zijn op de orde van enkele micro-volt tot millivolt. Omwille van sensorische integratie in het ganglion het aantal pieken waargenomen in de samengestelde actiepotentiaal of als individuele pieken geregistreerd vanaf de Cercal zenuw is opmerkelijk groter dan waargenomen in opnamen van de connectieven. Maar ook vast dat er aanzienlijk minder ruis in de opname op de verbindende vanwege de strakkere afdichting tussen de elektrode en het zenuwweefsel. Door puffen lucht op het cerci grote pieken kunnen worden waargenomen in de connectieven (Figuur 8A). Met behulp van deze stimulerende methode, opnames tussen A3 en A4 typische<html> ly vertonen een grote piek kenmerk van de reus interneuron (s). Opnemen van een Cercal zenuw hoewel fysiek wrijven de cerci met een tang produceerde een sterke buste van activiteit (Figuur 8B 1). In een andere opname, 2 pufjes van lucht elk produceerde een snelle busting reactie in de Cercal zenuw (Figuur 8B 2). Wanneer het elektrisch stimuleren van de Cercal zenuw met een zuig-elektrode en opname in het bindweefsel tussen A3 en A4, kan men een drempelwaarde observeren in de stimulatie opgewekte responsen (Figuur 8C 1). De elektrische stimulatie van de zenuw Cercal lokt duidelijk een reactie in connectieven die kunnen worden gekwantificeerd voor manipulatieve studies met farmacologische middelen of de plaatselijke milieuomstandigheden omringt, zoals de temperatuur (Figuur 8C 2). <html> fig1.jpg &quot;/&gt; Figuur 1. Periplaneta americana met intacte cerci. <img alt="Figuur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig2.jpg" /> Figuur 2. Ventraal aanzicht van de kakkerlak zenuwkoord zoals we met de ventrale cuticula verwijderd (A). Een vergrote weergave van het segment door pijlen aangegeven wordt gezien bij (B). In (C) werden de connectieven gemorst tussen A4 en A3 met een glazen sonde. De 6 e buik ganglion is weergegeven in (D) met de twee Cercal zenuwen verlaten aan het caudale einde. <img alt="Figuur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig3.jpg" /> Figuur 3. Schematische ventrale uitzicht op kakkerlak zenuwkoord. ys &quot;&gt; <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig4.jpg" /> Figuur 4. De cerci omhoog worden geplaatst uit het zoutbad. De geopende buik kan worden overspoeld met zoutoplossing (A) met het caudale einde van de voorn wordt verhoogd met een kleine ingeklemd vormig stuk van siliconen elastomeer om het cerci buiten te houden van het bad (B). <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig5.jpg" /> Figuur 5. Het 6e buik ganglion met de Cercal zenuw (met pijlen aangegeven). <img alt="Figuur 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig6.jpg" /> Figuur 6. Apparatuur ingesteld. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50584/50584fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om LAR bekijken</a>ger figuur. <img alt="Figuur 7" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig7.jpg" /> Figuur 7. Stimulerend en registratie-elektrode opgezet. <img alt="Figuur 8" fo:content-width="5.75in" src="/files/ftp_upload/50584/50584fig8.jpg" /> Figuur 8. Neurale opnames van de connectieven en Cercal zenuw stimulatie met diverse procedures. Opnemen met een zuig-elektrode uit de connectieven tussen A3 en A4 puffen terwijl lucht bij de cerci (A). Opnemen van de primaire Cercal neuronen met een zuig-elektrode, terwijl fysiek wrijven (B 1) of het verstrekken van lucht trekjes (B 2) resulteert in een snelle uitbarstingen van activiteit in de Cercal zenuw. Het elektrisch stimuleren van de Cercal zenuw produceert reacties in connectieven ( <strong&gt; C 1). Let op de geleidelijke verhoging van de stimulerende intensiteit (pijlen geven de amplitude van de stimulerende artefact) en de intensiteit van de volgende reacties van de consument. De elektrische stimulatie van de nervus Cercal een relatief meer gecontroleerde manier stimuleren de Cercal zenuw consistentie in stimulatie voor het kwantificeren van de antwoorden (C2).

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

Dit artikel beschrijft de kakkerlak buikzenuwkoord dissectie en extracellulaire opnames van de Cercal zenuw en voegwoorden. Opgeroepen reacties worden opgewekt door elektrische stimulatie van de Cercal zenuw of direct mechanische stimulatie van de cerci.

Neurale Opnemen vanaf een Intact Cockroach zenuwstelsel

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

Revealing Neurale Circuit Topografie in 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

Voorbereiding van een Awake Muis voor opnemen Neurale Reacties en injecteren van Tracers

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

De productie van lentivirale vectoren voor transduceren Cellen van het centrale zenuwstelsel

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

Een blessure Paradigm aan het centrale zenuwstelsel Reparatie Onderzoek in<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

Opnemen van elektrische activiteit van geïdentificeerde neuronen in de intacte hersenen van transgene Fish

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

Een Computer-assisted 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

Elektrofysiologische opname in de hersenen van Intact Adult zebravis

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

Anatomisch Geïnspireerde Driedimensionale Microweefsel Geanimeerde Neurale Netwerken voor Nervous System Reconstructie, Modulatie en 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

Bouw van een verbeterde multi Tetrode Hyperdrive voor grootschalige neurale opname in ratten gedragen

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

Elektrofysiologische opname van de activiteit van het centrale zenuwstelsel van derde-Instar Drosophila Melanogaster

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