Über die Analyse von langsamen Augenbewegungen und der zugehörigen Aktivität von okulomotorischen Neuronen bei wachen Affen

Zusammenfassung

Es wurden Einzelzellregistrierungen aus den Augenmuskelkernen bei wachen Affen während spontanem Umherblicken und während konditionierter Augenfolgebewegungen analysiert. Die Resultate führen zu dem Schluß, daß für eine adäquate mathematische Beschreibung der „Gemeinsamen Endstrecke” für jeden Funktionszustand des okulomotorischen Systems (z. B. Fixation oder Folgebewegungen) jeweils ein Paar von linearen Differentialgleichungen erster Ordnung zur Berücksichtigung der Agonist-Phase und der Antagonist-Phase angegeben werden muß.

Es wird ein Modell vorgestellt, welches die gemessenen Kennlinien für die Impulsrate als Funktion der Augenposition und der Geschwindigkeit erklärt, als eine Folge von Superpositionen von Positions- und Geschwindigkeits-Signalen auf der supra-nukleären und der nuklearen Ebene.

Summary

Single unit activity in the regions of the oculomotor, trochlear, and the abducens nuclei in alert monkeys (Macaca fascicularis) was recorded together with various visual stimulus time functions to elicit saccadic eye movements (EMs) and smooth pursuit EMs and the EM time functions (DC-EOG). In some cases the monkeys were conditioned to perform sinusoidal tracking EMs in the horizontal and vertical plane. During recording sessions the animals were seated with the head fixed in a primate chair.

The presented results lead to the conclusion that the hypothesis for a mathematical description of the “final common pathway” by means of one single first order differential equation (Robinson, 1970) can be replaced now by pairs of differential equations for each functional state of the oculomotor system (e.g. fixation or tracking) for the following reasons:

• 1. During fixation there exist two linear characteristics for the impulse rate (IR) versus eye position because of the “static hysteresis” (Eckmiller, 1974), which describes the IR-difference between positions reached in the agonist phase (IR-increase) and those reached in the antagonist phase (IR-decrease).

• 2. Changes from fixation to visual tracking movements lead to changes in the impulse rate level at a given eye position (Eckmiller, 1975). Therefore a mathematical description can be valid only for a given functional state of the oculomotor system.

• 3. During visual tracking movements there exist different slopes in the characteristic for IR versus eye velocity at a given eye position in the agonist phase compared to the antagonist phase (Eckmiller and Mackeben, 1976).

A model is presented which explains the measured characteristics for IR versus eye position and velocity of the motoneurons in terms of a supra-nuclear and a nuclear superposition of eye position and velocity signals.

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, Ec 43/4