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Nf02_2013 - Helmchen, Fritjof

Interaktion von sensorischen und motorischen Signalen im visuellen Kortex der Maus (nach (Keller et al. 2012)). A) Schema des Versuchsaufbaus. Die Maus wird mithilfe eines Kopfhalters unter dem 2-Photonen-Mikroskop fixiert (hier nicht gezeigt). Ein luftgelagerter Styroporball ermöglicht dem Tier stationär zu laufen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Balls wird von einem optischen Sensor erfasst und steuert – im closed-loop Modus – den Bewegungsfluss des visuellen Stimulus, der auf Monitoren zu beiden Seiten der Maus gezeigt wird. Eine Sichtblende oberhalb des Balls vor der Maus verhindert, dass das Tier „echtes“ visuelles Feedback bekommt. In den hier beschriebenen Experimenten wurde die Rotation des Balls um die Hochachse blockiert. B) Antworten eines GCaMP3 exprimierenden Neurons in Schicht 2/3 des visuellen Kortex unter verschiedenen experimentellen Bedingungen. Die obere Spur zeigt die Fluoreszenzänderung (ΔF/F) im closed-loop Modus: Das Neuron antwortet während die Maus läuft und visuelles Feedback erhält (grau unterlegt). Die Spur unten stammt vom gleichen Neuron, das auch, etwas schwächer, bei passiver visueller Stimulation (grün unterlegt) antwortet, also wenn die Maus nicht läuft. Grüne Spur: binärer Vektor für visuellen Bewegungsfluss, rote Spur: binärer Vektor für das Laufen der Maus. C) Gemittelte Antwortstärken (von 269 Neuronen) bei verschiedenen Stimuluskonfigurationen. Visuelle Stimulation während des Laufens führt zur stärksten Aktivierung, während visuelle Stimulation der stillsitzenden Maus vergleichsweise kleine Antworten hervorruft, die im Mittel sogar schwächer sind als die während des Laufens in vollständiger Dunkelheit. D) Beispiel eines Neurons, das sehr ausgeprägt auf kurzzeitiges Anhalten des visuellen Bewegungsflusses (orange unterlegt) bei der laufenden Maus antwortet. E) Gemittelte Antwortstärken des Neurons aus D) unter verschiedenen Stimulationsbedingungen. Die weitaus stärkste Reaktion erfolgt nach dem kurzzeitigen Anhalten des Bewegungsflusses bei der laufenden Maus, also bei plötzlichen Abweichungen zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen visuellen Eingang (´feedbackmismatch´).

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