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Radial distance perception in the somatosensory system of the mouse

Lorenz Pammer

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Michael Kiebler

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DOI

10.25365/thesis.6081

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29698.09331.478466-1

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Mäuse nutzen ihre Barthaare um Objekte zu detektieren, lokalisieren und zu identifizieren. Barthaare sind elastische dünne Kegel und die mechanische Reizaufnahme geschieht in den Barthaarfollikeln. In dieser Arbeit wurde den Fragen nachgegangen, ob Mäuse die Position von Objekten entlang der Barthaare (radiale Distanz) wahrnehmen können, welche Strategien sie dazu nutzen können und vorziehen; weiters die mechanischen Variablen zu identifizieren, welche die Information über radiale Distanz im Follikel enthalten. Mäuse, deren Kopf fest verankert war, wurden trainiert, die Entfernung zu einem auf einer Seite ihres Kopfes präsentierten Stabes abzuschätzen. Die Barthaare wurden dabei mittels Hochgeschwindigkeitsvideotechnik verfolgt. Die Mäuse teilten durch Schlecken mit, ob der Stab relativ nahe am Follikel (die go Position, angezeigt durch Schlecken) oder weiter lateral positioniert war (die no-go Position, nicht Schlecken). Nutzen Mäuse die inhärenten Längenunterschiede ihrer Barthaare um radiale Distanz abzuschätzen? Die Barthaare wurden auf eine Weise geschnitten, dass B2 und D2 den Stab nur in der go Position (proximal), mehrere andere Barthaare hingegen den Stab in beiden Positionen berühren konnten. Die Mäuse setzten eine binäre Strategie ein: wenn B2/D2 den Stab berührten, so musste es sich um einen go Stimulus handeln, wenn nicht, um einen no-go Stimulus. B2 und D2 wurden daraufhin abgeschnitten und konnten den Stab nicht mehr berühren, woraufhin die Leistung von >80% auf Zufallswerte fiel. Somit nutzen Mäuse eine “labeled line”-Strategie um die Position eines Objekts unter diesen Umständen zu ermitteln. Als nächstes wurde die Position des Objekts so definiert, dass ein einzelnes Barthaar (C2) bei Kontakt mit go und no-go Position den gleichen Winkel hatte. Unter diesen Umständen konnten Mäuse radiale Distanzen unterscheiden (>90% bei 3 mm Abstand). Psychometrische Kurven zeigten, dass Mäuse verlässlich radiale Distanzen mit Abständen von bis zu 2 mm unterscheiden können. Es wurde vorgeschlagen, dass Mäuse das Moment des Barthaares zur Radialdistanzbestimmung nutzen . Um diese Hypothese zu testen, wurden Mäuse trainiert, eine go von einer no-go Positionsspanne zu unterscheiden. Dazu wurden einige Male pro Experiment ein sehr flexibler Stab in der go Position präsentiert. Durch die Flexibilität wurde trotz der go Position das Moment der no-go Kategorie imitiert. Die Mäuse wurden nicht regelmäßig getäuscht, was andere Variablen, möglicherweise Axialkräfte entlang des Barthaares, als Informationsträger wahrscheinlich macht.

Abstract

(Englisch)

Mice sweep their whiskers through space to detect, locate and identify objects. Whiskers are elastic thin rods and all mechanotransduction occurs within the follicle at the base of the whisker. This study addresses the questions whether mice can detect object distance along the whisker (radial distance), which strategies they can and prefer to use when discriminating object positions and set out to identify the mechanical variables at the follicle providing information about radial distance. Head-fixed mice were trained to judge the distance to a pole presented on one side of their head. Whiskers were monitored and tracked using high-speed videography. Mice reported with licking whether the pole was in a position relatively close to the follicle (the go position reported by licking) or more laterally (no-go position reported by withholding the licking response). Do mice take advantage of systematic differences in whisker length to judge radial distance? Whiskers were trimmed such that B2 and D2 could contact the pole only in the go (proximal) position, whereas multiple other whiskers could touch the pole in both positions. Mice appeared to adopt a binary strategy: if B2/D2 contacted the pole, it must be a go, otherwise a no-go. B2 and D2 were then cut so that each was too short to contact either stimulus. Performance transiently dropped from >80% close to chance levels. Mice therefore used a “labeled line” strategy to judge pole position under these conditions. We next chose stimulus positions such that for a single whisker (C2) the azimuth at contact was the same for both go and no-go trials. Under these conditions mice performed radial distance discrimination (>90% at 3 mm offsets). Psychometric curves revealed that mice reliably distinguish radial distance offsets as small as 2"mm. It has been proposed that mice use the rate-of-change of the moment (RCM) acting on the whisker to measure radial distance (Birdwell et al., 2007). To test this hypothesis, mice were trained to discriminate a single proximal go position from a range of distal no-go positions; mice thus had to categorize stimuli. In a subset of trials, a highly flexible pole was presented in the go position; due to the deflection of the flexible pole this mimicked the RCM of the no-go category. The mice were not reliably “fooled” suggesting that other variables, likely axial forces along the whisker, are cues for radial distance perception.

Autor*innen

Lorenz Pammer

Haupttitel (Englisch)

Radial distance perception in the somatosensory system of the mouse

Paralleltitel (Deutsch)

Wahrnehmung radialer Distanz im somatosensorischen System der Maus

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

83 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Michael Kiebler

Klassifikationen

42 Biologie > 42.17 Allgemeine Physiologie ,

42 Biologie > 42.99 Biologie: Sonstiges

AC Nummer

AC08165678

Utheses ID

5466

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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