Zeitschrift für vergleichende Physiologie

, Volume 71, Issue 2, pp 165–189 | Cite as

Reaktionscharakteristik von Neuronen aus dem Tectum opticum und Subtectum der Erdkröte Bufo bufo (L.)

  • J. P. Ewert
  • H. W. Borchers
Article

Zusammenfassung

Aus dem Mittelhirn (Tectum opticum, Sub-Tectum, Tori semicirculari) der Erdkröte Bufo bufo (L.) wurden Neuronen registriert, die optische, taktile, akustische oder vibratorische Eingänge haben. Darüber hinaus wurden bi- und trimodale Einheiten gefunden. In der vorliegenden Arbeit wird anhand von Einzelzellableitungen am demobilisierten Tier ein erster Überblick über deren Lokalisation und Reaktionscharakteristik gegeben. Hirnreizungs-Experimente am freibeweglichen Tier sowie korrespondierende verhaltensphysiologische Versuche erlauben Hinweise auf ihre verhaltensbiologische Relevanz.
  1. 1.

    Optisch erregbare Neuronen mit relativ kleinen exzitatorischen rezeptiven Feldern, 10°≦ERF≦20° (Tectum opticum : hauptsächlich Stratum griseum centrale). Von einigen wurde die retino-tectale Projektion im Tectum „wiederholt“; bei anderen konnten gegenüber den ERF zugeordneter Netzhautneuronen „Dislokationen“ bis zu 20° auftreten. Sie wurden nur durch kontrastgebende bewegte Objekte aktiviert und adaptierten nach einmaliger Felddurchquerung relativ stark. Elektrische Reizung dieser Hirnbezirke löste beim freibeweglichen Tier entsprechend orientierte Beutefang-Wendereaktionen aus.

     
  2. 2.

    Optisch erregbare Neuronen mit relativ großen ERF (Tectum opticum: hauptsächlich Stratum periventriculare). Sie waren ebenfalls bewegungsspezifisch. Drei Typen wurden gefunden: a) ERF: vorderes Gesichtsfeld des kontralateralen Auges; b) EBF: unteres Gesichtsfeld des kontralateralen Auges; c) ERF: ganzes Gesichtsfeld.

     
  3. 3.

    Taktil erregbare Neuronen (subtectale Regionen). Sie wurden aktiviert, wenn man die zum Ableitort (Hirnhälfte) kontralaterale Körperseite, hauptsächlich die Kopfbezirke taktil reizte. Elektrische Hirnreizung dieser Region löste beim freibeweglichen Tier Wischbewegungen aus.

     
  4. 4.

    Vibrations-sensitive Neuronen (subtectale Region). Sie antworteten nur auf Vibrationsreize (Körper-Schall) nicht dagegen auf akustische Reize (Luft-Schall).

     
  5. 5.

    Akustisch erregbare Neuronen (subtectale Regionen, Tori semicirculari). Diese Einheiten ließen sich nur durch Luft-Schall aktivieren. Drei verschiedene Typen wurden gefunden; a) „Breitband-Neuronen“ mit maximaler Empfindlichkeit zwischen 800 und 1000 Hz; bei 500 Hz trat eine „Hör-Lücke“ auf; b) „TieftonNeuronen “(Bereich um 500 Hz); c) „Hochton-Neuronen“ (Bereich um 1000 bis 1200 Hz).

     
  6. 6.

    Optisch-taktil erregbare Neuronen (subtectale Regionen). Sie wurden durch relativ große bewegte Objekte aktiviert. Das mechanorezeptive Feld des taktilen Eingangs erstreckte sich auf die kontralaterale Körperseite. Zwei Typen wurden gefunden: a) Das visuelle ERF schloß das ganze Gesichtsfeld ein; b) das visuelle ERE umfaßte das untere Gesichtsfeld des kontralateralen Auges; dieser Neuronentyp ließ sich auch durch Vibrationsreize aktivieren.

     
  7. 7.

    Optisch-vibratorisch erregbare Neuronen (subtectale Regionen). Das visuelle ERF erstreckte sich auf das frontale Gesichtsfeld des kontralateralen Auges. Dasselbe Neuron antwortete auch auf Vibrationsreize.

     
  8. 8.

    Optisch-akustisch erregbare Neuronen (subtectale Bereiche). Sie antworteten sowohl auf Beschattung des Auges („off“-Reaktion) als auch auf Tonreizung (1000 Hz).

     
  9. 9.

    Vibratorisch-akustisch erregbare Neuronen (subtectale Regionen). Sie wurden durch Erschütterungsreize aktiviert. Bei gleichzeitiger Tonreizung (500 Hz) war die Antwort gehemmt.

     

Single unit analysis of neurons in the toad optic tectum and subtectum

Summary

In the European toad Bufo bufo (L.) activity from single neurons in the midbrain (tectum opticum, sub-tectum and tori semicirculari) could be elicited by visual, tactile, acoustic or vibratory stimulation (Fig. 3). Furthermore bi- and trimodal units were found. By means of single cell recording experiments in demobilized animals the present paper gives preliminary data about localization and response characteristics. These categories are related to some behavioural observations on toads normally and during brain stimulation (Fig. 6).
  1. 1.

    Visual units with smaller excitatory receptive fields (optic tectum: they seem to be located mostly in the stratum griseum centrale). Among units with ERF's of 10–20° many were found with the expected retinotopic location in the tectum (Fig. 2); however others were „dislocated“ up to 20° by comparison with the more dorsal retinal fiber terminals. These units responded only to moving stimuli with good contrast (Figs. 4 and 5 A) and habituated after a movement through the ERF. The function of these units seems linked to the prey-catching behaviour that can be evoked from these regions through chronically-implanted electrodes (Fig. 6B).

     
  2. 2.

    Visual units with large ERF's (optic tectum: they seem to be located mostly in the stratum periventriculare). They showed activity specific to object movements of three types: a) within the rostral visual field of the contralateral eye, b) within the lower visual field of the contralateral eye, c) within the total field (Fig. 7, I-III).

     
  3. 3.

    Units were found within sub-tectal regions that were activated by touching the contralateral body skin, especially around the head. Focal electrical brain stimulation of this region produces eye or mouth-wiping behaviour in the freemoving toad (Fig. 6A).

     
  4. 4.

    Some units of the sub-tectal region could be activated by vibratory stimulation (“substrate-borne-sound”, Fig. 8A and B) but not by acoustic stimulation (“airborne sound”).

     
  5. 5.

    Among units of the sub-tectum and the tori semicirculari sensitiv to acoustic stimulation three types were distinguished: a) “wide band” units with maximum sensitivity between 800 and 1000 Hz, and with a silent zone at about 500 Hz, b) “narrow-band” units with maximal sensitivity in this 500 Hz region and c) “narrow-band” units with best response between 1000–1200 Hz (Fig. 9a–c).

     
  6. 6.

    Two types of sub-tectal units sensitive to contralateral tactile and visual inputs were found; they were particularly excited by large moving objects: a) The whole field included the visual ERF (Fig. 10, IIIo,t). b) The visual ERF included the lower field of the contralateral eye; these units had also vibratory inputs (Fig. 10, IIo,v,t).

     
  7. 7.

    Units of the sub-tectal region with combined visual and vibration sensitivity, on the other hand, had visual ERF's that were confined to the frontal field of the contralateral eye (Fig. 10, Io,v).

     
  8. 8.

    Visual-acoustic units of sub-tectal regions respond to either a dimming of the ERF (“off”-response) or to sounds with maximum sensitivity at 1000 Hz.

     
  9. 9.

    Some sub-tectal units were activated by vibration, but the activity could be suppressed by simultaneous sounds of about 500 Hz.

     

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Copyright information

© Springer-Verlag 1971

Authors and Affiliations

  • J. P. Ewert
    • 1
  • H. W. Borchers
    • 1
  1. 1.Zoologisches Institut der Technischen Hochschule DarmstadtDeutschland

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