Show simple item record

2015-01-07Dissertation DOI: 10.18452/17135
Firing-rate resonances in small neuronal networks
dc.contributor.authorRau, Florian
dc.date.accessioned2017-06-18T13:42:25Z
dc.date.available2017-06-18T13:42:25Z
dc.date.created2015-02-18
dc.date.issued2015-01-07
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/17787
dc.description.abstractIn vielen Kommunikationssytemen wird Information durch die zeitliche Struktur von Signalen kodiert. Ein neuronales System, welches rhythmische Signale verarbeitet, sollte davon profitieren, seine inhärenten Filtereigenschaften den Frequenzcharakteristika dieser Signale anzupassen. Die Grille Gryllus bimaculatus stellt ein einfaches biologisches System dar, für welches nur wenige, spezifische Modulationsfrequenzen verhaltensrelevant sind. Ich habe einzelne Neuronen im peripheren und höheren auditorischen System der Grille hinsichtlich einer möglichen Anpassung auf diese Frequenzen untersucht. Hierfür habe ich extrazelluläre Elektrophysiologie mit verschiedenen Stimulationsparadigmen kombiniert, welche auf amplitudenmodulierten Tönen basierten. Die Analyse der experimentellen Daten ergab, dass bereits in der auditorischen Peripherie einige der untersuchten Neurone Bandpasseigenschaften aufwiesen, da sie verhaltensrelevante Modulationsfrequenzen mit den höchsten Feuerraten beantworteten. Anhand einfacher mathematischer Modelle demonstriere ich, wie weitverbreitete, zellintrinsische und netzwerkbasierte Mechanismen die beobachteten Feuerratenresonanzen erklären könnten. Diese Mechanismen umfassen unterschwellige Resonanz von Membranströmen, aktivitätsabhängige Adaptation, sowie das Zusammenwirken von Exzitation und Inhibition. Ich zeige, wie eine serielle Kombination solcher elementarer Filter die deutliche Selektivität im Verhalten der Grille erklären könnte, ohne dabei auf ein dediziertes Filterelement zurückzugreifen. Allgegenwärtige neuronale Mechanismen könnten demnach eine dezentralisierte Filterkaskade in einem hochspezialisierten und größenbeschränkten neuronalen System begründen.ger
dc.description.abstractIn many communication systems, information is encoded in the temporal pattern of signals. For rhythmic signals that carry information in specific frequency bands, a neuronal system may profit from tuning its inherent filtering properties towards a peak sensitivity in the respective frequency range. The cricket Gryllus bimaculatus is a simple biological system for which only a narrow range of modulation frequencies is behaviorally relevant. I examined individual neurons in the peripheral and higher auditory system for tuning towards specific temporal parameters and modulation frequencies. To this end, I combined extracellular electrophysiology with different stimulation paradigms involving amplitude-modulated sounds. Analysis of the experimental data revealed that—even in the auditory periphery—some of the examined neurons acted as tuned band-pass filters, yielding highest firing-rates for behaviorally relevant modulation frequencies. Using simple computational models, I demonstrate how common, cell-intrinsic or network-based mechanisms could account for the experimentally observed firing-rate resonances. These mechanisms include subthreshold resonances, spike-triggered adaptation, as well as the interplay of excitation and inhibition. I present how a serial combination of such elementary filters could explain the strong selectivity evident in the cricket’s behavior—without the need for a dedicated filter element. Pervasive neuronal mechanisms could therefore constitute an efficient, distributed frequency filter in a highly specialized, size-constrained neuronal system.eng
dc.language.isoeng
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät
dc.rightsNamensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
dc.subjectAuditorische Verarbeitungger
dc.subjectNeuronenmodelleger
dc.subjectGrilleger
dc.subjectAkustische Kommunikationger
dc.subjectBandpassfilterger
dc.subjectFeuerratenresonanzger
dc.subjectCricketeng
dc.subjectAuditory Processingeng
dc.subjectAcoustic Communicationeng
dc.subjectNeuron Modelseng
dc.subjectBand-pass Filteringeng
dc.subjectFiring-rate Resonanceeng
dc.subject.ddc570 Biologie
dc.titleFiring-rate resonances in small neuronal networks
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-100226621
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/17135
dc.identifier.alephidBV042367385
dc.date.accepted2014-12-19
dc.contributor.refereeHennig, Matthias
dc.contributor.refereeSchreiber, Susanne
dc.contributor.refereeNawrot, Martin
dc.subject.dnb32 Biologie
dc.subject.rvkWT 4521
local.edoc.pages96
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionLebenswissenschaftliche Fakultät

Show simple item record