Μελέτη της μεταβλητότητας των αποκρίσεων του οσφρητικού βολβού μέσω οπτικών καταγραφών
Creators: name: Κούντριας, Θωμάς Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Μεταβλητότητα
Οπτικές καταγραφές
Οσφρητικός βολβός
Υπερεπιφάνεια
Συντελεστής διακύμανσης
Σπείραμα
Variability
Optical recordings
Olfactory bulb
Manifold
Coefficient of variation
Glomerulus

description: Ο οσφρητικός βολβός είναι η πρώτη δομή του εγκεφάλου αφιερωμένη στην όσφρηση και αποτελεί το πρώτο στάδιο από το οποίο περνάει η οσφρητική πληροφορία πριν την επεξεργασία της στον φλοιό. Στη συγκεκριμένη εργασία, μελετάμε την μεταβλητότητα των αποκρίσεων του οσφρητικού βολβού σε αρουραίους. Στα πειράματα που έγιναν χορηγήθηκαν στους αρουραίους συγκεκριμένες οσμές και έπειτα με τη χρήση μεθόδων οπτικών καταγραφών, καταγράφηκαν οι αποκρίσεις του οσφρητικού βολβού τους. Οι καταγραφές έγιναν σε δύο διαφορετικές συνθήκες, ζώο σε εγρήγορση (awake condition) και αναισθητοποιημένο ζώο (anesthetized condition), ενώ το πείραμα επαναλήφθηκε 4 φορές για κάθε συνθήκη (4 trials). Τα δεδομένα προέρχονται από τις οπτικές καταγραφές που έγιναν στους αρουραίους χρησιμοποιώντας μικροσκόπια και ειδικές κάμερες υψηλής χωρικής και χρονικής ανάλυσης. Η αναπαράσταση των δυναμικών αποκρίσεων του οσφρητικού βολβού γίνεται με μια προσέγγιση που χρησιμοποιεί υπερεπιφάνειες, τα λεγόμενα manifolds, η οποία συγχωνεύει τις χωρικές και χρονικές διαστάσεις της απόκρισης σε ένα μόνο σχήμα. Η πληροφορία οσμής κωδικοποιείται σε χωροχρονικούς χάρτες ενεργοποιημένων περιοχών στον βολβό, γνωστούς ως ‘χάρτες εισόδου’ (input maps) και έτσι μπορούμε άμεσα να μελετήσουμε τον τρόπο ενεργοποίησης του οσφρητικού βολβού καθώς και να συγκρίνουμε οπτικά τη μεταβλητότητα των αποκρίσεων. Ο υπολογισμός της μεταβλητότητας των αποκρίσεων έγινε με τη γενίκευση του συντελεστή διακύμανσης (coefficient of variation), που αποτέλεσε ένα κανονικοποιημένο μέτρο της μεταβλητότητας ανεξαρτήτου διαστάσεων και οποιασδήποτε μονάδας μέτρησης των διαφορετικών δεδομένων που θέλουμε να συγκρίνουμε. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται σε έναν πίνακα με τις τιμές των υπολογιζόμενων μεταβλητοτήτων καθώς και τις αναπαραστάσεις αυτών με βάση την μέθοδο που χρησιμοποιήσαμε. Από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι η μεταβλητότητα των αποκρίσεων επηρεάζεται σαφώς από την κατάσταση του ζώου ανεξάρτητα από το ζώο ή την οσμή που χορηγήθηκε. Συγκεκριμένα βρέθηκε ότι στην awake κατάσταση είναι μεγαλύτερη απ’ ότι στην anesthetized, παρ’ όλο που σε πολλές περιπτώσεις η μεταβλητότητα και στην anesthetized κατάσταση είναι αξιοσημείωτα μεγάλη. Σε κάθε περίπτωση ο θόρυβος από διάφορες πηγές προκαλεί μεταβλητότητα και στις δύο καταστάσεις. Ο εγκέφαλος όμως αποτελεί ένα σύστημα που διαχειρίζεται πολύ πιο δυναμικά την πληροφορία όταν το ζώο βρίσκεται σε εγρήγορση απ’ ότι όταν είναι αναισθητοποιημένο, όπου πολλοί μηχανισμοί βρίσκονται σε καταστολή.
description: The olfactory bulb is the first stage of olfactory information processing in the brain. In our project, we study the trial-to-trial variability in the olfactory bulb of rats. In the experiments that were performed, olfactory odorant-evoked response to specific odors that were given to the rats, was recorded using optical recording techniques. The experiments were performed in two conditions, awake and anesthetized rat, and each experiment was repeated 4 times (4 trials). The goal of our study is to compare the trial-to-trial variability between the two conditions (awake-anesthetized). That is, how much does the condition of the animal affect the trial-to-trial variability while the odor stimulus remains the same.The data was collected using microscopes and cameras of high spatial and temporal resolution. The event-related dynamics of the olfactory bulb were described through a manifold learning approach that merges both spatial and temporal aspects of the response into a single visualization scheme. The odor information is encoded in spatiotemporal maps of activated loci in the bulb, known as “input maps”. Thus we can study the trial-to-trial variability and how the olfactory bulb is activated by studying these input maps. The trial-to-trial variability was computed using the Coefficient of Variation, which is a normalised measure of dispersion. It is a dimensionless number and useful statistic for comparing the degree of variation from one data series to another.The variability values computed were presented in a table. According to the results, the trial-to-trial variabily is higher in the awake condition regardless of the animal or the odor that is given. Still, in many cases the trial-to-trial variability came out to be significantly high in anesthetized condition too. In every case, the noise coming from many sources is responsible for the variability of both conditions. Though, the brain is considered as an extended dynamic system that processes the information in a much more dynamic way when the animal is awake than anesthetized, in which many relative processes are restrained.