Title (eng)
Parallel processing of food odor information in ON and OFF olfactory receptor neurons
Author
Maria Burgstaller
Advisor
Harald Tichy
Assessor
Uwe Homberg
Assessor
Sylvia Anton
Abstract (deu)
Informationen über Futterdüfte werden bei der Schabe Periplaneta americana über parallel tätige Rezeptorneurone aufgenommen und dem Gehirn übermittelt. Dieses parallele System besteht aus antagonistisch reagierenden ON und OFF Riechsinneszellen, die sich in morphologisch erkennbaren Sensillen auf den Antennen befinden. Die ON Riechsinneszellen signalisieren eine Zunahme der Duftkonzentration mit Anstieg ihrer Aktivität, die OFF Riechsinneszellen dagegen eine Abnahme der Duftkonzentration mit Anstieg ihrer Aktivität. Auch bei langsamen, kontinuierlichen Änderungen der Duftkonzentration ist immer eine der beiden Riechsinneszellen erregt. Auf diese Weise können Fluktuationen in der Duftkonzentration mit hoher Präzision erkannt werden. In meiner ersten Arbeit habe ich die Genauigkeit untersucht, mit der die Reaktionen der ON und OFF Riechsinneszellen schnelle Änderungen der Duftkonzentration nach Adaptation auf verschiedene konstante Duftkonzentrationen anzeigen. Zwei Eigenschaften kennzeichnen diese Riechsinneszellen. (1) Bei konstanter Duftkonzentration feuern die ON und OFF Riechsinneszellen mit einer kontinuierlichen Entladungsrate, die von der Höhe der Duftkonzentration abhängt. (2) Bei sprungartiger Änderung der Duftkonzentration variiert die Höhe der Impulsfrequenz der beiden Riechsinneszellen sowohl mit der Amplitude der Duftkonzentration als auch mit der Höhe der Duftkonzentration, von der die sprungartige Änderung erfolgte. In meiner zweiter Arbeit habe ich die Fähigkeit der ON und OFF Riechsinneszellen untersucht, ihre Empfindlichkeit auf die Änderungsrate der Duftkonzentration anzupassen. Bei oszillierender Duftkonzentration mit kurzer Dauer verstärken beide Riechsinneszellen ihre Empfindlichkeit für die momentane Duftkonzentration und verringern ihre Empfindlichkeit für die Änderungsrate der Duftkonzentration. Bei länger dauernden Oszillationen, verstärken beide Riechsinneszellen ihre Empfindlichkeit für die Änderungsrate und verringern ihre Empfindlichkeit für die momentane Duftkonzentration. Im olfaktorischen System erfolgt die Adaptation auf die Änderungsrate der Duftkonzentration an der Peripherie. Sie wird somit vom Duftreiz selbst oder von einem Signal der Riechsinneszelle gesteuert.
Abstract (eng)
In the cockroach peripheral system, the segregation of fruit odor information into parallel ON and OFF responses is a key process in promoting the detection of slight changes in odor concentration by providing excitatory signals for both increments and decrements. Since both types of olfactory receptor neurons (ORNs) are responding oppositely to the same change in odor concentration, they are able to enhance the temporal profile of an odor signal in order to maximize the steady flow of food odor information to the brain. To understand the functional role of parallel olfactory processing by means of the ON and OFF ORNs, a detailed knowledge of their response characteristics is required. In the first paper I demonstrate that odor concentration held at a constant level has a twofold effect on the discharge rates of the ON and OFF ORNs. (1) While odor concentration is constant, both types of ORNs maintain a continuous discharge with a constant frequency that depends on the concentration level. (2) When both cell types are presented with changes in odor concentration, the discharge rate is affected simultaneously by the magnitude of the change and by the level from which the change was initiated. The ON ORN’s discharge rate is high when the concentration jump is large, but for a given jump, frequency tends to be higher still when the initial concentration is also low. The frequency of the OFF ORN is high at large concentration drops, but higher still when the initial concentration is also low. Thus, the effect of changing odor concentrations on the responses of both the ON and OFF ORN is reinforced by falling initial odor concentrations. In the second paper I report that during slowly oscillating changes in the concentration of the odor of lemon oil the ON and OFF ORNs adapt to changes in the actual concentration and the rate at which concentration changes. When odor concentration oscillates rapidly with brief periods, adaptation improves the gain for instantaneous concentration and reduces the gain for the rate of concentration change. Conversely, when odor concentration oscillates slowly with long periods, adaptation increases the gain for the rate of change at the expense of instantaneous concentration. The signals controlling gain must be derived directly from the stimulus input or from a signal of the ORN itself. This may limit the accuracy with which gain can be controlled, but it permits the ORNs to operate over a wide range of stimulus conditions and to maintain sensitivity as the olfactory input changes.
Keywords (eng)
ON and OFF ORNsantagonistic responsechange in odor concentrationPeriplaneta americana
Keywords (deu)
ON und OFF Geruchsneuroneantagonistische ReaktionÄnderung der DuftkonzentrationPeriplaneta americana
Subject (deu)
Zoologie: Sonstiges
Type (deu)
Dissertation
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1286498
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29444.27190.223665-5
URI
https://utheses.univie.ac.at/detail/18101
Extent (deu)
66 S.
Number of pages
68
Association (deu)
Fakultät für Lebenswissenschaften
Members (1)
Title (eng)
Parallel processing of food odor information in ON and OFF olfactory receptor neurons
Author
Maria Burgstaller
Abstract (deu)
Informationen über Futterdüfte werden bei der Schabe Periplaneta americana über parallel tätige Rezeptorneurone aufgenommen und dem Gehirn übermittelt. Dieses parallele System besteht aus antagonistisch reagierenden ON und OFF Riechsinneszellen, die sich in morphologisch erkennbaren Sensillen auf den Antennen befinden. Die ON Riechsinneszellen signalisieren eine Zunahme der Duftkonzentration mit Anstieg ihrer Aktivität, die OFF Riechsinneszellen dagegen eine Abnahme der Duftkonzentration mit Anstieg ihrer Aktivität. Auch bei langsamen, kontinuierlichen Änderungen der Duftkonzentration ist immer eine der beiden Riechsinneszellen erregt. Auf diese Weise können Fluktuationen in der Duftkonzentration mit hoher Präzision erkannt werden. In meiner ersten Arbeit habe ich die Genauigkeit untersucht, mit der die Reaktionen der ON und OFF Riechsinneszellen schnelle Änderungen der Duftkonzentration nach Adaptation auf verschiedene konstante Duftkonzentrationen anzeigen. Zwei Eigenschaften kennzeichnen diese Riechsinneszellen. (1) Bei konstanter Duftkonzentration feuern die ON und OFF Riechsinneszellen mit einer kontinuierlichen Entladungsrate, die von der Höhe der Duftkonzentration abhängt. (2) Bei sprungartiger Änderung der Duftkonzentration variiert die Höhe der Impulsfrequenz der beiden Riechsinneszellen sowohl mit der Amplitude der Duftkonzentration als auch mit der Höhe der Duftkonzentration, von der die sprungartige Änderung erfolgte. In meiner zweiter Arbeit habe ich die Fähigkeit der ON und OFF Riechsinneszellen untersucht, ihre Empfindlichkeit auf die Änderungsrate der Duftkonzentration anzupassen. Bei oszillierender Duftkonzentration mit kurzer Dauer verstärken beide Riechsinneszellen ihre Empfindlichkeit für die momentane Duftkonzentration und verringern ihre Empfindlichkeit für die Änderungsrate der Duftkonzentration. Bei länger dauernden Oszillationen, verstärken beide Riechsinneszellen ihre Empfindlichkeit für die Änderungsrate und verringern ihre Empfindlichkeit für die momentane Duftkonzentration. Im olfaktorischen System erfolgt die Adaptation auf die Änderungsrate der Duftkonzentration an der Peripherie. Sie wird somit vom Duftreiz selbst oder von einem Signal der Riechsinneszelle gesteuert.
Abstract (eng)
In the cockroach peripheral system, the segregation of fruit odor information into parallel ON and OFF responses is a key process in promoting the detection of slight changes in odor concentration by providing excitatory signals for both increments and decrements. Since both types of olfactory receptor neurons (ORNs) are responding oppositely to the same change in odor concentration, they are able to enhance the temporal profile of an odor signal in order to maximize the steady flow of food odor information to the brain. To understand the functional role of parallel olfactory processing by means of the ON and OFF ORNs, a detailed knowledge of their response characteristics is required. In the first paper I demonstrate that odor concentration held at a constant level has a twofold effect on the discharge rates of the ON and OFF ORNs. (1) While odor concentration is constant, both types of ORNs maintain a continuous discharge with a constant frequency that depends on the concentration level. (2) When both cell types are presented with changes in odor concentration, the discharge rate is affected simultaneously by the magnitude of the change and by the level from which the change was initiated. The ON ORN’s discharge rate is high when the concentration jump is large, but for a given jump, frequency tends to be higher still when the initial concentration is also low. The frequency of the OFF ORN is high at large concentration drops, but higher still when the initial concentration is also low. Thus, the effect of changing odor concentrations on the responses of both the ON and OFF ORN is reinforced by falling initial odor concentrations. In the second paper I report that during slowly oscillating changes in the concentration of the odor of lemon oil the ON and OFF ORNs adapt to changes in the actual concentration and the rate at which concentration changes. When odor concentration oscillates rapidly with brief periods, adaptation improves the gain for instantaneous concentration and reduces the gain for the rate of concentration change. Conversely, when odor concentration oscillates slowly with long periods, adaptation increases the gain for the rate of change at the expense of instantaneous concentration. The signals controlling gain must be derived directly from the stimulus input or from a signal of the ORN itself. This may limit the accuracy with which gain can be controlled, but it permits the ORNs to operate over a wide range of stimulus conditions and to maintain sensitivity as the olfactory input changes.
Keywords (eng)
ON and OFF ORNsantagonistic responsechange in odor concentrationPeriplaneta americana
Keywords (deu)
ON und OFF Geruchsneuroneantagonistische ReaktionÄnderung der DuftkonzentrationPeriplaneta americana
Subject (deu)
Zoologie: Sonstiges
Type (deu)
Dissertation
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1286499
Number of pages
68
Association (deu)
Fakultät für Lebenswissenschaften
License
All rights reserved
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