Communications Biophysics

Contains reports on two research projects.National Institutes of Health (Grant 1 PO1 GM-14940-02)Joint Services Electronics Programs (U. S. Army, U. S. Navy, and U. S. Air Force) under Contract DA 28-043-AMC-02536(E

Observations on spike sequences from spontaneously active Purkinje cells in the frog

Die Frage wird aufgeworfen, inwiefern man aus der Statistik der Impulsfolgen bei Spontanaktivität einzelner Neurone auf die Funktionscharakteristik des Neurons selbst und auf die Art seiner Einschaltung in das Nervennetz schließen kann. Die Untersuchung der Verteilung der Intervalle verschiedener Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Aktionspotentialen von Purkinjezellen des Froschkleinhirns ergibt, in Übereinstimmung mit den von anderen Autoren bei anderen Neuronentypen erhobenen Befunden, zwei Arten von Histogrammen: einerseits unimodale, vorwiegend bei Neuronen mit höherer Impulsfrequenz, andererseits bi- und trimodale, vorwiegend bei niedriger Impulsfrequenz. Die Form der unimodalen Verteilungen läßt, unter Annahme einer Gaußschen Verteilung der Erregungsniveaus im Eingang des Neurons, die sich aus der Summation einer großen Anzahl voneinander unabhängiger afferenter Erregungen ergibt, auf einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Erregungsniveaus und Dauer der Intervalle schließen; die unsymmetrische Verteilung der Intervalle wäre demnach als eine Verzerrung der statistisch gegebenen symmetrischen Verteilung der Erregungsniveaus zu verstehen. Diese Erklärung hat den Vorteil, kontinuierlich zu den bei niedriger Impulsfrequenz beobachteten unregelmäßigen Verteilungen überzuleiten, die sich einfach aus dem Zusammenbruch der statistischen Regelmäßigkeit im Falle von einer geringen Anzahl aktiver Fasern im Eingang ergeben. Die Untersuchung von Korrelationen innerhalb der Impulsfolgen mit Hilfe einer Verzögerungs- und Koinzidenzschaltung ergibt scharfe Maxima der Impulswahrscheinlichkeit als Funktion des zeitlichen Abstands von vorhergehenden Impulsen. Da diese Autokorrelogramme bei verschiedenen Neuronen derselben Art (Purkinjezellen des Froschkleinhirns) verschiedene Verläufe zeigen, wird zu ihrer Erklärung weniger eine Eigenschaft des Einzelneurons (Schwellenänderung nach em Aktionspotential) herangezogen, als die Rückwirkung des eurons auf sich selbst auf dem Umweg über andere Neurone es Nervennetzes. Die Korrelation zwischen Impulsreihen in erschiedenen Neuronen desselben Nervennetzes, die auf Grund ieser Annahme zu erwarten ist, wird in einigen Beispielen uch gefunden, wovon eines im Anhang gezeigt wird

Communicational aspects of neuronal circuitry in the cerebellar cortex of the alligator

The studies leading to this thesis were commenced in October 1965 in the Department of Communication at the University of Keele under the supervision of Professor D.M. MacKay. In September 1967, with the permission of the senate of the University and at the invitation of Sir John C. Eccles, I went to the Institute for Biomedical Research of the American Medical Association in Chicago to become acquainted with experimental techniques in the laboratory of Dr. R.R. Llinas.Chapters I and V and Appendix B owe much of their content to ideas which I originated at Keele and which I subsequently developed and modified in the light of experimentation in Chicago. Chapters II, III and IV describe the experimental work carried out in Chicago as part of a programme of comparative studies initiated by Dr. Llinas. The majority of the experiments were executed in collaboration with Dr. Llinas; during the course of the work I have carried out however, at some time, all the experimental techniques described in this thesis. A preliminary note describing the main findings reported in Chapters II and III has already appeared as: Dendritic spikes and their inhibition in alligator Purkinje cells. By R. Llinas, C. Nicholson, J.A. Freemanand D.E. Hillman. Science 160: 1132-1135 (1968).A further note detailing the main findings of Chapter IV is in press under the title:Preferred centripetal conduction of dendritic spikes in alligator Purkin-je cells. By R. Llinas, C. Nicholson and W. Precht. (To appear in Science)During the period of the studies reported here I also visited the laboratory of Dr. R. Nieuwenhuys at the Netherlands Central Institute for Brain Research, Amsterdam, which increased my appreciation of comparative studies and resulted in the note: Cerebellum of Mormyrids. By R. Nieuwenhuys and C. Nicholson. Nature 215: 764-76 (1967)