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神经科学为每个人!

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实验:记录和操作活的神经元!

你刚刚获得了一个尖顶盒,并想知道如何使用它吗?在本课程中,您将在实时倾听行动潜力和观看“尖峰”。这是您的尖顶盒的一个很好的起点,也是年轻人作为中学的学生的伟大神经系统实验室!请参阅参与实验室活动中的实时动作潜力!

时间30分钟
困难初学者

你会学到什么?

这是让你开始用神经元尖峰的实验!在这个实验结束时,您将了解哪些神经元,它们是如何沟通的,速率编码原则以及如何使用尖顶盒录制尖峰!

先修实验室

  • 照顾蟑螂- 如果您是昆虫饲养的新手,我们的蟑螂产品页面的底部有维护健康殖民地的提示。


介绍

你的大脑使用化学品和电力的组合来运作。脑细胞(神经元)彼此沟通以控制您的身体。只有1个神经元的大脑不是大脑。

大脑是神经元的网络(友谊)。您的大脑拥有并使用大约八十亿个神经元!但所有这些神经元互相交谈如何?用于网络的第一个细胞之一是化学通信。

细菌使用这种方法。它运作良好,但受到扩散的限制。例如,当你在房间的一边释放一种气味时,在房间边缘的人要多久才能闻到它?应该有更快的方法。一种方法是通过拉伸将细胞拉近。

但仍然存在问题。信号仍然需要通过细胞进行长路。有没有办法让这更快?今天非常快,重要吗?

电!注意当您轻拂开关时,您房屋中的灯的灯开启有多快。神经元也使用电;电脉冲在神经元下游。该脉冲被称为:

我们在后院大伟德国际备用网址脑致力于学习尖峰(也称为行动潜力),你也可以!我们应该如何用什么学习神经元?380万年的进化带给你蟑螂。甚至比恐龙年长!我们将使用Distoid Cockroach(Blaberus discoidalis.)或假死亡的头。他们住在南美洲的亚马逊雨林,在腐烂的树木的树皮下。

像大多数多细胞动物一样(超越像海绵这样的生物),蟑螂的身体充满了神经(这是一束神经元)来控制运动和感觉。如上所述,神经元使用电气和化学信号传导的组合来起作用。

神经元是如何产生电脉冲的?这是由于神经膜内外的化学和电差异造成的。

钠和钾穿过神经膜的运动导致瞬时变化称为动作电位或“尖峰”。

当钉子到达轴的末端时会发生什么?它导致突触释放神经递质,这可以改变下一个神经元的电气性质,使其变得更大或更少可能自行发射尖峰。

哇,这是很多理论!在这个过程中获得了许多诺贝尔奖品!现在是时候成为行动的学生了。我们将尝试测量尖峰,使用非常可靠的蟑螂腿部准备(别担心,蟑螂腿可以生长回来)。你将成为一名电生理学家!

在蟑螂上,每条腿上的每个刺都是由神经元的支配:

触摸这些刺会使神经元产生尖刺。如果对刺施加更多的力,就会出现更多的刺。这种尖峰和刺激强度的关系被称为速率编码1926年,埃德加·阿德里安勋爵在英国剑桥大学首次发现了它(我们将对他有更多的了解)之后)。

这种“速率编码”只是测量在集合时间段内发生的这些尖峰的数量。然而,即使它很简单,速率编码也可用于回答关于神经元如何应对刺激的复杂问题。现在,我们将重新发现这一发现并进行实验。

现在让我们看看这个穗真的!

下载

在开始之前,请确保有伟德国际备用网址后院大脑尖峰录音机安装在您的计算机/智能手机/平板电脑上。后院大脑伟德国际备用网址尖峰录音机程序允许您在执行实验时可视化和保存计算机上的数据。伟德国际安卓我们还建立了一个简单的实验室讲义,以帮助您制表数据。您还可以在PowerPoint文件中下载实验中的插图。

实验教程视频

印刷材料

如果您正在寻找PDF打印和涂上涂鸦,或者Google Doc编辑,查看此处的此版本资源存储库!

程序

  1. 拿一个蟑螂,把它放在一罐冰水中。等几分钟,直到它停止移动。
  2. 从冰水中取出蟑螂,并在股骨上拔下拉头,拉开它的一个腿。别担心,腿部旨在容易在这个关节(如蜥蜴的尾部)和将在125天内恢复到全尺寸。注意:我们曾经说过“切腿”但是已经发现拉腿让蟑螂更快地再生腿。您可以在您的课堂中做出决定哪种技术使用,但我们建议拉,而不是切割。
  3. 将蟑螂送回其房子。如果蟑螂不是一个完整的成年人(成年人有翅膀,若虫,若虫没有),腿将会重新增加。
  4. 将腿放在尖顶盒的软木塞上。
  5. 然后把两个电极放进去
  6. 转动你的尖顶盒!现在用塑料探针或牙签触摸腿上的荆棘。如果你听到爆米花的声音,以回应荆棘操纵,恭喜,你刚刚听到你的第一个神经元尖刺!现在让我们看看电气放电的样子。插上智能手机电缆神经元尖刺箱进入您的智能手机/平板电脑,或者如果您有Neuron Spikerbox Pro,您可以选择在计算机上使用USB端口。打开尖刺钟应用程序在您的移动设备或计算机上。如果使用的是笔记本电脑,请单击屏幕左上角的USB图标。如果使用智能手机/平板电脑,SpikerBox将自动与智能手机连接线连接。然后你应该看到:
  7. 放大,或选择阈值视图模式,您将看到一个单独的峰值是它的荣耀:

    这是由于钠和钾离子通道在神经元中打开和关闭,导致我们称之为尖峰的电压的快速变化。

  8. 现在让我们做一些定量的工作!

方法1:用牙签手动探测

  1. 使用上面的可下载表格作为指导,画出蟑螂腿的图片。
  2. 用牙签或塑料探头(咖啡搅拌器很棒),开始接触腿的不同荆棘。您应该注意到触摸某些刺会导致比其他倒钩更强大的响应,具体而言,在胫骨 - TIBIA-TIBIB-TIBIA联合附近的操纵荆棘引起的比较令人稳健的尖刺活动。
  3. 我们来量化一下。按下记录按钮在穗记录器。点击数字“1”表示我们已经进入实验的第一部分。触摸敏感的刺一秒钟,释放,等待两秒钟,然后再触摸倒刺。这样你就有了10个“触摸”。
  4. 现在点击键盘上的数字“2”,开始触摸具有相同程序的响应棘轮(1秒,2秒,重复总共10次,并停止录制。
  5. 现在,你必须这么做尖峰排序。Spike分类是一种让你的电脑知道什么是真实的神经信号,什么是录音中的噪音的方法。最好使用上面的视频作为指南,以了解如何使用我们的spike录音机软件做到这一点。测量1秒的射击速率,在你触到倒钩之前和触到倒钩时,在低响应和高响应的情况下。
  6. 现在有射击率数据,使用教师讲义作为指导,我们可以计算当我们触摸更响应的响应性和响应性刺而与自发速率更少的平均射击率。如果要潜入假设检测,您还可以计算标准偏差。你甚至可以尝试运行一个学习任务
  7. 你观察到的主要区别是什么?

方法2:受控空气压力输送

我们还可以做一个更可控的实验,看看不同强度的刺激对蟑螂腿的影响。你将在你学校的实验台上使用压缩空气来刺激蟑螂腿进行这个实验。

注意:没有压缩空气?没问题!

如果您在实验室,家庭,教室,后院或无论您选择学习神经科学的地方都没有压缩空气,那么仍有很多方法可以做到这一实验。以下是一些为我们工作的:

  • 使用饮用稻草和粉碎蟑螂腿,从不同的高度。您可以在不同高度到尺子的胶带吸管,以标准化高度。务必提醒学生在每次试验期间持续吹。
  • 您可以在办公用品商店购买气溶胶罐中的压缩空气。压缩空气通常在计算机部分中销售,因为它用于清洁键盘和计算机组件。与饮用秸秆方法一样,您可以在不同高度处握住压缩空气罐以实现不同的刺激强度(您可以尝试使用院子或仪表杆并在不同的距离上测量)。
  1. 开始录制,等待10秒。
  2. 现在,触摸键盘上的“1”键,以最低的压力(5psi)打开压缩空气来刺激腿部。用软管把压缩空气导向蟑螂腿。刺激至少5秒。
  3. 触摸键盘按键“2”,将气压提高到10psi,并重复。
  4. 触摸键盘键“3”,将空气压力升至15 psi,再次重复
  5. 触摸键盘键“4”,将气压提升到20 psi,并再次...
  6. 重复几次增加空气压力,停止记录,并做spike发射率分析,如上所述。

那么你发现了什么?想想你的结果。对实验做了什么让你感到惊讶吗?如果是这样,你能解释原因吗?任何有神经系统的东西都使用速率编码,包括我们!例如,想想你的身体使用速率编码的方式,思考手臂中浅层和硬戳之间的差异!

考虑如何扩展实验。也许你可以比较多个蟑螂腿并提出一些平均标准,将蟑螂腿与蚱蜢腿进行比较,用电极放置试验,或向蟑螂腿引入化学处理!世界是你的,现在出去和实验!

注意:如果您无法访问蟑螂,您也可以在板球上进行此实验。您通常可以在当地宠物商店购买蟋蟀。查看视频:

笔记

我们有一些示例录制文件蟑螂的腿神经板球菌系统神经您可以用来熟悉“正常”录制的样子。

科学公平项目理念

  • 是什么导致你看到的尖峰?具体而言,当钉子阳性时发生了什么?当钉子为负时发生了什么?请记住,您正在进行细节记录,该录音记录在细胞膜外部的区域内的电压变化。
  • 为什么你认为一些腿倒钩对与牙签的刺激比其他牙签更敏感?
  • 为什么降低体温会让蟑螂停止运动呢?还有什么其他方法可以麻醉它吗?
  • 根据您的初始结果,您主要听取来自电动机神经元的尖峰(讲肌肉绑定的神经元)或感觉神经元(从周边发送信息中的神经元)。为什么?