Filtering of species specific song parameters via interneurons in a bush cricket's brain

Abstract

In dieser Doktorarbeit werden zum ersten Mal Daten von identifizierten Interneuronen im Gehirn einer Laubheuschrecke dargestellt. Intrazelluläre Ableitungen wurden an einzelnen Zellen in der Laubheuschrecke Ancistrura nigrovittata (Brunner von Wattenwyl, 1878) durchgeführt und auf ihre Filtereigenschaften in Bezug auf Trägerfrequenz, Intensität und Amplitudenmodulation von akustischen Reizen hin untersucht. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Verarbeitung von artspezifischen Gesangsparametern gelegt, für welche spezifische Verhaltensleistungen bekannt sind. Die Aktivität von fünf verschiedenen Klassen schon bekannter aszendierender Nervenzellen in den axonalen Hirnverzweigungen konnte mit zuvor beschriebenen Daten aus der dendritischen Region im prothorakalen Ganglion verglichen werden. Die an beiden Ableitorten gefundenen physiologischen Eigenschaften sind in weiten Teilen sehr ähnlich (größte Übereinstimmung bei AN3), obwohl sich für einige Interneurone auch Unterschiede aufzeigen ließen. Diese sind z.B.: (i) Filtereigenschaften von AN1 und AN2 auf einige Pulsdauern, die in Kombination sehr nah mit dem phonotaktischen Verhalten der Weibchen dieser Art korrelieren (ii) graduierte Potenziale im Axon von TN1, die bei simultanem Auftreten eines Aktionspotenzials dessen Amplitude durch Summation graduell erhöhen (iii) eine physiologische und morphologische Beschreibung der Hirnterminalien einer bis dato unbekannten aszendierende Nervenzelle (ANx), welche an der Verarbeitung von Ultraschall beteiligt ist. Eigenschaften von insgesamt zehn verschiedenen Typen lokaler auditorischer Hirnneurone werden beschrieben, die unterschiedliche Mechanismen der Verarbeitung von akustischen Signalen aufzeigen, wobei einige Verarbeitungsprozesse schon vom Thorax bekannt sind und eine erstaunlich hohe Redundanz aufweisen. Diese sind z.B.: (i) ein Spike-Frequenzfilter und eine redundante frequenzspezifische Inhibition von LBN1, dessen resultierende Eigenschaften zu dem Antwortverhalten eines Weibchens dieser Art eine größere Übereinstimmung zeigen, als die Aktivität des zu LBN1 präsynaptischen Neurons (AN1) (ii) eine engbandige Abstimmung der Aktivität von LBN2 auf die artspezifischen Signale beider Geschlechter - ein Typ von Informationskanal , der im Individuum arteigene Kommunikation im nahen Umfeld erkennt (iii) die Verarbeitung auditorischer Stimuli in nacheinander geschalteten Verarbeitungsebenen bis zu einem Interneuron dritter Ordnung, wobei auch ein Wechsel von erregenden zu hemmenden Einflüssen zu finden ist (iv) eine größere Varietät von selektiver Verarbeitung von Ultraschall und zeitlichen Parametern, als es bei thorakalen Neuronen zu finden ist (v) eine sekundäre Aktivität, welche der Stimulation mit einer Latenz von ca. 600 ms folgt und graduierte Potenziale mit bemerkenswert hohen Zeitkonstanten von mehreren hundert Millisekunden. Viele dieser Verarbeitungsmechanismen führen zu einer größeren Übereinstimmung der Nervenzellaktivität im Gehirn mit dem artspezifischen Verhalten, als die zuvor im Thorax gefundenen Mechanismen.