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Systems analysis of biological receptors

I. A quantitative description of the input—output characteristics of the slowly adapting stretch receptor of the crayfish

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Kybernetik Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Es wurde das Verhalten wichtiger Größen (Muskelspannung, Membranpotential, Impulsfrequenz) des langsam adaptierenden Dehnungsrezeptors des Flußkrebses bei sprungförmiger Änderung der Länge bzw. eines intrazellulär in das Receptorsoma injizierten Stromes untersucht. Zusammen mit Frequenzganganalysen erlaubt die Auswertung dieser Messungen die Aufstellung eines quantitativen Modells für den Dehnungsrezeptor. Dazu erfolgt eine Unterteilung in drei weitgehend rückwirkungsfreie Blöcke (Muskel, Transducer, Encoder), die getrennt analysiert und durch ein geeignetes Modell beschrieben werden. Die Übertragungseigenschaften des Rezeptormuskels zeigen das am stärksten nichtlineare Verhalten. Während im statischen Zustand zwischen Muskellänge, Membranpotential und Impulsfrequenz eine nahezu lineare Beziehung besteht, weist besonders der Encoder bei einer abgegebenen Impulsfrequenz oberhalb 20–25 Hz ein nichtlineares Zeitverhalten auf. Bei Stromeingang besteht zwischen Impulsfrequenz und depolarisierendem Strom im statischen Zustand weitgehend ein logarithmischer Zusammenhang. Das Verhalten des Modells wurde für Längen. und Stromsprünge sowie sinusoidale Aussteuerung simuliert. Es ergab sich eine gute Übereinstimmung mit den Meßwerten.

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References

  • Abbot, R. H., Chaplain, R. A.: Preparation and properties of the contractile element of fibrillar muscle. J. Cell Sci. 1, 325–336 (1966).

    Google Scholar 

  • Alexandrowicz, J. S.: Muscle receptor organs in the abdomen of Homarus vulgaris and Palinurus vulgaris. Quart. J. micr. Sci. 92, 163–199 (1951).

    Google Scholar 

  • Borsellino, A., Poppele, R. E., Terzuolo, C. A.: Transfer functions of the slowly adapting stretch receptor organ of crustacea. Cold Spr. Harb. Symb. quant. Biol. 30, 59–67 (1966).

    Google Scholar 

  • Brown, M. C., Stein, R. B.: Quantitative studies on the slowly adapting stretch receptor of the crayfish. Kybernetik 3, 175–185 (1966).

    Google Scholar 

  • Burkhardt, D.: Die Erregungsvorgänge sensibler Ganglienzellen in Abhängigkeit von der Temperatur. Biol. Zbl. 78, 22–62 (1959).

    Google Scholar 

  • Chaplain, R. A., Frommelt, B., Brandt, M.: On the contractile mechanism of insect flight muscle. III. The phenomenon of stress relaxation. Kybernetik 5, 177–187 (1969).

    Google Scholar 

  • Edwards, C., Terzuolo, C.A., Washizu, Y.: The effect of changes of the ionic environment upon an isolated crustacean sensory neuron. J. Neurophysiol. 26, 948–957 (1963).

    Google Scholar 

  • Eyzaguirre, C., Kuffler, S. W.: Process of excitation in the dendrites and in the soma of single isolated sensory nerve cells of lobster and crayfish. J. gen. Physiol. 39, 87–119 (1955).

    Google Scholar 

  • Florey, E., Florey, E.: Microanatomy of the abdominal stretch receptors of the crayfish (Astacus fluciatilis L.). J. gen. Physiol. 39, 69–85 (1955).

    Google Scholar 

  • Frumento, A. S.: The electrical effects of an ionic pump. J. theor. Biol. 9, 253–262 (1965).

    Google Scholar 

  • Fuortes, A. G., Mantegazzini, F.: Interpretation of the repetitive firing of nerve cells. J. gen. Physiol. 45, 1163–1179 (1962).

    Google Scholar 

  • Guttman, R.: Effect of low sodium, tetrodotoxin, and temperature variation upon excitation. J. gen. Physiol. 51, 621–634 (1968).

    Google Scholar 

  • Harreveld, A. van: A physiological solution for freshwater crustaceans. Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.) 34, 428–432 (1936).

    Google Scholar 

  • Krnjević, K., van Gelder, N. M.: Tension changes in crayfish stretch stretch receptors. J. Physiol. (Lond.) 159, 310–325 (1961).

    Google Scholar 

  • Loewenstein, W. R., Terzuolo, C. A., Washizu, Y.: Separation of transducer and impulse-generating processes in sensory receptors. Science 142, 1180–1181 (1963).

    Google Scholar 

  • Nakajima, S., Onodera, K.: Membrane properties of the stretch receptor neurones of crayfish with particular reference to mechanisms of sensory adaption. J. Physiol. (Lond.) 220, 161–185 (1969a).

    Google Scholar 

  • —: Adaptation of the generator potential in the crayfish stretch receptors under constant length and constant tension. J. Physiol. (Lond.) 200, 187–204 (1969b).

    Google Scholar 

  • —, Takahashi, K.: Post-tetanic hyperpolarization and electrogenie Na pump in stretch receptor neurone of crayfish. J. Physiol. (Lond.) 187, 105–127 (1966).

    Google Scholar 

  • Obara, S., Grundfest, H.: Effects of lithium on different membrane components of crayfish stretch receptor neurones. J. gen. Physiol. 51, 635–654 (1968).

    Google Scholar 

  • Terzuolo, C.A., Washizu, Y.: Relation between stimulus strength, generator potential and impulse frequency in stretch receptor of crustacea. J. Neurophysiol 25, 56–66 (1962).

    Google Scholar 

  • Wendler, L.: Über die Wirkungskette zwischen Reiz und Erregung (Versuche an abdominalen Streckrezeptoren dekapoder Krebse). Z. vergl. Physiol. 47, 279–315 (1963).

    Google Scholar 

  • —, Burkhardt, D.: Zeitlich abklingende Vorgänge in der Wirkungskette zwischen Reiz und Erregung (Versuche an abdominalen Streckrezeptoren dekapoder Krebge). Z. Naturforsch. 16b, 464–469 (1961).

    Google Scholar 

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Chaplain, R.A., Michaelis, B. & Coenen, R. Systems analysis of biological receptors. Kybernetik 9, 85–95 (1971). https://doi.org/10.1007/BF00288873

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