Coding of sky-compass information in neurons of the anterior optic tubercle of the desert locust Schistocerca gregaria [Elektronische Ressource] = Kodierung von Himmelskompassinformationen in Neuronen des anterioren optischen Tuberkels der Wüstenheuschrecke Schistocerca gregaria / vorgelegt von Keram Pfeiffer

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• Biologie

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• Publié le: 01 janvier 2006
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Extrait

Coding of sky-compass information in neurons
of the anterior optic tubercle of the desert
locust
Schistocerca gregaria
Kodierung von Himmelskompassinformationen in Neuronen des anterioren
optischen Tuberkels der Wus¨ tenheuschrecke
Schistocerca gregaria
Dissertation zur Erlangung des
Doktorgrades der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
dem Fachbereich Biologie
der Philipps-Universit¨at Marburg
vorgelegt von
Keram Pfeiffer
aus Monche¨ ngladbach
Marburg/Lahn 2006Coding of sky-compass information in neurons of the
anterior optic tubercle of the desert locust
Schistocerca gregaria
Kodierung von Himmelskompassinformationen in Neuronen des anterioren
optischen Tuberkels der Wustenheuschrecke˜
Schistocerca gregaria
Dissertation zur Erlangung des
Doktorgrades der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
dem Fachbereich Biologie
der Philipps-Universit˜at Marburg
vorgelegt von
Keram Pfeifier
aus Monchengladbach˜
Marburg/Lahn 2006Vom Fachbereich Biologie
der Philipps-Universit˜at Marburg als Dissertation am 2006 angenommen.
Erstgutachter: Prof.Dr.Uwe Homberg
Zweitgutachterin: Frau Apl. Prof. Dr. Monika Stengl
Tag der mundlichen Prufung am 2006.˜ ˜Contents
Erklarung: Eigene Beitrage und verofientlichte Teile der Arbeit 1˜ ˜ ˜
Zusammenfassung 3
Literatur 8
Introduction 11
Polarized light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Perception of polarized light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Re ected, polarized light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Polarized sky-light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Spectral cues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Polarization-sensitive interneurons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Time compensation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
References 16
Polarization-sensitive and light-sensitive neurons in two parallel pathways passing
through the anterior optic tubercle in the locust brain 19
Codingofspatialdirectionsviatime-compensatedcombinationofcelestialcompass
cues 35
RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
LoTu1 neurons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
TuTu1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Distribution of tuning types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Diurnal attenuation of tuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
DISCUSSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
METHODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Electrophysiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Stimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Data evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
References 45
SUPPORTING ONLINE MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
References 49
Performance of polarization-sensitive interneurons of the anterior optic tubercle in
the locust brain at difierent degrees of polarization 51
RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Contents
General observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Quantiflcation of the response strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Coding reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Theoretical considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
DISCUSSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Quantiflcation of the response strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Coding reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Natural sky-light polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Response threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Sensitivity to unpolarized light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Comparison with cricket POL1 neurons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
METHODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Animals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Preparation and Electrophysiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Stimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Data analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
References 65
Spike2 scripts for data acquisition, data evaluation and model calculations 67
General remarks on spike2 scripts 69
Capabilities of the spike2 script language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
IntraCell 70
Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Main tool bars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Quit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Close . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Open . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
The settings dialogue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Threshold setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Event channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Toggle dots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Change dots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Retrig (retrigger) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Chancom (channel commands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Evaluate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Chandelete (delete channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Chweight (channel weight) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Chanhide (hide channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
All on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
IIContents
Y optim (optimize y-axis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
X full (full scale x-axis) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Getcurs (get cursors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Dt (¢t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Zoomcurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Phimax (' ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77max
Poldegree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
PSTH (peri-stimulus time histogram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
ManPSTH (manual peri-stimulus time histogram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
INTH (interval histogram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Unpoleval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Record 80
Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
File naming and Folder organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Tool bars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Quit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Start sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Stop . . .