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Extracellular Wire Tetrode Recording in Brain of Freely Walking Insects

Increasing interest in the role of brain activity in insect motor control requires that we be able to monitor neural activity while insects perform ...

Case Western Reserve University

We report the time-resolved recombination of photodissociated IBr-(CO2)n (n = 5-10) clusters following excitation to the dissociative IBr-A' 2Pi12 state of the chromophore via a 180 fs, 795 nm laser pulse. Dissociation from the A' state of the bare anion results in I- and Br products. Upon solvation with CO2, the IBr- chromophore regains near-IR absorption only after recombination and vibrational relaxation on the ground electronic state. The recombination time was determined by using a delayed femtosecond probe laser, at the same wavelength as the pump, and detecting ionic photoproducts of the recombined IBr- cluster ions. In sharp contrast to previous studies involving solvated I2-, the observed recombination times for IBr-(CO2)n increase dramatically with increasing cluster size, from 12 ps for n = 5 to 900 ps for n = 8,10. The nanosecond recombination times are especially surprising in that the overall recombination probability for these cluster ions is unity. Over the range of 5-10 solvent molecules, calculations show that the solvent is very asymmetrically distributed, localized around the Br end of the IBr- chromophore. It is proposed that this asymmetric solvation delays the recombination of the dissociating IBr-, in part through a solvent-induced well in the A' state that (for n = 8,10) traps the evolving complex. Extensive electronic structure calculations and nonadiabatic molecular dynamics simulations provide a framework to understand this unexpected behavior.

Time-resolved study of solvent-induced recombination in photodissociated IBr-(CO2)n clusters.

We report the collaborative experimental and theoretical study of the time-resolved recombination dynamics of photodissociated IBr(-)(CO(2))(n) clusters. Excitation of the bare anionic chromophore to the dissociative A(') (2)Pi(1/2) state yields only I(-) and Br products. Interestingly, however, the addition of a few solvent molecules promotes recombination of the dissociating chromophore on the X (2)Sigma(1/2)(+) ground state, which correlates asymptotically with Br(-) and I products. This process is studied experimentally using time-resolved, pump-probe techniques and theoretically via nonadiabatic molecular dynamics simulations. In sharp contrast to previous I(2)(-) studies where more kinetic energy was released to the photofragments, the observed recombination times increase from picoseconds to nanoseconds with increasing cluster size up to n=10. The recombination times then drop dramatically back to picoseconds for cluster sizes n=11-14. This trend, seen both in experiment and theory, is explained by the presence of a solvent-induced well on the A(') state, the depth of which directly corresponds to the asymmetry of the solvation about the chromophore. The results seen for both the branching ratios and recombination times from experiment and theory show good qualitative agreement.

A combined experimental/theoretical investigation of the near-infrared photodissociation of IBr- (CO2)n.

The survival of an animal often depends on an innate response to a particular sensory stimulus. For an adult male moth, two categories of odors are innately attractive: pheromone released by conspecific females, and the floral scents of certain, often co-evolved, plants. These odors consist of multiple volatiles in characteristic mixtures. Here, we review evidence that both categories of odors are processed as sensory objects, and we suggest a mechanism in the primary olfactory center, the antennal lobe (AL), that encodes the configuration of these mixtures and may underlie recognition of innately attractive odors. In the pheromone system, mixtures of two or three volatiles elicit upwind flight. Peripheral changes are associated with behavioral changes in speciation, and suggest the existence of a pattern recognition mechanism for pheromone mixtures in the AL. Moths are similarly innately attracted to certain floral scents. Though floral scents consist of multiple volatiles that activate a broad array of receptor neurons, only a smaller subset, numerically comparable to pheromone mixtures, is necessary and sufficient to elicit behavior. Both pheromone and floral scent mixtures that produce attraction to the odor source elicit synchronous action potentials in particular populations of output (projection) neurons (PNs) in the AL. We propose a model in which the synchronous output of a population of PNs encodes the configuration of an innately attractive mixture, and thus comprises an innate mechanism for releasing odor-tracking behavior. The particular example of olfaction in moths may inform the general question of how sensory objects trigger innate responses.

Innate recognition of pheromone and food odors in moths: a common mechanism in the antennal lobe?

La semplicit&agrave; e l&#39;accessibilit&agrave; dei sistemi olfattivi degli insetti sono alla base di un corpo di ricerca essenziale per comprendere non solo funzione olfattiva, ma anche i principi generali di elaborazione sensoriale. Come insetti neurobiologia olfattiva si avvale di una variet&agrave; di specie separate da milioni di anni di evoluzione, il campo ha ceduto naturalmente alcuni risultati contrastanti. Lontano da ostacola il progresso, la variet&agrave; dei sistemi olfattivi degli insetti riflettono le varie storie naturali, adattamenti ad ambienti specifici, e l&#39;olfatto ruoli svolge nella vita delle specie studiate. Passiamo in rassegna correnti conclusioni in neurobiologia olfattivo degli insetti, con particolare attenzione alle differenze tra le specie. Iniziamo descrivendo gli ambienti olfattivi e olfattive basato su comportamenti di insetti, come questi formano il contesto in cui vengono interpretati scoperte neurobiologiche. Successivamente, passiamo in rassegna recente lavoro che descrive le modifiche nei sistemi olfattivi come adattamenti agli ambienti nuovi o comportamenti di promozione della speciazione. Continuiamo a discutere di variazioni sull&#39;anatomia di base del lobo (olfattivo) antenne dei centri olfattivi cerebrali e di ordine superiore. Infine, si descrivono le caratteristiche delle informazioni olfattive elaborazione compreso controllo di guadagno, curve di trasformazione tra ingresso e uscita da operazioni quali l&#39;ampliamento e affilatura di sintonizzazione, il ruolo di chiodare sincronia il lobo di antenne, e la codifica delle caratteristiche temporali di incontri con un pennacchio di odore. In ogni sezione, disegnamo connessioni tra caratteristiche particolari del neurobiologia olfattivo di una specie e la storia della vita dell&#39;animale. Noi proponiamo che questa prospettiva &egrave; benefica per la neurobiologia olfattivo degli insetti in neurobiologia particolare e sensoriale in generale.

La neurobiologia dell&#39;olfatto degli insetti: in un contesto comparativo di elaborazione sensoriale.

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&#x6606;&#x866B;&#x55C5;&#x89C9;&#x795E;&#x7ECF;&#x751F;&#x7269;&#x5B66;: &#x611F;&#x89C9;&#x5728;&#x6BD4;&#x8F83;&#x8303;&#x56F4;&#x5185;&#x5904;&#x7406;&#x3002;

The simplicity and accessibility of the olfactory systems of insects underlie a body of research essential to understanding not only olfactory function but also general principles of sensory processing. As insect olfactory neurobiology takes advantage of a variety of species separated by millions of years of evolution, the field naturally has yielded some conflicting results. Far from impeding progress, the varieties of insect olfactory systems reflect the various natural histories, adaptations to specific environments, and the roles olfaction plays in the life of the species studied. We review current findings in insect olfactory neurobiology, with special attention to differences among species. We begin by describing the olfactory environments and olfactory-based behaviors of insects, as these form the context in which neurobiological findings are interpreted. Next, we review recent work describing changes in olfactory systems as adaptations to new environments or behaviors promoting speciation. We proceed to discuss variations on the basic anatomy of the antennal (olfactory) lobe of the brain and higher-order olfactory centers. Finally, we describe features of olfactory information processing including gain control, transformation between input and output by operations such as broadening and sharpening of tuning curves, the role of spiking synchrony in the antennal lobe, and the encoding of temporal features of encounters with an odor plume. In each section, we draw connections between particular features of the olfactory neurobiology of a species and the animal's life history. We propose that this perspective is beneficial for insect olfactory neurobiology in particular and sensory neurobiology in general.

The neurobiology of insect olfaction: sensory processing in a comparative context.

La simplicit&eacute; et l&#39;accessibilit&eacute; des syst&egrave;mes olfactifs des insectes forment un corpus de recherche essentiel pour comprendre non seulement la fonction olfactive, mais aussi des principes g&eacute;n&eacute;raux du traitement sensoriel. Comme les insecte neurobiologie olfactif tire parti d&#39;une vari&eacute;t&eacute; d&#39;esp&egrave;ces s&eacute;par&eacute;es par des millions d&#39;ann&eacute;es d&#39;&eacute;volution, le champ naturellement a donn&eacute; des r&eacute;sultats contradictoires. Loin de freine le progr&egrave;s, les vari&eacute;t&eacute;s d&#39;insectes syst&egrave;mes olfactifs refl&egrave;tent les diverses histoires naturelles, des adaptations aux environnements sp&eacute;cifiques, et l&#39;olfaction r&ocirc;les joue dans la vie de l&#39;esp&egrave;ce &eacute;tudi&eacute;e. Nous passons en revue les r&eacute;sultats actuels en insecte neurobiologie olfactive, avec une attention particuli&egrave;re aux diff&eacute;rences entre les esp&egrave;ces. Nous commen&ccedil;ons en d&eacute;crivant les environnements olfactifs et olfactive bas&eacute;e sur les comportements d&#39;insectes, comme ces &eacute;l&eacute;ments forment le contexte dans lequel des conclusions neurobiologiques sont interpr&eacute;t&eacute;es. Ensuite, nous passons en revue les travaux r&eacute;cents d&eacute;crivant les changements dans les syst&egrave;mes olfactifs comme des adaptations aux nouveaux environnements ou des comportements favorisant la sp&eacute;ciation. Nous proc&eacute;dons pour discuter des variations sur l&#39;anatomie de base du lobe antennaire (olfactif) des centres olfactifs c&eacute;r&eacute;brales et d&#39;ordre sup&eacute;rieur. Enfin, les auteurs d&eacute;crivent les caract&eacute;ristiques de traitement y compris contr&ocirc;le de gain de l&#39;information olfactive, courbes de transformation entre l&#39;entr&eacute;e et la sortie par des op&eacute;rations telles que l&#39;&eacute;largissement et l&#39;aff&ucirc;tage de l&#39;&eacute;coute, le r&ocirc;le de synchronie dans le lobe antennaire et l&#39;encodage des caract&eacute;ristiques temporelles de rencontres avec un panache d&#39;odeur de fortification. Dans chaque section, nous faire le lien entre les caract&eacute;ristiques particuli&egrave;res de la neurobiologie olfactive d&#39;une esp&egrave;ce et d&#39;histoire de vie de l&#39;animal. Nous proposons que cette perspective est b&eacute;n&eacute;fique pour les insecte neurobiologie olfactif en neurobiologie particuli&egrave;re et sensorielle en g&eacute;n&eacute;ral.

La neurobiologie de l&#39;olfaction insecte : sensorielle de traitement dans un contexte comparatif.

Die Einfachheit und Zug&auml;nglichkeit des olfaktorischen Systems von Insekten sind ein Teil der Forschungsergebnisse, die wesentlich zum Verst&auml;ndnis nicht nur Riechverm&ouml;gen, sondern auch allgemeine Grunds&auml;tze der sensorischen Verarbeitung verbunden. Als Insekt olfaktorischen Neurobiologie verschiedene Arten getrennt durch Millionen von Jahren der Evolution nutzt, hat das Feld nat&uuml;rlich einige widerspr&uuml;chliche Ergebnisse erbracht. Weit verw&auml;ssern, die Sorten Insekt olfaktorische Systeme spiegeln die verschiedenen nat&uuml;rlichen Geschichte, Anpassungen an spezielle Umgebungen, und der Rollen-Olofaktion spielt im Leben der Art studierte. Wir &uuml;berpr&uuml;fen die aktuelle Befunde im Insekt olfaktorischen Neurobiologie, mit besonderem Augenmerk auf die Unterschiede zwischen den Arten. Wir beginnen mit Beschreibung der olfaktorischen Umgebungen und olfaktorischen basierende Verhalten von Insekten, wie diese Rahmen bilden in der neurobiologischen Befunde interpretiert werden. Als n&auml;chstes &uuml;berpr&uuml;fen wir die j&uuml;ngsten Arbeiten, die &Auml;nderungen in olfaktorische Systeme als Anpassungen an neue Umgebungen oder Verhaltensweisen, die F&ouml;rderung der Artbildung beschreibt. Wir fahren Sie mit Variationen auf Grundaufbau des den Kopf (olfaktorische) Lappen der olfaktorischen Zentren Gehirn und h&ouml;herer Ordnung zu diskutieren. Schlie&szlig;lich beschreiben wir die Funktionen der olfaktorische Informationsverarbeitung einschlie&szlig;lich Verst&auml;rkungsregelung, Transformation zwischen Eingang und Ausgang durch Vorg&auml;nge wie die Ausdehnung und Sch&auml;rfen von tuning-Kurven, die Rolle der spiking Synchronit&auml;t in der etwas Lappen und die Codierung der zeitlichen Eigenschaften von Begegnungen mit einem Geruch-Plume. In jedem Abschnitt zeichnen wir Verbindungen zwischen Besonderheiten der olfaktorischen Neurobiologie einer Spezies und Lebensgeschichte des Tieres. Wir schlagen vor, diese Perspektive in bestimmten und sensorische Neurobiologie im Allgemeinen f&uuml;r Insekt olfaktorischen Neurobiologie von Vorteil ist.

Die Neurobiologie von Insekt Olofaktion: sensorische Verarbeitung in einem vergleichenden Kontext.

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&#xD6C4;&#xAC01;&#xC774; &#xACE4;&#xCDA9;&#xC758; &#xC2E0;&#xACBD; &#xC0DD;&#xBB3C;&#xD559;: &#xBE44;&#xAD50; &#xCEE8;&#xD14D;&#xC2A4;&#xD2B8;&#xC5D0;&#xC11C; &#xCC98;&#xB9AC; &#xAC10;&#xAC01;.

La sencillez y la accesibilidad de los sistemas olfativos de los insectos son la base de un cuerpo de investigaci&oacute;n esencial para comprender no s&oacute;lo la funci&oacute;n olfatoria, sino tambi&eacute;n principios generales del procesamiento sensorial. Como insecto Neurobiolog&iacute;a olfativo aprovecha de una variedad de especies separadas por millones de a&ntilde;os de evoluci&oacute;n, el campo naturalmente ha producido algunos resultados contradictorios. Lejos de impedir el progreso, las variedades de insectos sistemas olfativos reflejan las diferentes historias naturales, adaptaciones a entornos espec&iacute;ficos, y el olfato de papeles que desempe&ntilde;a en la vida de las especies estudiadas. Repasamos los resultados actuales en insecto Neurobiolog&iacute;a olfativa, con especial atenci&oacute;n a las diferencias entre especies. Empezamos describiendo los ambientes olfativas y olfativa basada en comportamientos de insectos, ya que &eacute;stos forman el contexto en que se interpretan los hallazgos neurobiol&oacute;gicos. A continuaci&oacute;n, repasamos reciente trabajo que describe cambios en los sistemas olfativos como adaptaciones a nuevos ambientes o comportamientos promoci&oacute;n de especiaci&oacute;n. Procedemos a discutir las variaciones en la anatom&iacute;a b&aacute;sica del l&oacute;bulo antenal (olfativa) de los centros olfativos cerebro y orden superior. Finalmente, describimos caracter&iacute;sticas de procesamiento incluyendo control de ganancia de la informaci&oacute;n olfativa, curvas de transformaci&oacute;n entre la entrada y salida por operaciones tales como ampliar y afilado de ajuste, el papel de clavar la sincron&iacute;a en el l&oacute;bulo antenal y la codificaci&oacute;n de las caracter&iacute;sticas temporales de encuentros con un penacho de olor. En cada secci&oacute;n, trazamos las conexiones entre las caracter&iacute;sticas particulares de la Neurobiolog&iacute;a olfativa de una especie y la historia de la vida del animal. Proponemos que esta perspectiva es beneficiosa para insecto Neurobiolog&iacute;a olfativo en Neurobiolog&iacute;a sensorial y particular en general.

La Neurobiolog&iacute;a del olfato insecto: en un contexto comparativo de procesamiento sensorial.

In un giro: la dinamica del photoexcited ICN(-) (Ar)(0-5) sono presentati. Photodetachment produce emissione di elettroni quasi-thermal che lascia ICN con fino a 2,85 eV di energia interna. Fotolisi a 2,5 eV conduce ad un atomo di ingabbiamento e altamente solvatato prodotti anione. I calcoli indicano il trasferimento efficiente di energia in CN rotazione all&#39;eccitazione per la &Pi;(1/2) (2) stato eccitato. Rotazione CN &egrave; di vitale importanza per spiegare la dinamica unica osservata.

Mappatura dinamica di rotazione CN seguito fotoeccitazione di ICN(-).

En un giro: la din&aacute;mica de fotoexcitado ICN(-) (Ar)(0-5) se presentan. Photodetachment produce emisi&oacute;n de electrones quasi-thermal que deja CIE con hasta 2.85 eV de energ&iacute;a interna. Fot&oacute;lisis en 2,5 eV conduce a un-&aacute;tomo jaulas y altamente solvatados productos de ani&oacute;n. Los c&aacute;lculos indican la transferencia de energ&iacute;a eficiente en CN rotaci&oacute;n sobre excitaci&oacute;n a la &Pi;(1/2) (2) excitado estado. Rotaci&oacute;n de CN es vital para explicar la din&aacute;mica &uacute;nica observada.

Asignaci&oacute;n din&aacute;mica de rotaci&oacute;n CN despu&eacute;s de fotoexcitan de ICN(-).

&#xC2A4;&#xD540;&#xC5D0;: photoexcited ICN(-)&#xC758; &#xC5ED;&#xD559; (Ar)(0-5) &#xD45C;&#xC2DC; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. Photodetachment quasi-thermal &#xC804;&#xC790; &#xBC29;&#xCD9C; &#xB0B4;&#xBD80; &#xC5D0;&#xB108;&#xC9C0;&#xC758; &#xCD5C;&#xB300; 2.85 Ev&#xC640; ICN&#xC744; &#xC0DD;&#xC131; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. Photodissociation 2.5 Ev&#xC5D0;&#xC11C; &#xB9AC;&#xB4DC; &#xD55C; &#xC544;&#xD1B0; &#xACE0;&#xB978;&#xB2E4;&#xBA74; &#xBC0F; &#xB192;&#xC740; solvated &#xC74C;&#xC774;&#xC628; &#xC81C;&#xD488;. &#xACC4;&#xC0B0; &#xD45C;&#xC2DC; &#xD6A8;&#xC728;&#xC801;&#xC778; &#xC5D0;&#xB108;&#xC9C0; &#xC804;&#xC1A1; CN&#xC73C;&#xB85C; &#xD68C;&#xC804; (2) &Pi;(1/2)&#xB97C; &#xC5EC;&#xAE30;&#xC5D0; &#xB530;&#xB77C; &#xD765;&#xBD84; &#xC0C1;&#xD0DC;. CN &#xD68C;&#xC804; &#xAD00;&#xCC30; &#xD558;&#xB294; &#xB3C5;&#xD2B9;&#xD55C; &#xC5ED;&#xD559;&#xC744; &#xC124;&#xBA85; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD574;&#xC774; &#xC0DD;&#xBA85; &#xC774;&#xB2E4;.

&#xB3D9;&#xC801; &#xB9E4;&#xD551; CN &#xD68C;&#xC804; ICN(-)&#xC758; Photoexcitation&#xC5D0; &#xB530;&#xB77C;.

&#x30B9;&#x30D4;&#x30F3;&#x3067;&#xFF1A; ICN(-) &#x5149;&#x52B1;&#x8D77;&#x306E;&#x30C0;&#x30A4;&#x30CA;&#x30DF;&#x30AF;&#x30B9; (Ar)(0-5) &#x3092;&#x7D39;&#x4ECB;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x5149;&#x8131;&#x96E2; ICN 2.85 ev &#x307E;&#x3067;&#x5185;&#x90E8;&#x30A8;&#x30CD;&#x30EB;&#x30AE;&#x30FC;&#x306E;&#x8449; quasi-thermal &#x96FB;&#x5B50;&#x653E;&#x51FA;&#x3092;&#x751F;&#x6210;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;2.5 Ev &#x306E;&#x5149;&#x89E3;&#x96E2; 1 &#x539F;&#x5B50;&#x3092;&#x30B1;&#x30FC;&#x30B8;&#x3068;&#x975E;&#x5E38;&#x306B;&#x6EB6;&#x5A92;&#x548C;&#x306B;&#x30A2;&#x30CB;&#x30AA;&#x30F3;&#x54C1;&#x3092; &#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x8A08;&#x7B97;&#x306F;&#x3001;&#x52B9;&#x7387;&#x7684;&#x306A;&#x30A8;&#x30CD;&#x30EB;&#x30AE;&#x30FC;&#x4F1D;&#x9054;&#x3092;&#x793A;&#x3059; CN &#x306B;&#x52B1;&#x632F; (2) &Pi;(1/2) &#x3092;&#x6642;&#x306E;&#x56DE;&#x8EE2;&#x52B1;&#x8D77;&#x72B6;&#x614B;&#x3002;CN &#x56DE;&#x8EE2;&#x56FA;&#x6709;&#x30C0;&#x30A4;&#x30CA;&#x30DF;&#x30AF;&#x30B9;&#x3092;&#x8AAC;&#x660E;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x4E0D;&#x53EF;&#x6B20;&#x3067;&#x3059;&#x3002;

&#x6B21;&#x306E; ICN(-) &#x306E;&#x5149;&#x52B1;&#x8D77; CN &#x56DE;&#x8EE2;&#x3092;&#x52D5;&#x7684;&#x306B;&#x30DE;&#x30C3;&#x30D4;&#x30F3;&#x30B0;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x5728;&#x6570;&#x503C;&#x8C03;&#x8282;&#x94AE;&#xFF1A; &#x52A8;&#x6001;&#x7684; photoexcited ICN(-) &#xFF08;&#x63D0;&#x4EA4; Ar)(0-5)&#x3002;Photodetachment &#x751F;&#x4EA7;&#x53F6;&#x7247;&#x4E0E;&#x8FBE; 2.85 eV &#x7684;&#x5185;&#x90E8;&#x80FD;&#x6E90;&#x56FD;&#x9645;&#x7ADE;&#x4E89;&#x7F51;&#x7EDC;&#x7684; quasi-thermal &#x7684;&#x7535;&#x5B50;&#x53D1;&#x5C04;&#x3002;&#x5728; 2.5 eV &#x5BFC;&#x81F4;&#x5355;&#x539F;&#x5B50;&#x9501;&#x5B9A;&#x548C;&#x9AD8;&#x5EA6;&#x6EB6;&#x89E3;&#x8D1F;&#x79BB;&#x5B50;&#x4EA7;&#x54C1;&#x3002;&#x8BA1;&#x7B97;&#x7ED3;&#x679C;&#x8868;&#x660E;&#x6709;&#x6548;&#x80FD;&#x91CF;&#x8F6C;&#x79FB;&#x5230; CN &#x65CB;&#x8F6C;&#x540E;&#x7684;&#x6FC0;&#x52B1;&#xFF0C;(2) &Pi;(1/2) &#x6FC0;&#x53D1;&#x6001;&#x3002;CN &#x65CB;&#x8F6C;&#x89E3;&#x91CA;&#x89C2;&#x5BDF;&#x5230;&#x7684;&#x72EC;&#x7279;&#x6D3B;&#x529B;&#x81F3;&#x5173;&#x91CD;&#x8981;&#x3002;

CN &#x65CB;&#x8F6C;&#x540E;&#x7684; ICN(-) Photoexcitation &#x7684;&#x52A8;&#x6001;&#x6620;&#x5C04;&#x3002;

In a spin: The dynamics of photoexcited ICN(-) (Ar)(0-5) are presented. Photodetachment produces quasi-thermal electron emission that leaves ICN with up to 2.85 eV of internal energy. Photodissociation at 2.5 eV leads to one-atom caging and highly solvated anion products. Calculations indicate efficient energy transfer into CN rotation upon excitation to the (2) Î (1/2) excited state. CN rotation is vital to explain the unique dynamics observed.

Dynamic Mapping of CN Rotation Following Photoexcitation of ICN(-).

En vrille : la dynamique de photoexcit&eacute;e ICN(-) (les Ar)(0-5) sont pr&eacute;sent&eacute;s. Photod&eacute;tachement produit des &eacute;missions de quasi-thermal &eacute;lectronique qui laisse ICN avec jusqu&#39;&agrave; 2,85 eV d&#39;&eacute;nergie interne. Photodissociation &agrave; 2.5 eV entra&icirc;ne un atome mise en cage et fortement solvat&eacute;s produits anion. Les calculs indiquent le transfert efficace de l&#39;&eacute;nergie en CN rotation lors de l&#39;excitation de la &Pi;(1/2) (2) de l&#39;&eacute;tat excit&eacute;. Rotation du CN est indispensable pour expliquer la dynamique unique observ&eacute;e.

Cartographie dynamique de Rotation CN Photoexcitation de ICN(-) de suite.

In einer Drehung: die Dynamik der Photoexcited ICN(-) (Ar)(0-5) werden vorgestellt. Photodetachment produziert quasi-thermal Elektron Emission, der ICN mit bis zu 2,85 eV der inneren Energie verl&auml;sst. Photolyse bei 2,5 eV f&uuml;hrt zu einem Atom H&auml;lterung und hoch SOLVATISIERTE Anion-Produkte. Berechnungen zeigen effiziente Energie&uuml;bertragung in CN aufgeregt Drehung auf Anregung zu (2) &Pi;(1/2) Zustand. CN-Drehung ist ausschlaggebend f&uuml;r die einzigartige Dynamik beobachtet zu erkl&auml;ren.

Dynamische Zuordnung von CN-Rotation nach Photoexcitation des ICN(-).

&#x9700;&#x8981;&#x68C0;&#x6D4B;&#x548C;&#x5904;&#x7406;&#x611F;&#x5B98;&#x63D0;&#x793A;&#x4E0D;&#x540C;&#x884C;&#x4E3A;&#x7684;&#x80CC;&#x666F;&#x5404;&#x4E0D;&#x76F8;&#x540C;&#x3002;&#x611F;&#x5B98;&#x7F16;&#x7801;&#x4E2D;&#x7684;&#x53EF;&#x5851;&#x6027;&#x53EF;&#x4EE5;&#x901A;&#x8FC7;&#x7279;&#x5B9A;&#x4E8E;&#x4E0A;&#x4E0B;&#x6587;&#x7684;&#x91CA;&#x653E;&#x7684;&#x8C03;&#x8D28;&#x53D7;&#x9650;&#x7684;&#x8111;&#x533A;&#x3002;&#x538C;&#x6076;&#x7684;&#x4E0A;&#x4E0B;&#x6587;&#x89E6;&#x53D1;&#x6606;&#x866B;&#x8111;&#x4E2D;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x7684;&#x91CA;&#x653E;&#xFF0C;&#x5374;&#x672A;&#x77E5;&#x611F;&#x5B98;&#x7F16;&#x7801;&#x5BF9;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x3002;&#x5728;&#x6B64;&#x7814;&#x7A76;&#x4E2D;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x63CF;&#x8FF0;&#x7684;&#x652F;&#x914D;&#x6BCF;&#x4E2A;&#x86FE;&#x70DF;&#x8349;&#x5929;&#x86FE;&#x7684;&#x89E6;&#x89D2;&#x53F6; (ALs &#xFF1B; &#x55C5;&#x89C9;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x7B2C;&#x4E00;&#x4E2A;&#x7A81;&#x89E6; neuropils) &#x548C;&#x8BC1;&#x660E;&#x7535;&#x751F;&#x7406;&#x4E0E;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x589E;&#x5F3A; AL &#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x5927;&#x591A;&#x6570;&#x7684;&#x6C14;&#x5473;&#x8BF1;&#x53D1;&#x53CD;&#x5E94;&#x4E86;&#x540C;&#x65F6;&#x51CF;&#x5C11;&#x4E00;&#x5C0F;&#x90E8;&#x5206;&#x4EBA;&#x7684;&#x53CD;&#x5E94;&#x7684;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x80FD;&#x795E;&#x7ECF;&#x5143;&#x7684;&#x5F62;&#x6001;&#x3002;&#x56E0;&#x4E3A;&#x8F83;&#x9AD8;&#x7684;&#x8111;&#x533A;&#x7684;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x91CA;&#x653E;&#x4ECB;&#x5BFC;&#x538C;&#x6076;&#x5B66;&#x4E60;&#x6211;&#x4EEC;&#x5F00;&#x53D1;&#x7684;&#x81EA;&#x7136;&#x4E3B;&#x4E49;&#x3001; &#x751F;&#x6001;&#x4E0A;&#x7684;&#x542F;&#x53D1;&#x7684;&#x538C;&#x6076;&#x5B66;&#x4E60;&#x8303;&#x5F0F;&#x4E0E;&#x6A21;&#x4EFF;&#x7684;&#x538C;&#x6076; herbivorized &#x5BC4;&#x4E3B;&#x690D;&#x7269;&#x7684;&#x82B1;&#x871C;&#x5929;&#x751F;&#x6210;&#x5BF9;&#x51FA;&#x73B0;&#x98DF;&#x6B32;&#x5BBF;&#x4E3B;&#x690D;&#x7269;&#x82B1;&#x5349;&#x9999;&#x6C14;&#x3002;&#x8FD9;&#x79CD;&#x914D;&#x5BF9;&#x5BFC;&#x81F4;&#x6444;&#x98DF;&#x884C;&#x4E3A;&#x88AB;&#x963B;&#x6B62;&#x65F6;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x53D7;&#x4F53;&#x62EE;&#x6297;&#x5242;&#x76F4;&#x63A5;&#x6CE8;&#x5165; ALs &#x7684;&#x8DCC;&#x5E45;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7ED3;&#x679C;&#x8868;&#x660E;&#xFF0C;&#x4ECE;&#x57FA;&#x5730;&#x7684;&#x611F;&#x5B98;&#x8F93;&#x51FA;&#x77AC;&#x6001;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x80FD;&#x589E;&#x5F3A;&#x6709;&#x52A9;&#x4E8E;&#x5F62;&#x6210;&#x7684;&#x538C;&#x6076;&#x7684;&#x8BB0;&#x5FC6;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5EFA;&#x8BAE;&#x7684;&#x5177;&#x4F53;&#x60C5;&#x51B5;&#x4E0B;&#x89E6;&#x53D1;&#x4E0D;&#x540C;&#x8C03;&#x8D28;&#x94DD;&#x589E;&#x52A0;&#x55C5;&#x8F93;&#x51FA;&#x5230;&#x4E0B;&#x6E38;&#x52A0;&#x5DE5;&#x9886;&#x57DF;&#x4E2D;&#x7684;&#x91CA;&#x653E;&#x55C5;&#x8C03;&#x5236;&#x7684;&#x6A21;&#x578B;&#x3002;

&#x55C5;&#x8C03;&#x5236;&#x5728;&#x8303;&#x56F4;&#x5185;&#x7684;&#x591A;&#x5DF4;&#x80FA;&#x6240;&#x81F4;&#x7684;&#x538C;&#x6076;&#x5B66;&#x4E60;&#x3002;

The need to detect and process sensory cues varies in different behavioral contexts. Plasticity in sensory coding can be achieved by the context-specific release of neuromodulators in restricted brain areas. The context of aversion triggers the release of dopamine in the insect brain, yet the effects of dopamine on sensory coding are unknown. In this study, we characterize the morphology of dopaminergic neurons that innervate each of the antennal lobes (ALs; the first synaptic neuropils of the olfactory system) of the moth Manduca sexta and demonstrate with electrophysiology that dopamine enhances odor-evoked responses of the majority of AL neurons while reducing the responses of a small minority. Because dopamine release in higher brain areas mediates aversive learning we developed a naturalistic, ecologically inspired aversive learning paradigm in which an innately appetitive host plant floral odor is paired with a mimic of the aversive nectar of herbivorized host plants. This pairing resulted in a decrease in feeding behavior that was blocked when dopamine receptor antagonists were injected directly into the ALs. These results suggest that a transient dopaminergic enhancement of sensory output from the AL contributes to the formation of aversive memories. We propose a model of olfactory modulation in which specific contexts trigger the release of different neuromodulators in the AL to increase olfactory output to downstream areas of processing.

Olfactory modulation by dopamine in the context of aversive learning.

La n&eacute;cessit&eacute; de d&eacute;tecter et traiter des signaux sensoriels varie selon les contextes comportements. Plasticit&eacute; en codage sensoriel est possible par la lib&eacute;ration contextuelle des neuromodulateurs dans certaines zones du cerveau restreint. Le contexte d&#39;aversion d&eacute;clenche la lib&eacute;ration de dopamine dans le cerveau des insecte, mais les effets de la dopamine sur codage sensoriel sont inconnus. Dans cette &eacute;tude, nous caract&eacute;risons la morphologie des neurones dopaminergiques qui innervent chacun des lobes antennaires (ALs; la premi&egrave;re neuropils synaptiques du syst&egrave;me olfactif) de la teigne Manduca sexta et d&eacute;montrer avec l&#39;&eacute;lectrophysiologie que la dopamine am&eacute;liore induite par l&#39;odeur des r&eacute;ponses de la majorit&eacute; des neurones AL tout en r&eacute;duisant les r&eacute;ponses d&#39;une petite minorit&eacute;. Parce que la lib&eacute;ration de dopamine dans les zones sup&eacute;rieures du cerveau intervient dans l&#39;apprentissage aversif nous avons d&eacute;velopp&eacute; un paradigme d&#39;apprentissage aversifs naturalistes, inspir&eacute; sur le plan &eacute;cologique dans lequel un introverti odeur florale plante h&ocirc;te d&#39;app&eacute;tence est jumel&eacute; avec un imitateur du nectar de plantes-h&ocirc;tes herbivorized aversif. Cet appariement a entra&icirc;n&eacute; une diminution feeding behavior qui a &eacute;t&eacute; bloqu&eacute;e lorsque les antagonistes des r&eacute;cepteurs de dopamine ont &eacute;t&eacute; inject&eacute;es directement dans l&#39;ALs. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent qu&#39;une am&eacute;lioration transitoire dopaminergique de sortie sensorielle de l&#39;AL contribue &agrave; la formation des souvenirs aversifs. Nous proposons un mod&egrave;le de modulation olfactif dans lequel des contextes sp&eacute;cifiques d&eacute;clenchent la lib&eacute;ration de diff&eacute;rents neuromodulateurs al pour augmenter la sortie olfactive pour les zones en aval du traitement.

L&#39;apprentissage olfactive modulation de dopamine dans le contexte d&#39;aversion.

Die Notwendigkeit zum erkennen und Verarbeiten von sensorischen Signale variiert in verschiedenen Verhaltenskontexten. Plastizit&auml;t im sensorische Codierung kann durch die Kontext-sensitive-Freisetzung von Neuromodulators in eingeschr&auml;nkten Hirnareale erzielt werden. Zusammenhang mit Abneigung l&ouml;st die Freisetzung von Dopamin im Gehirn Insekt, aber die Wirkung von Dopamin auf sensorische Codierung sind unbekannt. In dieser Studie pr&auml;gen wir die Morphologie von dopaminergen Neuronen, die jedem den Kopf Lobus (ALs; die ersten synaptischen Neuropils des olfaktorischen Systems) die Nachtfalter Manduca Sexta anregen und zeigen mit Elektrophysiologie, dass Dopamin Geruch hervorgerufen Antworten der Mehrheit der AL Neuronen verbessert und gleichzeitig die Antworten einer kleinen Minderheit. Da Dopamin-Freisetzung in h&ouml;heren Hirnareale aversive lernen vermittelt wir entwickelt eine naturalistische, &ouml;kologisch inspirierte aversive lernen-Paradigma in dem ein simplifizierend Vorabend Host Pflanzen floral Geruch ist gepaart mit ein Nach&auml;ffer aversive Nektar von Herbivorized Wirtspflanzen. Diese Paarung f&uuml;hrte zu einem R&uuml;ckgang bei der F&uuml;tterung Verhalten, die blockiert wurde, wenn Dopamin-Rezeptor-Antagonisten direkt in das ALs injiziert wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass eine vor&uuml;bergehende dopaminergen Verbesserung der sensorischen Ausgabe aus der AL zur Bildung von unangenehmen Erinnerungen beitr&auml;gt. Wir schlagen ein Modell des olfaktorischen Modulation in dem spezifische Kontexten, die Freisetzung von verschiedenen Neuromodulators in der AL ausl&ouml;sen, olfaktorische Ausgabe in nachgelagerten Bereichen der Verarbeitung zu erh&ouml;hen.

Olfaktorische Modulation von Dopamin im Rahmen der aversive lernen.

La necessit&agrave; di rilevare ed elaborare segnali sensoriali varia nei diversi contesti comportamentali. Plasticit&agrave; nella codificazione sensoriale pu&ograve; essere ottenuto dal rilascio di neurotrasmettitori nelle aree cerebrali con restrizioni specifiche del contesto. Il contesto di avversione innesca il rilascio di dopamina nel cervello degli insetti, ma gli effetti della dopamina su codifica sensoriali sono sconosciuti. In questo studio, abbiamo caratterizzano la morfologia dei neuroni dopaminergici che innervano ciascuno dei lobi antenne (ALs; il primo neuropils sinaptica del sistema olfattivo) della falena Manduca sexta e dimostrare con elettrofisiologia che la dopamina aumenta odore evocato le risposte della maggioranza dei neuroni AL riducendo le risposte di una piccola minoranza. Poich&eacute; il rilascio di dopamina nelle aree cerebrali superiori da intermediario aversive apprendimento abbiamo sviluppato un paradigma naturalistico, ecologicamente ispirato aversive apprendimento in cui un congenitalmente odore floreale appetitiva ospite pianta &egrave; accoppiato con una mimica del nettare delle piante ospiti herbivorized aversive. Questo abbinamento ha provocato una diminuzione nella alimentazione comportamento che &egrave; stato bloccato quando antagonisti del recettore della dopamina sono stati iniettati direttamente in ALs. Questi risultati suggeriscono che un miglioramento dopaminergico transitoria di uscita sensoriale dalla AL contribuisce alla formazione delle memorie aversive. Vi proponiamo un modello di modulazione olfattiva in cui contesti specifici innescano il rilascio di diversi neurotrasmettitori in per aumentare la produzione olfattiva a zone a valle del trattamento.

Apprendimento olfattiva modulazione di dopamina nel contesto di aversive.

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La necesidad de detectar y procesar se&ntilde;ales sensoriales var&iacute;a en diferentes contextos conductuales. Plasticidad en la codificaci&oacute;n sensorial puede lograrse mediante la liberaci&oacute;n del contexto espec&iacute;fico de los neuromoduladores en &aacute;reas restringidas del cerebro. El contexto de aversi&oacute;n desencadena la liberaci&oacute;n de dopamina en el cerebro de insecto, sin embargo, se desconocen los efectos de la dopamina sobre la codificaci&oacute;n sensorial. En este estudio, caracterizamos la morfolog&iacute;a de las neuronas dopamin&eacute;rgicas que inervan a cada uno de los l&oacute;bulos antenales (ALs; la primera neuropils sin&aacute;ptica del sistema olfativo) de la polilla Manduca sexta y demostrar con electrofisiolog&iacute;a que dopamina mejora las respuestas evocadas por el olor de la mayor&iacute;a de las neuronas AL reduciendo las respuestas de una peque&ntilde;a minor&iacute;a. Porque interviene en la liberaci&oacute;n de dopamina en zonas m&aacute;s altas del cerebro aprendizaje aversivo desarrollamos un paradigma de aprendizaje aversivo naturalista, ecol&oacute;gicamente inspirado en el que una forma innata olor floral de apetitivo anfitri&oacute;n planta se empareja con un imitador del n&eacute;ctar aversivo de plantas hospederas de herbivorized. Esta pareja produjo una disminuci&oacute;n en la alimentaci&oacute;n de comportamiento que fue bloqueado cuando los antagonistas del receptor de dopamina fueron inyectados directamente en la ALs. Estos resultados sugieren que una mejora transitoria dopamin&eacute;rgico de salida sensorial de AL contribuye a la formaci&oacute;n de memorias aversivas. Proponemos un modelo de modulaci&oacute;n olfativo en que contextos espec&iacute;ficos desencadenan la liberaci&oacute;n de diferentes neuromoduladores en AL aumentar olfativa salida a &aacute;reas aguas abajo del proceso.

Aprendizaje olfativo modulaci&oacute;n por dopamina en el contexto de aversivo.

Photodissociation of ICN(-)(CO2)n, n = 0-18, with 500-nm excitation is investigated using a dual time-of-flight mass spectrometer. Photoabsorption to the (2)Π(1/2) state is detected using ionic-photoproduct action spectroscopy; the maximum absorption occurs around 490 nm. Ionic-photoproduct distributions were determined for ICN(-)(CO2)n at 500 nm. Following photodissociation of bare ICN(-) via 430-650 nm excitation, a small fraction of CN(-) is produced, suggesting that nonadiabatic effects play a role in the photodissociation of this simple anion. Electronic structure calculations, carried out at the MR-SO-CISD level of theory, were used to evaluate the potential-energy surfaces for the ground and excited states of ICN(-). Analysis of the electronic structure supports the presence of nonadiabatic effects in the photodissociation dynamics. For n ≥ 2, the major ionic photoproduct has a mass corresponding to either partially solvated CN(-) or partially solvated [NCCO2](-).

Photofragmentation dynamics of ICN(-)(CO2)n clusters following visible excitation.

Olfactory stimuli that are essential to an animal's survival and reproduction are often complex mixtures of volatile organic compounds in characteristic proportions. Here, we investigated how these proportions are encoded in the primary olfactory processing center, the antennal lobe, of male Manduca sexta moths. Two key components of the female's sex pheromone, present in an approximately 2:1 ratio, are processed in each of two neighboring glomeruli in the macroglomerular complex (MGC) of males of this species. In wind-tunnel flight experiments, males exhibited behavioral selectivity for ratios approximating the ratio released by conspecific females. The ratio between components was poorly represented, however, in the firing-rate output of uniglomerular MGC projection neurons (PNs). PN firing rate was mostly insensitive to the ratio between components, and individual PNs did not exhibit a preference for a particular ratio. Recording simultaneously from pairs of PNs in the same glomerulus, we found that the natural ratio between components elicited the most synchronous spikes, and altering the proportion of either component decreased the proportion of synchronous spikes. The degree of synchronous firing between PNs in the same glomerulus thus selectively encodes the natural ratio that most effectively evokes the natural behavioral response to pheromone.

Joshua P. Martin

Department of Biology

Case Western Reserve University

Extracellular Wire Tetrode Recording in Brain of Freely Walking Insects

Joshua P. Martin

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Case Western Reserve University

Extracellular Wire Tetrode Recording in Brain of Freely Walking Insects

Department of Biology