Titelaufnahme

Titel
3D-reconstructions of a motion detecting pathway with serial block face scanning electron microscopy (SBEM) / Ulrich Hobusch
Verfasser/ VerfasserinHobusch, Ulrich
Begutachter / BegutachterinLeitinger, Gerd
Erschienen2015
Umfang47 Bl. : Zsfassungen (2 Bl.) ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Masterarb., 2015
Anmerkung
Zsfassungen in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Heuschrecken / Bewegungsmelder / Neurobiologie / Heuschrecken / Bewegungsmelder / Neurobiologie / Online-Ressource
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-92960 Persistent Identifier (URN)
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3D-reconstructions of a motion detecting pathway with serial block face scanning electron microscopy (SBEM) [10.82 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Einige Mechanismen aus dem Tierreich lassen sich vielversprechend für mögliche technische Anwendungen einsetzen. Unser Interesse gilt einem neuronalen Schaltkreis, der es Heuschrecken ermöglicht herannahende Feinde, meistens Vögel, schon früh zu erkennen. Unser Ziel ist es den gesamten Mechanismus zu verstehen, um die, für die Entwicklung von technischen Anwendungen, benötigten Grundlagen zu stellen. Diese technischen Hilfsmittel sollen später blinden Menschen im täglichen Leben eine Hilfestellung bieten. Zur Umsetzung unserer Idee nutzen wir das LGMD-Neuron (Lobula Giant Movement Detector) von Locusta migratoria, welches sich durch das Herannahen von Objekten erregen lässt. Das LGMD wird von einer großen Zahl an TmAs (transmedullären afferenten Zellen) durch Synapsen stimuliert, die Änderungen des Lichteinfalls am Komplexauge in Form von synaptischen Potentialen weitergeben. Nachdem die Verzweigung und die synaptische Konnektivität der TmAs noch unbekannt ist, umfasst unser Projekt sowohl die Rekonstruktion einer gesamten TmA, ab ihrem Kontakt zum LGMD, als auch die Visualisierung des synaptischen Verschaltungsmusters. Mithilfe von SBEM (Serial Block Face Scanning Electron Microscopy) ist es uns heute möglich serielle Schnitte und dazugehörige Aufnahmen aus Kunstharzblöcken zu generieren. Anhand der Schnitte kann sowohl der Verlauf der Zelle verfolgt werden, als auch für die Verschaltung wichtige Synapsen lokalisiert werden. Diese Daten sind somit zusammen mit den neurophysiologischen Ergebnissen und dem Wissen um die natürliche Umgebung der Heuschrecke essentiell für zukünftige technische Anwendung für sehbehinderte Menschen oder Kollisionsdetektoren in der Autoindustrie. Diese Arbeit beinhaltet erstmals eine vollständige Rekonstruktion einer TmA mit der Gesamtheit aller ihrer Synapsen. Aufgrund der verzeichneten Verzweigungen ist ein weiteres unbekanntes Neuron mit wesentlicher Bedeutung in der Verschaltung des Bewegungssensors sehr wahrscheinlich.

Zusammenfassung (Englisch)

Various simple mechanisms found in wildlife provide promising use in technological applications based on bio-inspired design. Our research interest focuses on a neuronal circuit of grasshoppers, which uses a motion detection pathway to warn these animals of impeding objects mostly triggered through avian predators. We want to understand the overall network that will give us crucial knowledge for constructing a technical device that could find application in every day life of blind and visually impaired people. For this approach we exploit a visual neuron of Locusta migratoria, the Lobula Giant Movement Detector (LGMD), which is excited by images of approaching objects. During this process a large number of TmAs (afferent neurons) target the LGMD with synapses, which signal changes in light levels in distinct spatial directions. Because the branching pattern and connectivity of the TmAs was previously unknown, our project consists of the reconstruction of a whole TmA, tracing it from its connection with the LGMD to its origin closer to the compound eye, and visualising its synaptic connectivity pattern. With the use of Serial Block Face Scanning Electron Microscopy (SBEM) it is now possible to scan serial micrographs of resin-embedded samples at nano scale. From the serial micrographs the cell can be tracked and its synapses can be delineated that carry important information about how the circuit could work. Together with neurophysiological data and locust behavioural understanding overall understanding of this visual circuit can help us build future applications that can be applied in various fields like the car industry or devices for blind people. This is the first description of a whole TmA with all its synapses. Moreover, the branching and connectivity pattern lead us to speculate that a further, previously unknown, neuron is involved in this movement detection circuit.