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Authors: Gruber, Morna
Title: Elektrophysiologische Charakterisierung der Neurone im Tectum opticum des Goldfisches hinsichtlich Farbe und Bewegung
Online publication date: 5-Aug-2011
Year of first publication: 2011
Language: german
Abstract: Die vorliegende Arbeit verfolgte mehrere Ziele. Die Hauptaufgabe war es, farbsensitive und bewegungssensitive Neurone im Tectum opticum des Goldfisches zu finden und diese hinsichtlich ihres Antwortverhaltens zu charakterisieren. Aus Verhaltensversuchen ist bekannt, dass sowohl das Ganzfeldbewegungssehen als auch das Objektbewegungssehen „farbenblind“ ist, da die Verarbeitung dieser Sehleistungen jeweils nur von einem Zapfentyp getrieben wird. Es sollte untersucht werden, ob sich diese Farbenblindheit auch auf Ebene der tectalen bewegungsempfindlichen Neurone finden lässt. Schließlich sollten die Ableitorte im Tectum opticum kartiert werden, um festzustellen, ob es jeweils bestimmte örtlich abgegrenzte Areale für Farbe einerseits und für Bewegung andererseits gibt.\r\nDie Aktivität von tectalen Units wurde durch extrazelluläre Ableitungen registriert. Um farbspezifische Neurone zu identifizieren und zu charakterisieren, wurden 21 verschiedene Farbpapiere (HKS-Standard) aus dem gesamten Farbenkreis (ausgenommen UV) präsentiert. Auf jedes Farbpapier folgte ein neutrales Graupapier. Des Weiteren wurde eine Schwarz-Weiß-Grau-Sequenz gezeigt, um das Antwortverhalten der Units auf Helligkeitswechsel zu prüfen. Jeder Stimulus wurde für fünf Sekunden präsentiert und die gesamte Stimulussequenz wurde mindestens dreimal wiederholt. Zur Identifizierung bewegungssensitiver Neurone wurde ein sich exzentrisch bewegendes schwarz-weißes Zufallspunktmuster präsentiert. Um die „Farbenblindheit“ des Bewegungssehens zu testen, wurden zwei rot-grüne Zufallspunktmuster präsentiert, die den L-Zapfen des Goldfisches unterschiedlich stark modulierten. Den meisten Units wurden sowohl die Farb- als auch die Bewegungsstimuli gezeigt.\r\nEs konnten 69 Units abgeleitet werden. Von diesen antworteten 34 sowohl auf Farbstimuli als auch auf Helligkeitsreize, 19 Units reagierten ausschließlich auf Farbstimuli, 15 Units zeigten sich nur für den Bewegungsstimulus sensitiv und zwei Units beantworteten ausschließlich Helligkeitswechsel. Die farbempfindlichen Units konnten in 14 Gruppen eingeteilt werden: sechs Gruppen im Rotbereich (22 Units), fünf Gruppen im Blau-Grünbereich (21 Units), eine Gruppe im Gelbbereich (zwei Units), eine Gruppe, die alle Farbstimuli mit Erhöhung der Aktivität (sechs Units) und eine Gruppe, die alle Farbstimuli mit Erniedrigung der Aktivität (eine Unit) beantwortete. Es wurden zwei Arten von Gegenfarbzellen gefunden: Rot-ON/Blau-und-Grün-OFF (12 Units) und Rot-OFF/Blau-und-Grün-ON (sieben Units). Es wurden verschiedene zeitliche Antwortmuster gefunden. Während einige Units nur Reizwechsel beantworteten, zeigten die meisten Units ein tonisches Antwortverhalten. Manche Units beantworteten jeden Stimuluswechsel phasisch und darüber hinaus bestimmte Stimuli tonisch. Die meisten tectalen Neurone zeigten eine Grundaktivität. Alle Units, denen sowohl der Farb- als auch der Bewegungsstimulus gezeigt wurden, antworteten nur auf eine Stimulusart. \r\nDiese Ergebnisse lassen folgende Schlüsse zu: Die Verarbeitung von Farbe und Bewegung im Tectum opticum des Goldfischs wird über zwei unterschiedlichen Verarbeitungswegen geleistet, da alle Units entweder auf Farb- oder auf Bewegungsstimuli antworten. Das Bewegungssehen wird im Goldfisch durch nur einen Zapfentyp (M- oder L-Zapfen) vermittelt und ist somit “farbenblind”, da alle bewegungssensitiven Units die Aktivität einstellten, wenn der Stimulus nur noch einen Zapfentyp modulierte. Es scheint spezifische Areale für „Farbe“ und „Bewegung“ im Tectum opticum des Goldfisches zu geben, da bewegungssensitive Units bevorzugt im posterio-medialen Bereich in einer Tiefe zwischen 200-400 µm gefunden und farbspezifische Units vor allem im anterio-medialen Bereich entdeckt wurden.
The main goal of this thesis was to identify color-sensitive and motion-senstive units in the tectum opticum of goldfish and to characterize their response patterns. In order to evaluate whether a unit was involved in “color” or in “motion”, color stimuli as well as motion stimuli were presented to each unit. As it is known from behavioral experiments that full field motion as well as motion vision are color blind, it was investigated, whether this color blindness is found also on the level of Tectum opticum. The recording sites were mapped to elucidate, whether there are specific areas for the processing of color and motion.\r\nThe activity of individual cells was recorded extracellularly with conventional methods. To identify color specific neurons 21 different HKS color sheets from the entire color circle (excluding UV) were presented for five seconds each. Each color stimulus was followed by a neutral grey paper sheet. Furthermore, a sequence of black, white and grey was presented to examine the response pattern of the cell due to brightness. This sequence was repeated at least three times. The position of the color in the color triangle as well as the fish-subjective brightness of the paper sheets were determined. In order to identify motion sensitive neurons black and white random dot motion stimuli were used. Moreover two different red-green random dot patterns were presented.\r\n\r\n70 units were recorded. 34 units responded to color as well as to changes in brightness, 19 units responded exclusively to color, 15 units responded exclusively to motion stimuli and two units responded exclusively to changes in brightness. Different types of color-specific neurons were found, which can be subsumed in 14 groups: Six groups with units, that are specific for reddish colors (22 units), five groups, that units responded to bluish and/or greenish colors (21 units), one group, which was sensitive to yellow (2 units) and two groups, which were sensitive to all colors, either with increasing (six units) or decreasing (one unit) to all colored paper sheets. Among these units were two types of color-opponent cells: One type was inhibited by red and activated by blue and green and a second type responded with activation to red and inhibition to blue and green stimuli. In addition, different temporal response patterns were found. While some units responded only to stimulus onset, most showed a tonic response pattern. Some units responded to every stimulus change phasically but to some specific stimuli in a tonic way. Most tectal neurons had a relatively high basic activity that increased or decreased upon different stimuli.\r\n\r\nThe results suggest: Color and motion in goldfish is processed in two different pathways, since all cells responded either to color or to motion stimuli. Motion vision in goldfish is determined by one cone type only (M- or L-cone) and is color blind. Because the motion-sensitive units became silent whenever the L-cone type was not modulated by the stimulus. There are probably specific areas for the processing of color an motion, because nearly all motion-coding cells were located in the posterio-medial area of the tectum opticum within a depth of 200-400 µm, and most of color specific neurons were found in the anterio-medial area.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3160
URN: urn:nbn:de:hebis:77-28486
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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