Morphological and electrophysiological properties of lateral deutocerebral cells in desert locust Schistocerca gregaria

Abstract

In the dorsolateral area of the brain of the locust Schistocerca gregaria two descending octopaminergic cells were identified by Kononenko et al. (2009). Later studies showed, that these cells are part of a bigger cluster with five of them descend to at least, the prothoracic ganglion and four to the 4th abdominal ganglion. In this work the dorsolateral cluster in the brain was characterized with respect to the count of cells and their size. Retrograde stainings were performed between the 5th and 4th abdominal ganglia, combined with anti-tyramine and anti-octopamine stainings to evaluate the size and number of descending and octopaminergic cells with four of them found to be descending to, at least, the 5th abdominal ganglion. Furthermore, all five known descending cells from the dorsolateral cluster in locust were stained and characterized with respect to their anatomy and electrical properties. In four of them, initial evaluation of their response to sensory stimulation was performed. These cells have cell bodies which are among the largest in the DLC and project within brain to the regions of central complex, lateral deutocerebrum and the peduncle of the mushroom body. Additionally, some of them project to the lateral accessory lobe and the antennal lobe. Most of them are slow-spiking cells with a characteristic spike shape, being, most likely, neuromodulatory interneurons. DLC cells receive mechanosensory input from different parts of the body. Exact pattern of mechanosensory input varies between cells of different type, but all cells tested for sensory input received excitatory mechanosensory input from the abdomen. The function of these cells is still unclear, but they may function as general arousal detectors and regulate aggression and stress response.

Zwei dorsolaterale oktopaminerge Zellen wurden im Gehirn von Schistocerca gregaria von Kononenko et al. (2009) gefunden. Spätere Untersuchungen haben gezeigt, dass sie Teil von einer größeren Gruppe von Zellen sind. Fünf von ihnen steigen ab bis, zumindest, dem prothorakalen Ganglion und vier bis zum vierten abdominalen Ganglion. In dieser Arbeit wurde die dorsolaterale Gruppe von Zellen (DLC) im Gehirn von Schistocerca gregaria in Hinsicht auf die Anzahl der Zellen und ihre Größe untersucht. Retrograde Färbungen, kombiniert mit anti-Oktopamin- und anti-Tyramin-Färbungen, wurden zwischen dem vierten und dem fünften abdominalen Ganglien vorgenommen, um über die Anzahl und die Größe der absteigenden und der oktopaminergen Zellen Übersicht zu gewinnen. Es wurde festgestellt, dass 4 Zellen aus der dorsolateralen Gruppe mindestens bis zum fünften abdominalen Ganglion absteigen. Alle fünf bekannten absteigenden Zellen in der dorsolateralen Gruppe wurden gefärbt und im Bezug auf ihre Neuroanatomie und die elektrischen Eigenschaften charakterisiert. In vier von den Zellen wurde zudem die Antwort der Zelle auf sensorische Reize untersucht. Die Zellkörper dieser Zellen gehören zu den grö{\ss}ten unter den Zellen der dorsolateralen Gruppe. Sie haben Fortsätze im medianen Deutocerebrum, den Pilzkörpern und dem Zentralkompex des Gehirns (CC). Manche von den Zellen bilden Fortsätze in dem Antennallobus und dem LAL. Die untersuchten Zellen zeigen eine langsame Feuerrate und ihre Aktionspotentiale haben eine charakteristische Form mit einer prominenten Hyperpolarisation, was eine neuromodulatorische Wirkung vorschlägt. Sie erhalten mechanosensorischen Eingang von unterschiedlichen Körperteilen. Allerdings bekommen alle von den auf die sensorischen Eingänge untersuchten Zellen erregenden mechanosensorischen Eingang von dem Abdomen. Die Rolle und Funktion dieser Zellen ist immer noch unklar. Es könnten absteigende neuromodulatorische Interneurone sein, die unterschiedlichen mechanosensorischen Eingang in einer Stress-relevanten Antwort bündeln.