The effect of stimulus area on the response of movement detecting neurons in the frog's retina

Zusammenfassung

1. Mit metallgefüllten Mikropipetten wurden die Aktionspotentiale von einzelnen afferenten Opticusfasern aus den oberflächlichen Schichten des Tectum opticum registriert. Die Reaktionen der bewegungsempfindlichen Neurone der Klasse 2 und Klasse 3 auf runde oder rechteckige, schwarze, auf einem weißen Hintergrund durch das rezeptive Feld bewegte Reize wurden quantitativ ausgewertet. Der variable Parameter in dieser Versuchsserie war die Fläche der schwarzen Reizpunkte.

2. Zwischen der Winkelgröße und der durchschnittlichen Impulsfrequenz, die bei gleichförmiger Bewegung der Reizmuster durch das rezeptive Feld hervorgerufen wurde, ergab sich eine logarithmische Beziehung (Gl. 1).

3. Waren die schwarzen Reize größer als das excitatorische rezeptive Feld, so nahm die Stärke der neuronalen Aktivierung mit steigender Reizgröße wieder ab. Diese Abnahme war durch den Einfluß des inhibitorischen rezeptiven Feldes bedingt, welches das excitatorische rezeptive Feld umgibt. Für diese Abnahme der Aktivierung ergab sich wiederum eine logarithmische Beziehung zwischen der Fläche der bewegten schwarzen Reizpunkte und der mittleren Entladungsfrequenz.

4. Die Ergebnisse können durch ein Modell des rezeptiven Feldes erklärt werden, in dem Erregung und Hemmung nach einer räumlichen Gauss-Funktion verteilt sind, wobei die Verteilung der lateralen Hemmung eine größere Standardabweichung hat als die Verteilung der erregenden Prozesse im rezeptiven Feld.

5. Die neurophysiologischen Resultate werden mit verhaltensphysiologischen Beobachtungen über das Beutefangverhalten des Frosches verglichen.

Summary

1. The action potentials of single optic nerve afferent endings in the superficial layer of the tectum opticum of the frog were recorded by means of metalfilled micropipets. The responses of class 2 and class 3 neurons to round or rectangular black stimuli moved on a white background through the receptive field were quantitatively analyzed. The area of the black stimuli was the parameter examined in this series of experiments.

2. A logarithmic relationship between the stimulus area and the neuronal response, measured as impulse frequency during the traverse of the stimulus through the excitatory receptive field (ERF) was found to be valid (eq. 1).

3. If stimuli larger than the ERF were used, the neuronal activation decreased because of the excitation of the inhibitory receptive field surrounding the ERF. For this decrease a logarithmic dependence on the stimulus area was again found to be valid.

4. The findings can be explained by a model of the receptive field in which an inhibitory Gaussian distribution is superposed on an excitatory Gaussian distribution of narrower width and in which the inhibition is of the multiplicative type.

5. The data obtained in neurophysiological experiments are compared with findings of studies on the catching behavior of frogs.