Investigating the Role of the Dorsal Filament in Weakly Electric Fish

Abstract

Les humains et les animaux utilisent des récepteurs sensoriels spécialisés pour encoder des informations sur leur environnement. La densité de ces récepteurs peut avoir un impact significatif sur l'acuité sensorielle et la qualité de l'information obtenue. Par exemple, la fovéa de la rétine humaine présente la région de la rétine ayant la densité de photorécepteurs la plus élevée, ce qui améliore l'acuité visuelle.

Le poisson faiblement électrique Apteronotus albifrons habite les eaux néotropicales. Il est réputé pour sa capacité remarquable à naviguer et à capturer des proies dans l'obscurité sans se fier à des repères visuels. Tout comme d'autres poissons faiblement électriques du type ondulatoire, cette espèce génère un champ électrique de faible intensité dans les eaux environnantes. La production de ce champ électrique est continue, et varie dans le temps. Tout objet à proximité du poisson et ayant des propriétés électriques différentes comparativement aux eaux environnantes provoque des perturbations dans ce champ électrique. Ces perturbations sont détectées par des milliers d'électrorécepteurs qui sont situés partout sur la peau du poisson.

Chez l'Apteronotus albifrons, la densité d'électrorécepteurs n'est pas uniforme. Les deux régions ayant la plus haute densité de récepteurs sont la tête et le filament dorsal, une structure située sur la surface dorsale du poisson. La tête contient d'autres systèmes sensoriels tels que la vision, tandis que le filament dorsal ne contient que des électrorécepteurs. Cela suggère qu'il pourrait servir principalement d'organe électrorécepteurs. Bien qu'il y eût des indications d'un biais dorsal lors de la capture de proies, le rôle précis du filament dorsal dans le système électrosensoriel reste incertain.

Dans cette thèse, des mesures quantitatives du comportement des poissons sont utilisées pour analyser la façon dont ceux-ci répondent à des stimuli électrosensoriel positionnés à divers endroits autour de leurs corps. Après l'initiation du stimulus, le poisson se rapproche de l'endroit d'où provient stimulus. Dans certains cas, il y a aussi un léger mouvement de roulis vers le stimulus. De plus, la fréquence de détection des stimuli provenant d'au-dessus du filament dorsal est plus élevée que lorsqu'elle provient d'autres endroits autour de la même région du tronc. Collectivement, ces observations proposent que le filament dorsal produit une image électrique supérieure comparativement au reste du tronc.

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Animals use specialized sensory receptors to encode information about their environment. The density of these receptors can significantly impact sensory acuity and the quality of the information they provide. For instance, the fovea in the human retina has the highest photoreceptor density, which enhances visual acuity.

Apteronotus albifrons, a weakly electric fish that inhabits neotropical waters, is renowned for its remarkable ability to navigate and capture prey in the dark, without relying on visual cues. Like other wave-type weakly electric fishes, this species generates a time-varying electric field in the water surrounding its body. Any nearby object with distinct electrical properties compared to the surrounding waters will cause perturbations in this electric field. These perturbations are detected by thousands of electroreceptors located on the fish's skin.

Electroreceptor density on the fish's skin isn't uniform. The two highest density regions are the head and the dorsal filament, a distinct structure situated on the dorsal edge of the trunk. The head includes other sensory systems like vision, but, the dorsal filament appears to be innervated solely by afferents originating from electroreceptors. This suggests that it primarily serves as an electroreceptive organ. While there is some evidence indicating a dorsal bias during prey capture behavior, the precise role of the dorsal filament in electric sensing is uncertain.

Here, quantitative measurements of fish behavior were used to evaluate sensitivity to electrosensory stimuli positioned at various locations. Upon stimulus onset, fish approached the stimulus location, orienting with small changes in roll angle in some cases. In addition, the fish showed a higher detection frequency for stimuli located over the dorsal filament, compared to the rest of the trunk. These observations collectively suggest that the dorsal filament provides a superior electric image compared to the rest of the trunk.