Class Notes (811,225)
Canada (494,571)
HMB200H1 (139)
Lecture 6

HMB200 2014 Lecture 6.pdf

5 Pages
Unlock Document

University of Toronto St. George
Human Biology
John Yeomans

  Lecture  6:    Turning  and  Superior  Colliculus   Evolution  of  Vertebrate  Brain   - brain  evolves  for  survival  and  reproduction  ( Darwin)   - fast  reflexes  for  protection,  feeding,  sex   - Want  to  look  for  brain  mechanism  that  help  us  escape,  find  food,  find  mate  for  reproduction   - Olfactory  and  limbic  system  analyzes  smell  from  outside  world   - reflexive  orienting  in  space:  approach  and  avoidance  (Midbrain  (optic  tectum )  and  cerebellum)   - hormones  and  motivation  (Hypothalamus)   - analysis  of  outside  world  (Telencephalon)     Vertebrate  Brains     - Simplest  vertebrates:  jawless  fishes  à  mostly  brain  stem   à  most  of  it   is  spinal  cord,  hindbrain   - Modern  fishes  –  teleost  fishes  (Ex.  goldfish)  à  tend  to  have  more   advanced  visual  systems  with  big  eyes  (connects  to  the  superior   colliculus  –  the  tectum)   - Most  of  the  input  from  the  eyes  goes  to  the  optic  tectum  =  dorsal  part  of   midbrain  (purple)   à  fish  use  large  eyes  to  activate  the  optic  tectu m,  and  allows  them  to   turn  towards  food  and  other  animals   - Also  have  large  cerebellum  =  correct  reflexes  and  adjust  vestibular   system  in  respond  to  challenges     Descending  Tracts  to  Spinal  Cord   - In  mammals,  the  cerebral  hemispheres,  cortex  (mammals),   striatum  (birds)  –  bigger   o New  layered  cortical  areas  of  the  telencephalon   - Approach  and  avoidance  are  mediated  by  the  optic  tectum,   cerebellum  and  periaqueductal  grey  (underneath  the  optic   tectum)   - Ascending  systems  influence  motivation  (food,  sex,  water)     o Mediated  by  hypothalamic  pituitary  systems   - In  the  telencephalon,  the  olfactory  systems  and  limbic  systems   analyze  smells  coming  in  from  the  outside  world   à  leads  to   higher  analytical  systems  of  the  visual  and  auditory  systems  for   3D  analysis  of  outside  world     Tectospinal  tract     - Starts  in  the  optic  tectum  (in  the  intermediate  layers  of  the  superior  colliculus   - In  the  intermediate  layers  of  the  superior  collicu lus,  there  are  large  neurons  that  send  axons  down  the  brain  stem   - These  axons  cross  the  midline  in  the  midbrain   - Descend  through  hindbrain  all  the  way  to  motor  neurons  (in  hindbrain  and  spinal  cord)   à  Control  head  and  eyes  and  neck  for  turning       Superior  Colliculus  (Tectum)   - Tectum  –  dome  like  structure  –  inputs  coming  from  retina   - direct  inputs  from  retina  à  main  visual  system  in  lower  vertebrates   - retinotopic  map  (2D  map)  in  outer  layers   o Retina  topic  map:  receptors  and  gangl ion  cells  that  receive  input  from  different  visual  locations   o Retinol  map  (at  the  back  of  the  retina)  sends  output  to  tectum  and  provides  a  retinatopic  map  in  the  outer   layer  of  optic  tectum   o 2  cranial  nerve:  optic  nerve   § sends  axons  from  the  ganglion  cells  of  the  retina  to  go  to  the  outer   layers  of  the  superior  colliculus   - auditory  and  sensory  maps  in  middle  layers   à  aligned  with  retinal  map   - stimulation  elicits  turns  toward  or  away  from  sources  ( Hess,  1940s)   - cross  and  uncrossed  outputs     Retinatopic  map  on  the  dome  (top  layers)  of  the   superior  colliculus       Superior  Colliculus  Anatomy   - optic  tectum  involves  the  upper  1/3  of  the  midbrain   - there  is  a  superficial  layer   - intermediate  layer   - deep  layers   - Starts  with  optic  input   - Electrical  stimulation  à  You  can  produce  saccadic  eye   movements   - Each  point  produces  a  saccadic  eye  movement  to  a   different  point  in  space  à  makes  eye  turn  towards  the   direction  in  space  that’s  mapped   - The  saccadic  eye  movement  is  an  approach  turn  in  which   the  eye  movement  circuits  direct  eye  to  where  the  input  is   coming  in  space   - Light  activates  a  place,  and  that  pathway  p roduces  an  eye   movement  (fovea  directs  itself  to  that  location  space)   - Activation  of  these  neurons  results  in  activation  of  other  neurons     à  Tactospinal  pathway  (directs  saccadic  eye  movements)   o Approach  turn   o Eyes  turn  towards  that  location ,  followed  by   head  movement,  then  body  turn   - Reward  seeking:  seeking  out  the  stimulus  in  the   environment  according  to  place  (2D  map  and   perfect  2D  vertical  and  horizontal  eye   movements)     - Retinotopic  map  is  in  the  outer  layers   - The  intermediate  layers:  have  the  output  neurons   o At  the  same  time,  there  are  inputs  coming   from  the  ears,  and  the  whiskers  of  a  rat   o Auditory  information  has  a  2D  map   coming  from  the    brain  stem  auditory   localization  pathways  à  enter  in  the   middle  layer  and  provide  an  auditory  map   o There  is  also  tactile  information  from  the   whiskers  that  touch  things  as  it  runs   o Tacto  map  from  the  trigeminal  nerve  also   produces  a  map  aligned  with  the  retinol  map   - Outer  layers  of  the  optic  2D  map,  intermediate  layers  provide  aud itory  and  tachto  maps  that  map  onto  the  same   locations  aligned  with  the  retinol  map  in  the  intermediate  layers   - Tells  the  animal  whether  the  touch  and  sound  agrees  with  the  vision   - Visual  stimulus à  visual  response  =  delay   - Saccadic  eye  movements  happen  when   motor  cell  response   - Visual  motor  reflex     Superior  Colliculus   - moderate  intensity  visual,  tactile,  or  auditory  stimuli  evoke  “approach”  turns  toward  the  sti  s o Intermediate  layers:  turn  towards  that  location   o Deep  layers:  ducks  away   o Approach  turn:  activated  by  small  stimuli  in  intermediate  layer   o Deep  layer:  responds  to  big  and  threatening  stimuli  and  produces  a  “turn  away”   - intermediate  layer  neurons  to  the  crossed  tectospinal  tract   o Intermediate  layer  produce  a  cross  pathwayà  approach  response  à  small  stimuli  that  produce  saccadic   eye  movements   o Cross  pathways  that  go  to  motor  neurons  on  the  other  side   o Crossed  pathways  produces  an  “approach”  response   o Activated  by  small  stimuli  that  produce  active  saccadic  eye  movement  towards  the  stimulus   - deep  layers  have  different  output       - deep  layer  neurons  to  the  uncrossed  tectopontine  tract     o Deep  layer:  uncross  pathway  à  avoidance  response  à  huge  receptive  fields  (frightened  by  big  stimuli)   o Have  an  uncrossed  pathway  to  pull  the  animal  in  the  opposite  direction   o Uncross  pathway  produces  an  “avoidance”  response     o strong,  threatening  stimuli  evoke  “avoidance”  turns  away  fro m  the  stimulus   o deep  neurons  have  huge  receptive  fields  because  they  are  frightened  by  big  stimuli   - Saccadic  eye  movement  (2D  movement):  mediated  by  2  groups  of  motor  neurons  (in  brain  stem)   rd 1) vertical  in  midbrain  by  3  cranial  nerve   2) 6  cranial  nerve  controls  horizontal  movement  in  the  pons)   o mainly  techtoreticular  for  eye  movements   o mainly  tectocervialspainl  for  head  movements   o head  then  turns,  but  is  much  slower  and   have  more  muscles  in  neck   - Results  in  a  2nd  accurate  movements  (vertical   –  ocular  nerve,  and  horizontal  –  abducens  nerve)   - Strong  stimuli?  Avoidance  turns  in  deep  layer   à  turning  away  and  ducking     - ex,  in  Monkeys   o from  the  retina,  the  information  is  coming  into  the  visual  layer  by  a  retinotopic  map  based  on  foveas   o the  visual  cell  receptors  respond  to  this  input  by  relay  of  separate  synapse  from  the  outer  layer  to  the  big   neurons  (motor  neurons)  in  the  intermediate  layers   o motor  neurons  of  the  techtospinal  pat h   o if  you  record  from  these  neurons,  you  will  see  that  these  neurons  respond  later   o when  you  present  a  visual  stimulus  that  causes  visual  cells  to  respond,  there  is  a  delay  response  in  motor   cells   o takes  30mms  to  get  to  colliculus,  and  anther  20mms  to  activat e  the  colliculus   o saccadic  eye  movements  occurs  when  motor  cells  respond  ~20mms  after  the  motor  cell   o a  visual-­‐motor  reflex   - can  also
More Less

Related notes for HMB200H1

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.