Two identified looming detectors in the locust: ubiquitous lateral connections among their inputs contribute to selective responses to looming objects
Creators
- 1. Newcastle University
- 2. Austrian Centre for Electron Microscopy and Nanoanalysis
- 3. Graz University of Technology
- 4. University of Buenos Aires
- 5. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
Abstract In locusts, two lobula giant movement detector neurons (LGMDs) act as looming object detectors. Their reproducible responses to looming and their ethological significance makes them models for single neuron computation. But there is no comprehensive picture of the neurons that connect directly to each LGMD. We used high-through-put serial block-face scanning-electron-microscopy to reconstruct the network of input-synapses onto the LGMDs over spatial scales ranging from single synapses and small circuits, up to dendritic branches and total excitatory input. Reconstructions reveal that many trans-medullary-afferents (TmAs) connect the eye with each LGMD, one TmA per facet per LGMD. But when a TmA synapses with an LGMD it also connects laterally with another TmA. These inter-TmA synapses are always reciprocal. Total excitatory input to the LGMD 1 and 2 comes from 131,000 and 186,000 synapses reaching densities of 3.1 and 2.6 synapses per μm 2 respectively. We explored the computational consequences of reciprocal synapses between each TmA and 6 others from neighbouring columns. Since any lateral interactions between LGMD inputs have always been inhibitory we may assume these reciprocal lateral connections are most likely inhibitory. Such reciprocal inhibitory synapses increased the LGMD's selectivity for looming over passing objects, particularly at the beginning of object approach.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة في الجراد، يعمل اثنان من الخلايا العصبية للكشف عن الحركة العملاقة الفصيصية (LGMDs) ككاشفات للأجسام تلوح في الأفق. إن استجاباتهم القابلة للتكرار في الأفق وأهميتهم الأخلاقية تجعلهم نماذج لحساب خلية عصبية واحدة. ولكن لا توجد صورة شاملة للخلايا العصبية التي تتصل مباشرة بكل جهاز LGMD. استخدمنا المسح الضوئي المتسلسل عالي الوضوح لكتلة الوجه - المجهر الإلكتروني لإعادة بناء شبكة مزامنات الإدخال على أجهزة LGMDs على المقاييس المكانية التي تتراوح من المشابك الفردية والدوائر الصغيرة، وصولاً إلى الفروع التغصنية وإجمالي المدخلات المثيرة. تكشف عمليات إعادة البناء أن العديد من المواد الواردة عبر النخاع (TMAs) تربط العين بكل جهاز LGMD، أي جهاز TMA واحد لكل وجه لكل جهاز LGMD. ولكن عندما يتشابك TMA مع LGMD، فإنه يتصل أيضًا أفقيًا بـ TMA آخر. هذه المشابك العصبية بين TMA متبادلة دائمًا. يأتي إجمالي المدخلات المثيرة في LGMD 1 و 2 من 131000 و 186000 نقطة تشابك تصل إلى كثافات 3.1 و 2.6 نقطة تشابك لكل ميكرومتر 2 على التوالي. استكشفنا العواقب الحسابية للمشابك المتبادلة بين كل TmA و 6 أخرى من الأعمدة المجاورة. نظرًا لأن أي تفاعلات جانبية بين مدخلات LGMD كانت دائمًا مثبطة، فقد نفترض أن هذه الوصلات الجانبية المتبادلة مثبطة على الأرجح. زادت هذه المشابك المثبطة المتبادلة من انتقائية LGMD لتلوح في الأفق فوق الأجسام المارة، خاصة في بداية اقتراب الجسم.Translated Description (French)
Résumé Chez les sauterelles, deux neurones détecteurs de mouvements géants des lobules (LGMD) agissent comme des détecteurs d'objets imminents. Leurs réponses reproductibles à l'imminence et leur signification éthologique en font des modèles pour le calcul d'un seul neurone. Mais il n'y a pas d'image complète des neurones qui se connectent directement à chaque LGMD. Nous avons utilisé la microscopie électronique à balayage de face de bloc série à débit élevé pour reconstruire le réseau de synapses d'entrée sur les LGMD sur des échelles spatiales allant des synapses simples et des petits circuits, jusqu'aux branches dendritiques et à l'entrée excitatrice totale. Les reconstructions révèlent que de nombreux afférents trans-médullaires (TmA) relient l'œil à chaque LGMD, un TmA par facette par LGMD. Mais lorsqu'un TmA se synapse avec un LGMD, il se connecte également latéralement à un autre TmA. Ces synapses inter-TmA sont toujours réciproques. L'apport excitateur total aux LGMD 1 et 2 provient de 131 000 et 186 000 synapses atteignant des densités de 3,1 et 2,6 synapses par μm 2 respectivement. Nous avons exploré les conséquences computationnelles des synapses réciproques entre chaque TmA et 6 autres de colonnes voisines. Étant donné que toute interaction latérale entre les entrées LGMD a toujours été inhibitrice, nous pouvons supposer que ces connexions latérales réciproques sont très probablement inhibitrices. De telles synapses inhibitrices réciproques ont augmenté la sélectivité du LGMD à l'égard des objets qui passent, en particulier au début de l'approche de l'objet.Translated Description (Spanish)
Resumen En las langostas, dos neuronas detectoras de movimiento gigante de lóbulo (LGMD) actúan como detectores de objetos inminentes. Sus respuestas reproducibles a lo que se avecina y su importancia etológica los convierten en modelos para el cálculo de neuronas individuales. Pero no hay una imagen completa de las neuronas que se conectan directamente a cada LGMD. Utilizamos microscopía electrónica de barrido de cara de bloque en serie de alto rendimiento para reconstruir la red de sinapsis de entrada en los LGMD a escalas espaciales que van desde sinapsis individuales y circuitos pequeños, hasta ramas dendríticas y entrada excitatoria total. Las reconstrucciones revelan que muchos aferentes transmedulares (TmA) conectan el ojo con cada LGMD, una TmA por faceta por LGMD. Pero cuando una TmA hace sinapsis con una LGMD, también se conecta lateralmente con otra TmA. Estas sinapsis inter-TmA son siempre recíprocas. La entrada excitatoria total a la LGMD 1 y 2 proviene de 131.000 y 186.000 sinapsis que alcanzan densidades de 3,1 y 2,6 sinapsis por μm 2 respectivamente. Exploramos las consecuencias computacionales de las sinapsis recíprocas entre cada TmA y otras 6 de columnas vecinas. Dado que cualquier interacción lateral entre las entradas de LGMD siempre ha sido inhibitoria, podemos suponer que estas conexiones laterales recíprocas son probablemente inhibitorias. Tales sinapsis inhibitorias recíprocas aumentaron la selectividad de la LGMD para asomarse sobre los objetos que pasan, particularmente al comienzo del enfoque de objetos.Files
srep35525.pdf.pdf
Files
(8.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2cec3e9d8d53fee950adebf9c2026450
|
8.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- كاشفان محدّدان يلوحان في الأفق في الجراد: تساهم الوصلات الجانبية المنتشرة في كل مكان بين مدخلاتهما في استجابات انتقائية للأجسام التي تلوح في الأفق
- Translated title (French)
- Deux détecteurs de menace identifiés dans le criquet pèlerin : des connexions latérales omniprésentes entre leurs entrées contribuent à des réponses sélectives aux objets imminents
- Translated title (Spanish)
- Dos detectores identificados que se avecinan en la langosta: las conexiones laterales ubicuas entre sus entradas contribuyen a las respuestas selectivas a los objetos que se avecinan
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2533977883
- DOI
- 10.1038/srep35525
References
- https://openalex.org/W1574902170
- https://openalex.org/W1826686012
- https://openalex.org/W1955753231
- https://openalex.org/W1965095931
- https://openalex.org/W1966730751
- https://openalex.org/W1969661197
- https://openalex.org/W1973148602
- https://openalex.org/W1977290913
- https://openalex.org/W1978364574
- https://openalex.org/W1979629991
- https://openalex.org/W1984736547
- https://openalex.org/W1986045701
- https://openalex.org/W1986323200
- https://openalex.org/W1989621138
- https://openalex.org/W1990345835
- https://openalex.org/W1991472850
- https://openalex.org/W1995542880
- https://openalex.org/W1997136271
- https://openalex.org/W2014891258
- https://openalex.org/W2020134397
- https://openalex.org/W2027446612
- https://openalex.org/W2031434545
- https://openalex.org/W2032167415
- https://openalex.org/W2038665424
- https://openalex.org/W2044896442
- https://openalex.org/W2045998272
- https://openalex.org/W2050121548
- https://openalex.org/W2050303485
- https://openalex.org/W2062989488
- https://openalex.org/W2069302227
- https://openalex.org/W2069944956
- https://openalex.org/W2074641921
- https://openalex.org/W2083252150
- https://openalex.org/W2088535609
- https://openalex.org/W2088955805
- https://openalex.org/W2100478972
- https://openalex.org/W2110408936
- https://openalex.org/W2113097520
- https://openalex.org/W2114538750
- https://openalex.org/W2119513601
- https://openalex.org/W2121659143
- https://openalex.org/W2123558647
- https://openalex.org/W2129036096
- https://openalex.org/W2130182339
- https://openalex.org/W2130491336
- https://openalex.org/W2142784661
- https://openalex.org/W2144118163
- https://openalex.org/W2199043346
- https://openalex.org/W2232762858
- https://openalex.org/W2280498916
- https://openalex.org/W2285855801
- https://openalex.org/W2309827256
- https://openalex.org/W2316795009
- https://openalex.org/W2317796034
- https://openalex.org/W2343863600
- https://openalex.org/W2395798553
- https://openalex.org/W2462006029
- https://openalex.org/W4212952892
- https://openalex.org/W95760796