Er zijn meer dan 4.000 kakkerlak soorten maar slechts ongeveer 30 zijn bekende ongedierte. Misschien wel de meest bekende is de verkeerde naam Amerikaanse kakkerlak Periplaneta americana die is ontstaan in Afrika, en is nu bijna overal op de planeet gevonden. Naast de snelle loopsnelheid 1 en ontwijkend gedrag in de tropen P. americana in staat is de vlucht 2,3.
De overheersende kenmerken van de kakkerlak centrale zenuwstelsel (CNS) zijn de segmentering en decentralisatie van de controle processen 4,5. De hersenen, borstkas en buik ganglia zijn met elkaar verbonden door gepaarde interganglionic connectieven aan de buikzenuwkoord (VNC) te vormen.
De ganglia bij elk segment zijn het integreren. Ze zijn samengesteld uit een buitenste corticale gebied dat die verantwoordelijk zijn voor de bloed-hersen barrière permeabiliteit net onder stellen en de somata van neuronen oorsprongsprong uit dat ganglion. Deze somata kunnen behoren tot interneuronen, modulerende neuronen, of motorische neuronen. Zij leveren axonen dat binnen het ganglion van herkomst (lokale interneuron) blijven, of axonen die projecteren tussen de ganglia van de CNS (interganglionic interneuronen) of die eindigen op perifere spiercellen (motor neuronen). De meeste somata worden ventraal of ventrolaterally gepositioneerd in het ganglion cortex 5. De gepaarde, interganglionic connectieven bevatten slechts axonen en geen neuronale cellichamen.
De neuropil van een ganglion bevat gliacellen (neuroglia), axon traktaten, bundels van axonen en dendrieten (neurites) van neuronen. De neuropil is verstoken van neuronale cellichamen. Dit is het gebied binnen de ganglion waar directe synaptische communicatie tussen zenuwcellen en de integratie van inputs optreden.
Het vermogen van de Amerikaanse kakkerlak P. americana te sporen en plotseling reageren op een naderende predator (voet, hand, enz.) is toegewezen aan een reflex circuit dat bestaat uit de cerci en gigantische vezelsysteem 6,7. De cerci zijn een paar hoornachtige, wind-gevoelige structuren op het uiteinde van de buik (figuur 1). In P. americana het ventrale oppervlak van elke cercus bevat ongeveer 200 filiform (draad) haren die zijn geordend in 14 kolommen. Negen van deze kolommen consistent te zijn in verschillende dieren volgens het responseigenschappen van de bijbehorende receptor cel en axon. Elke haar in een socket die het mogelijk maakt om het gemakkelijkst buigen in een vlak dat specifieke kolom. Beweging van het haar in een richting langs zijn vliegtuig veroorzaakt een depolarisatie in de receptor cel en een uitbarsting van actiepotentialen (AP's) in de sensorische neuron. Beweging in de tegenovergestelde richting remt eventuele lopende spontane AP 8. De voorkeur vlak van vervorming en gerichtheid van de reactie verschilt in elke kolom. Aldus de filiform hair-receptorcomplexen niet alleen verantwoordelijk voor het detecteren van de beweging van lucht, maar ook "codering", in de vorm van AP, de richting van waaruit de luchtstroom ontstaan. Verwerking van deze informatie door de CNS resulteert in een 'passende' escape response 6,7. Deze functionele, zuilvormige specificiteit van de sensorische haren is bewaard gebleven van dier tot dier.
De receptor cel van elk filoremische haar is verantwoordelijk voor transducing de mechanische uitslag van het haar in een neuraal evenement (resulterend in een uitbarsting of inhibitie van AP's in de receptor cel axon 9. De AP's reizen naar de terminal buik ganglion (A6) via Cercal zenuw XI, waar ze synaps met gigantische axonen van de buikzenuwkoord (VNC). worden De reus axonen vermoedelijk verantwoordelijk voor de transmissie en de daaropvolgende excitatie van de motorische neuronen die resulteert in een ontsnapping gedrag 6,10,11 te zijn.
De gedrags-latency of de ontsnapping reactie van P. americana is een van de kortste van dieren van alle 7. Behavioral latency is de tijd tussen de aankomst van een stimulus op een mechanoreceptor en de inleiding van een ontsnapping respons. In experimenten met hoge snelheid cinematografie aan de ontsnappingspoging van een aanvallende pad te nemen, werd de kakkerlak waargenomen om te beginnen zijn beurt weg van het pad in ongeveer 40 msec (tijd van het begin van de tong uitbreiding om beweging 7,12 kakkerlak. Behulp van gecontroleerde wind pufjes , de gedrags-latentie zou kunnen worden verminderd tot 11 msec. Andere experimenten bleek dat een minimale wind trekje snelheid van 12 mm / msec (met een versnelling van 600 mm / msec 2) een ontsnapping reactie kan oproepen, terwijl nog lagere snelheden (3 mm / sec) veroorzaakt langzaam lopen kakkerlakken te stoppen met bewegen 12.
De sterke correlatie die meestal bestaat tussen reus vezel systemen en vluchtgedrag is goed gedocumenteerd 13,14. In insttoelagen waar een bepaalde cel is noodzakelijk en voldoende om een bepaald gedrag op te roepen de cel wordt aangeduid als een commando neuron 15,16. Giant interneuronen (GIS) in de wind ontsnapping circuit van P. americana zijn niet nodig voor de reflex. Dieren die experimenteel zijn weggenomen GI's nog steeds vertonen vluchtgedrag dus deze GI's worden niet als commando neuronen 17,18. Severing cervicale connectieven dat rostraal van de sensomotorische circuit zijn ook van invloed op het gedrag, wat aangeeft dat aflopende input van de hersenen heeft een effect op de vluchtrichting 19. Deze aspecten van fijne controle en redundantie zijn van cruciaal belang voor de overleving van het organisme en worden aangevuld door neurochemische modulatie via biogene aminen 20.
De P. americana zenuwkoord preparaat is een elegant model voor neuroethologists in de afgelopen tientallen jaren te beginnen met het baanbrekende werk van Roeder 21. Het laat leerlingen opnemen, weergeven en analyseren primaire activiteit van de zintuigen en de resulterende reactie door reusachtige interneuronen om hun inbreng 22,23,24. Naast het overbrengen van de idee dat identificeerbare neurale circuits ten grondslag liggen gedragsreacties op het milieu, moeten deze oefeningen een waardering voor de biologische bijdragen van deze gemeenschappelijke huishouding plaag inboezemen.