Physiological analysis of central and peripheral insect circadian pacemaker neurons

Alle bisher untersuchten Lebewesen besitzen (circadiane) innere Uhren, die eine endogene Perioden-länge von ungefähr 24 Stunden generieren. Eine innere Uhr kann über Zeitgeber mit der Umwelt synchronisiert werden und ermöglicht dem Organismus, rhythmische Umweltveränderungen vorweg zu nehmen. Neben einem zentralen Schrittmacher, der Physiologie und Verhalten des Organismus steuert, gibt es in unterschiedlichen Organen auch periphere Uhren, die die zeitlichen Abläufe in der spezifischen Funktion dieser Organe steuern. In dieser Arbeit sollten zentrale und periphere Schrittmacherneurone von Insekten physiologisch untersucht und verglichen werden. Die Neurone der akzessorischen Medulla (AME) von Rhyparobia maderae dienten als Modellsystem für zentrale Schrittmacher, während olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) von Manduca sexta als Modellsystem für periphere Schrittmacher dienten. Die zentralen Schrittmacherneurone wurden in extrazellulären Ableitungen an der isolierten AME (Netzwerkebene) und in Patch-Clamp Experimenten an primären AME Zellkulturen (Einzelzellebene) untersucht. Auf Netzwerkebene zeigten sich zwei charakteristische Aktivitätsmuster: regelmäßige Aktivität und Wechsel zwischen hoher und niedriger Aktivität (Oszillationen). Es wurde gezeigt, dass Glutamat ein Neurotransmitter der weitverbreiteten inhibitorischen Synapsen der AME ist, und dass in geringem Maße auch exzitatorische Synapsen vorkommen. Das Neuropeptid pigment-dispersing factor (PDF), das von nur wenigen AME Neuronen exprimiert wird und ein wichtiger Kopplungsfaktor im circadianen System ist, führte zu Hemmungen, Aktivierungen oder Oszillationen. Die Effekte waren transient oder langanhaltend und wurden wahrscheinlich durch den sekundären Botenstoff cAMP vermittelt. Ein Zielmolekül von cAMP war vermutlich exchange protein directly activated by cAMP (EPAC). Auf Einzelzellebene wurde gezeigt, dass die meisten AME Neurone depolarisiert waren und deshalb nicht feuerten. Die Analyse von Strom-Spannungs-Kennlinien und pharmakologische Experimente ergaben, dass unterschiedliche Ionenkanäle vorhanden waren (Ca2+, Cl-, K+, Na+ Kanäle sowie nicht-spezifische Kationenkanäle). Starke, bei hohen Spannungen aktivierende Ca2+ Ströme (ICa) könnten eine wichtige Rolle bei Ca2+-abhängiger Neurotransmitter-Ausschüttung, Oszillationen, und Aktionspotentialen spielen. PDF hemmte unterschiedliche Ströme (ICa, IK und INa) und aktivierte nicht-spezifische Kationenströme (Ih). Es wurde angenommen, dass simultane PDF-abhängige Hyper- und Depolarisationen rhythmische Membranpotential-Oszillationen verursachen. Dieser Mechanismus könnte eine Rolle bei PDF-abhängigen Synchronisationen spielen. Die Analyse peripherer Schrittmacherneurone konzentrierte sich auf die Charakterisierung des olfaktorischen Corezeptors von M. sexta (MsexORCO). In anderen Insekten ist ORCO für die Membran-Insertion von olfaktorischen Rezeptoren (ORs) erforderlich. ORCO bildet Komplexe mit den ORs, die in heterologen Expressionssystemen als Ionenkanäle fungieren und Duft-Antworten vermitteln. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MsexORCO in pheromonsensitiven ORNs in vivo nicht als Teil eines ionotropen Rezeptors sondern als Schrittmacherkanal fungiert, der unterschwellige Membranpotential-Oszillationen generiert. MsexORCO wurde mit vermeintlichen Pheromonrezeptoren in human embryonic kidney (HEK 293) Zellen coexprimiert. Immuncytochemie und Ca2+ Imaging Experimente zeigten sehr schwache Expressionsraten. Trotzdem war es möglich zu zeigen, dass MsexORCO wahrscheinlich ein spontan-aktiver, Ca2+-permeabler Ionenkanal ist, der durch den ORCO-Agonisten VUAA1 und cyclische Nucleotide aktiviert wird. Außerdem wiesen die Experimente darauf hin, dass MsexOR-1 offensichtlich der Bombykal-Rezeptor ist. Eine weitere Charakterisierung von MsexORCO in primären M. sexta ORN Zellkulturen konnte nicht vollendet werden, weil die ORNs nicht signifikant auf ORCO-Agonisten oder -Antagonisten reagierten.

"Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons"

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2z, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2z channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2z and BK channels are coupled within distances of *20 nm (200 A˚). The second cluster consists of L-type Ca2z and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a ‘‘locked-in’’ state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential- based value.

Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons

Many connections in the basal ganglia are made around birth when animals are exposed to a host of new affective, cognitive, and sensori-motor stimuli. It is thought that dopamine modulates cortico-striatal synapses that result in the strengthening of those connections that lead to desired outcomes. We propose that there must be a time before which stimuli cannot be processed into functional connections, otherwise it would imply an effective link between stimulus, response, and reward in uterus. Consistent with these ideas, we present evidence that early in development dopamine neurons are electrically immature and do not produce high-frequency firing in response to salient stimuli. We ask first, what makes dopamine neurons immature? and second, what are the implications of this immaturity for the basal ganglia? As an answer to the first question, we find that at birth the outward current is small (3nS-V), insensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. Rapidly after birth, the outward current increases to 15nS-V and becomes sensitive to Ca2+, TEA, BK, and SK blockers. We make a detailed analysis of the kinetics of the components of the outward currents and produce a model for BK and SK channels that we use to reproduce the outward current, and to infer the geometrical arrangement of BK and Ca2+ channels in clusters. In the first cluster, T-type Ca2+ and BK channels are coupled within distances of similar to 20 nm (200 parallel to). The second cluster consists of L-type Ca2+ and BK channels that are spread over distances of at least 60 nm. As for the second question, we propose that early in development, the mechanism of action selection is in a "locked-in" state that would prevent dopamine neurons from reinforcing cortico-striatal synapses that do not have a functional experiential-based value.

Why our brains cherish humanity: Mirror neurons and colamus humanitatem

Commonsense says we are isolated. After all, our bodies are physically separate. But Seneca’s colamus humanitatem, and John Donne’s observation that “no man is an island” suggests we are neither entirely isolated nor separate. A recent discovery in neuroscience—that of mirror neurons—argues that the brain and the mind is neither built nor functions remote from what happens in other individuals. What are mirror neurons? They are brain cells that process both what happens to or is done by an individual, and, as it were, its perceived “reflection,” when that same thing happens or is done by another individual. Thus, mirror neurons are both activated when an individual does a particular action, and when that individual perceives that same action done by another. The discovery of mirror neurons suggests we need to radically revise our notions of human nature since they offer a means by which we may not be so separated as we think. Humans unlike other apes are adapted to mirror interact nonverbally when together. Notably, our faces have been evolved to display agile and nimble movements. While this is usually explained as enabling nonverbal communication, a better description would be nonverbal commune based upon mirror neurons. I argue we cherish humanity, colamus humanitatem, because mirror neurons and our adapted mirror interpersonal interface blur the physical boundaries that separate us.

All about my rabbit and me.

Se trata de ayudar a los niños en la elección y el cuidado del conejo como mascota. Aconseja la vivienda para proporcionar un entorno seguro tanto en el interior como al aire libre, y la elección de todo el equipo necesario. Incluye directrices y rutinas importantes para la alimentación, la salud, la higiene y sobre la manipulación y el aseo. Propone llevar un diario para que los niños puedan anotar lo más importante del conejo y conservar sus recuerdos en las distintas etapas de su vida.

Run, rabbit, run.

Conejo se esconde de algo que le tiene miedo . No es de un caballo, no se trata de una gallina, ni del tractor del granjero, ni del cerdo nuevo. Es mucho más peligroso que todos ellos y sólo hay una cosa que mantiene al conejo fuera de peligro:correr. Historia, para los más pequeños, con muchos animales de granja para identificar.

Rabbit food.

Historia donde los niños descubren que los adultos también pueden ser caprichosos con la comida. John, un joven conejo, se niega a comer sus verduras. Frustrado, su padre pide la ayuda de Tío Bunny, que se ofrece para cuidar de sus sobrinos durante el fin de semana con la instrucción, que John coma de todo. Participando con los jóvenes en actividades físicas y deportivas el tío consigue que todos tengan hambre, entre ellos John, que sucumbe a su voraz apetito y come verduras. Sin embargo, aunque el tío explica la necesidad de comer verduras, se las arregla para evitar comer su zanahoria. Cuando se lo dice su sobrino, el tío Bunny reconoce su aversión por la raíz, aunque admite, de acuerdo, no son malas.

Me and my pet rabbit.

Lo que debe se saber sobre la compra y el cuidado del conejo como mascota. Cual es el mejor para la familia. Cuando están preparados los niños para la tener la responsabilidad del conejo. Incluye directrices y rutinas importantes para la alimentación,la salud, la higiene y sobre la manipulación y el aseo.

Little rabbit Foo Foo.

Él es salvaje, es malvado, es Little Rabbit Foo Foo. Al pequeño matón le gusta andar por el bosque golpeando a todos en la cabeza. Gusanos, tigres, nadie está a salvo. Hasta que se le aparece la buena hada muy enfadada.

Greyfur : the story of a rabbit.

Greyfur es un conejo que pace pacíficamente al sol del verano en el Gran bosque con sus pequeños hijos que juegan alegremente. De pronto, un ruido cercano le sobresalta. Ha visto una comadreja que merodea cerca de éstos, por lo que Greyfur se lanza a protegerlos de este feroz depredador. Al final del libro, hay información sobre animales y plantas que aparecen en la historia y, además se proponen actividades para que los niños aprendan a conocer algunos aspectos de la vida salvaje.

Merry christmas, Peter Rabbit : a touch-and feel book.

Libro con texturas para los más pequeños en el que Peter Rabbit y sus amigos se divierten en Navidad.