Electrophysiological properties of local interneurons in the primary olfactory center of the moth brain

Abstract

Et av de mest avgjørende målene innen nevrovitenskap er å oppnå en forståelse av nevrale kretser, spesielt de generelle prinsippene som ligger til grunn for hvordan signaler blir behandlet lokalt. Denne typen forståelse kan imidlertid ikke oppnås uten at de grunnleggende mekanismene til slike nevrale nettverk undersøkes og identifiseres, fortrinnsvis på nivået til den enkelte nevrale komponenten. Fordi menneskets nevrale kretser vanligvis fremstår som ekstremt intrikate, har det vist seg å være teknisk utfordrende å undersøke samt oppdrive kunnskap av denne typen. Av den grunn er det ideelt å benytte modale organismer som har sammenliknbare nevrale systemer som pattedyr, og som er tilgjengelige for eksperimentelle studier. Insekter har vist seg som gunstige objekter for å utforske luktsystemet på grunn av deres avanserte luktesans og relativt enkle hjerne. Videre, for å forstå behandlingen av lokale signaler, ser lokale interneuroner (LN) i antenneloben til hannmøll, ut til å være gunstige eksperimentelle emner, ettersom nye bevis peker mot at slike nevroner også i møll, har forskjellige iboende signaturer samt synaptiske forgreninger. Av den grunn har vi undersøkt de elektrofysiologiske egenskapene til morfologisk karakteriserte antennelobe-LN-er. Den omfattende mengden av presis data ble innhentet gjennom en rekke avanserte tilnærminger, som kombinerte skarp-elektrode intracellulære opptak, iontoporetisk farging og konfokal mikroskopi. I halvparten av de identifiserte LN-ene, ble en tydelig bølgeform av aksjonspotensialet funnet, hvilket inkluderte et karakteristisk etterpotensial, kjent som et depolarisert etterpotensial (DAP). Dette oppmuntret oss til å undersøke om slike utypiske etterpotensialer kan gjenspeile noen forskjell i den spontane aktiviteten så vel som responsmønsteret til nevronene. Resultatene våre ga inntrykk av at bølgeformen til aksjonspotensialet kan påvirke de iboende egenskapene disse nevronene har til å fyre. Imidlertid syntes bølgeformens innvirkning på luktfremkallende respons å være begrenset.

Within the field of neuroscience, one of the ultimate goals is to obtain an understanding of the neural circuit, in particular general principles underlying local processing of signals. This type of comprehension, however, cannot be achieved without examining and identifying the fundamental mechanisms of such networks, preferably at the level of the single neuronal component. Because the neural circuits of humans usually appear immensely intricate, investigating and obtaining knowledge of this sort, has proven to be technically challenging. Therefore, it is ideal to utilizing modal organisms which possess comparable neural systems with that of mammals as well as being accessible for experimental studies. Insects, for example, have been favourable objects for exploring the olfactory system due to their advanced sense of smell and relatively simple brain. Furthermore, to understanding the processing of local signals, local interneurons (LNs) in the antennal lobe of male moths appear to be optimal experimental subjects, with emerging evidence showing that also in the moths, such neurons have diverse intrinsic signatures as well as various synaptic wiring patterns. Thus, we investigated the electrophysiological properties of morphologically characterized antennal lobe LNs. The comprehensive amount of precise data was obtained through a series of advanced approaches, combining sharp electrode intracellular recordings, iontophoretic staining and confocal microscopy. In half of the identified LNs, we found a distinct waveform of the spike which included a characteristic afterpotential, known as a depolarized afterpotential (DAP). This encouraged us to examine whether these untypical afterpotentials could reflect any difference in the spontaneous activity as well as response pattern of the neurons. Our results provided evidence that the waveform of the action potential might influence the intrinsic firing properties of these neurons. However, the impact of the waveform on the odour-evoked response seemed to be restricted.