Infrarotsehen bei Schlangen

1. Infrarotsehen bei Schlangen Vier „Augen“ sehen mehr als zwei Vorgestellt von Guido Westhoff

2. Sensitiv für IR-Strahlung Temperaturunterschiede: Differenzen von 0,003° C Energie: (Agkistrodon) 2,57 * 10-6 cal/cm²s Binokulares Gesichtsfeld Beutelokalisation Beuteidentifikation Feinderkennung Orientierung und Jagd in absoluter Dunkelheit Auffinden von Aufwärmplätzen Die Leistungen der Grubenorgane Biologisch Physikalisch

3. Elektromagnetische Strahlungwird im Infrarotbereich von den Grubenorganen thermosensitiver Schlangen wahrgenommen Verschiebungsgesetz von Wien max = c / T C = 2884 µm

4. Aufbau und Morphologie von Grubenorganenbei Grubenottern (Crotalinae) • Paariges Organ zwischen Nasenloch und Auge angeordnet • Prinzip einer Lochkamera • Zweikammersystem • integriertes Kühlsystem

5. Feinaufbau des Grubenorgans luftgefüllte innere Kammer Blutgekühltes Zweikammersystem Blutkapillare Nervenendigung einer Trigeminusfaser äußere Kammer Nervenfaser des Trigeminus Grubenmembran Ast des Trigeminus Grubenrand äußere Deckschicht innere Deckschicht Aus Newman und Hartline, 1982 ca. 10 µm

6. Grubenorgane bei Pythons

7. Grubenorgane bei Pythons Innerhalb der Schuppen Rostral gelegene Supralabialgruben Lateral gelegene Sublabialgruben

8. Grubenorgane bei Boas Zwischen den Schuppen der Sub- und Supralabialia

9. IR-Lochkammera versus IR-„Komplexauge“ 3 2 1 1 3 1 3 1 3 1 3 3 2 2 3 3 1 1 2 2

10. Innervation der Grubenorgane aus Ästen des Nervus trigeminus Boidae • tiefen maxillaren Ast • ophthalmischen Ast • mandibularen Ast Crotalinae • tiefen maxillaren Ast Aus Molenaar, 1992

11. Verarbeitungsweg von Infrarotsignalen Nucleus des lateralen deszendierenden trigeminalen Traktes (LTTD) Grubenorgan Äste des N. trigeminus Ganglion ? Crotalinae ? Tectum opticum DVR Medulla oblongata Mesencephalon Diencephalon Telencephalon Nucleus reticularis caloris (RC) Nucleus pararotundus Nucleus rotundus Dorsoventrikulärer Kamm

12. Neurophysiologie der Infrarotrezeption Ganglion • Neurone im Ganglion feuern spontanaktiv aber abhängig von der Betriebstemperatur. Ein Temperaturanstieg auf der Membran resultiert in einer verstärkten Feuerrate. Kühlere Stimuli verringern die Feuerrate. Nucleus des lateralen deszendierenden Traktes (LTTD) • Während von der Peripherie bei konstanten Temperaturen auch konstante Interspike Intervalle generiert werden, haben die Intervalle des LTTD keine regulären Verteilungsmuster. • Scheinbar werden die konstanten Intervalle nicht genutzt, um Informationen über steady-state Temperaturen zu verarbeiten. • Das System verarbeitet auf dem LTTD Level in erster Linie Temperaturänderungen.

13. Neurophysiologie der Infrarotrezeption Nucleus des lateralen deszendierenden Traktes (LTTD) • Hohe Konvergenz (K zwischen 80 und 400) bei gleichzeitig niedrigerer Übertragungsrate (n zwischen 1/400 und 1/1600) bewirkt eine höhere räumliche Auflösung aber auch einen Verlust in der Sensitivität. • 1 : K * n = 0.2 • Während in der Membran noch keine inhibitorischen rezeptiven Felder zu finden sind, gibt es solche in den LTTD Units. • Alle LTTD Units werden von der ipsilateralen Grube getrieben. • Nucleus reticularis caloris • Bei Boidae in den LTTD integriert, bei Crotalinae separat

14. Projektionen von IR- und visueller Sensorik ins Tectum opticum Crotalinae Boidae Tectum opticum LTTD Tectum opticum Verändert nach Newman und Hartline, 1982

15. Repräsentation der IR-Sensorik im Tectum opticum Vergleich der Oberflächenmaßstäbe bei versch. Vertebraten Leguan Klapperschlange Python Maus Aus Hartline, 1984

16. Kongruenz der IR- und visuellen Karte im Tectum thermosensitiver Schlangen Crotalus viridis Python reticulatus Aus Newman und Hartline, 1981

17. Vergleich der rezeptiven Felder einzelner Tectumzellen Schraffiert = visuell Achteck = infrarot Ableitposition A: anteriores Tectum B: mittleres Tectum C: caudales Tectum Aus Hartline, 1984

18. Antworttypen bimodaler Neurone Gleichzeitiger Licht und IR-Reiz IR-Reiz allein Licht-Reiz allein „ODER“-Zelle „UND“-Zelle IR-verstärkte Licht-Zelle Licht-verstärkte IR-Zelle IR unterdrückte Licht-Zelle Licht unterdrückte IR-Zelle Aus Newman und Hartline, 1981

19. IR-Verarbeitung in nachfolgenden Arealen Nucleus rotundus / N. pararotundus Bimodale Neurone vorhanden Dorsoventrikulärer Kamm Bimodale Neurone im Areal visueller Signalverarbeitung vorhanden

20. Lemnothalamische IR-Repräsentation bei Schlangen? ? Collothalamische Bahn über Tectum/Torus (Colliculi), Thalamus (Nucleus rotundus) zum Telencephalon Lemnothalamische Bahn über Thalamus (Nucleus pararotundus) zum Telencephalon Infrarot Visuell Somatosensorik Auditorik

21. Nucleus pararotundus Afferenzen vom LTTD bei Crotalinae? Wohin gehen die Efferenzen? Telenzephale Projektionen? Dorsaler Cortex Visuelle Afferenzen vom Thalamus? Afferenzen von IR-verarbeitenden Arealen? Arbeitsprogramm DFG AntragVerbindungsstudien

22. Multizell-Ableitungen im Tectum opticum räumlich-zeitliche Antwortmuster der verschiedenen bimodalen Neurone? Latenzen? Eckhorn-System mit 7 Elektroden Arbeitsprogramm DFG AntragElektrophysiologie • Ableitungen im dorsalen Cortex • visuelle und Ir-Repräsentation?

23. Ende Die Mitwirkenden Bothriechis schlegelii Corallus caninus Crotalus cerastes Morelia viridis Trimeresurus albolabris

24. Visuelle und IR-Sensorik in radiären tectalen Columnen?