@phdthesis{Groh2005,
  author    = {Groh, Claudia},
  title     = {Environmental influences on the development of the female honeybee brain Apis mellifera},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17388},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {F{\"u}r die Honigbiene spielt der Geruchssinn eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation innerhalb des Sozialstaates. Kastenspezifische, auf uweltbedingten Einfl{\"u}ssen basierende sowie altersbedingte Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten liefern ein hervorragendes Modellsystem f{\"u}r diese Studie, um die Entwicklung und Funktion neuronaler Plastizit{\"a}t im olfaktorischen System zu untersuchen. Diese Studie konzentriert sich auf Unterschiede zwischen K{\"o}niginnen und Arbeiterinnen, den beiden weiblichen Kasten innerhalb des Bienestaates, sowie auf umweltbedingte Plastizit{\"a}t. Diploide Eier, aus denen sich K{\"o}niginnen und Arbeiterinnen entwickeln, sind genetisch identisch. Dennoch entwickeln sich K{\"o}niginnen wesentlich schneller zum Adulttier als Arbeiterinnen, sind als Imago gr{\"o}ßer, leben wesentlich l{\"a}nger und zeigen andere Verhaltensweisen. Diese Unterschiede werden durch eine differentielle larvale F{\"u}tterung initiiert. Im Anschluss an das Larvenstadium und somit nach erfolgter Kastendetermination, entwickeln sich die Bienen {\"u}ber eine Puppenphase (verdeckelte Phase) zum Imago. Adulte Bienen klimatisieren das zentrale Brutareal auf einer mittleren Temperatur von 35°C konstant. Bienen, die bei niedrigeren Temperaturen innerhalb des physiologisch relevanten Bereichs aufwachsen, weisen Defizite im olfaktorischen Lernverhalten und in der Tanzkommunikation auf. M{\"o}gliche neuronale Korrelate f{\"u}r altersbedingte, temperatur- und kastenspezifische Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten sollten in dieser Arbeit betrachtet werden. Die strukturellen Analysen konzentrierten sich dabei auf prim{\"a}re (Antennalloben) und sekund{\"a}re (Pilzk{\"o}rper-Calyces)olfaktorische Verarbeitungszentren im Gehirn von sich entwickelnden und adulten Tieren beider Kasten. Synchron verdeckelte Brutzellen beider Kasten wurden unter kontrollierten Bedingungen im Inkubator herangezogen. Neuroanatomische Untersuchungen wurden an fixierten Gewebeschnitten mittels einer Doppelfluoreszenzf{\"a}rbung mit Fluor-Phalloidin und anti-Synapsin Immuncytochemie durchgef{\"u}hrt. Diese Doppelmarkierung erm{\"o}glichte die Visualisierung und Quantifizierung individueller Synapsenkomplexe (Microglomeruli) im Pilzk{\"o}rper-Calyx. Phalloidin bindet an verschiedene F-Aktin Isoformen und kann zum Nachweis von F-Aktin im Insektennervensystem verwendet werden. F-Aktin wird w{\"a}hrend der Entwicklung in Wachstumskegeln und in adulten Gehirnen in pr{\"a}synaptischen Endigungen und dendritischen Dornen exprimiert. Pr{\"a}synaptische Elemente wurden durch den Einsatz eines spezifischen Antik{\"o}rpers gegen das Drosophila-Vesikeltransportprotein Synapsin I charakterisiert. Mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning Mikroskopie wurde die exakte r{\"a}umliche Zuordnung der Fluoreszenzsignale anhand optischer Schnitte durch die Pr{\"a}parate realisiert. Anhand dieser Methodik konnten erstmals {\"u}ber reine Volumenanalysen hinausgehende Messungen zur synaptischen Strukturplastizit{\"a}t im Pilzk{\"o}rper-Calyx durchgef{\"u}hrt werden. Die Untersuchungen an Gehirnen in den verschiedenen Puppenstadien zeigten Unterschiede im Entwicklungsverlauf der Gehirne mit dem Fokus auf die Bildung antennaler Glomeruli und calycaler Microglomeruli. Unterschiede in der Gehirnentwicklung verdeutlichten die ontogenetische Plastizit{\"a}t des Gehirns der Honigbiene. Entsprechend der k{\"u}rzeren Puppenphase der K{\"o}niginnen bildeten sich sowohl antennale Glomeruli als auch alle Untereinheiten (Lippe, Collar, Basalring) des Calyx etwa drei Tage fr{\"u}her aus. Direkt nach dem Schlupf zeigten quantitative Analysen innerhalb der Pilzk{\"o}rper-Calyces eine signifikant geringere Anzahl an Microglomeruli bei K{\"o}niginnen. Diese neuronale Strukturplastizit{\"a}t auf verschiedenen Ebenen der olfaktorischen Informationsverarbeitung korreliert mit der kastenspezifischen Arbeitsteilung. Die Arbeit liefert Erkenntnisse {\"u}ber den Einfluss eines wichtigen kontrollierten Umweltparameters, der Bruttemperatur, w{\"a}hrend der Puppenphase auf die synaptische Organisation der adulten Pilzk{\"o}rper-Calyces. Bereits geringe Unterschiede in der Aufzuchtstemperatur (1°C) beeinflussten signifikant die Anzahl von Microglomeruli in der Lippenregion des Calyx beider weiblicher Kasten. Die maximale Anzahl an MG entwickelte sich bei Arbeiterinnen bei 34.5°C, bei K{\"o}niginnen aber bei 33.5°C. Neben dieser entwicklungsbedingten neuronalen Plastizit{\"a}t zeigt diese Studie eine starke altersbedingte Strukturplastizit{\"a}t der MG w{\"a}hrend der relativ langen Lebensdauer von Bienenk{\"o}niginnen. Hervorzuheben ist, dass die Anzahl an MG in der olfaktorischen Lippenregion mit dem Alter anstieg (~55\%), in der angrenzenden visuellen Collarregion jedoch abnahm (~33\%). Die in der vorliegenden Arbeite erstmals gezeigte umweltbedingte Entwicklungsplastizit{\"a}t sowie altersbedingte synaptische Strukturplastizit{\"a}t in den sensorischen Eingangsregionen der Pilzk{\"o}rper-Calyces k{\"o}nnte kasten- und altersspezifischen Anpassungen im Verhalten zugrunde liegen.},
  subject      = {Biene},
  language  = {en}
}
@article{FalibeneRocesRoessleretal.2016,
  author    = {Falibene, Augustine and Roces, Flavio and R{\"o}ssler, Wolfgang and Groh, Claudia},
  title     = {Daily Thermal Fluctuations Experienced by Pupae via Rhythmic Nursing Behavior Increase Numbers of Mushroom Body Microglomeruli in the Adult Ant Brain},
  series = {Frontiers in Behavioral Neuroscience},
  volume    = {10},
  journal   = {Frontiers in Behavioral Neuroscience},
  number    = {73},
  doi       = {10.3389/fnbeh.2016.00073},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146711},
  year      = {2016},
  abstract  = {Social insects control brood development by using different thermoregulatory strategies. Camponotus mus ants expose their brood to daily temperature fluctuations by translocating them inside the nest following a circadian rhythm of thermal preferences. At the middle of the photophase brood is moved to locations at 30.8°C; 8 h later, during the night, the brood is transferred back to locations at 27.5°C. We investigated whether daily thermal fluctuations experienced by developing pupae affect the neuroarchitecture in the adult brain, in particular in sensory input regions of the mushroom bodies (MB calyces). The complexity of synaptic microcircuits was estimated by quantifying MB-calyx volumes together with densities of presynaptic boutons of microglomeruli (MG) in the olfactory lip and visual collar regions. We compared young adult workers that were reared either under controlled daily thermal fluctuations of different amplitudes, or at different constant temperatures. Thermal regimes significantly affected the large (non-dense) olfactory lip region of the adult MB calyx, while changes in the dense lip and the visual collar were less evident. Thermal fluctuations mimicking the amplitudes of natural temperature fluctuations via circadian rhythmic translocation of pupae by nurses (amplitude 3.3°C) lead to higher numbers of MG in the MB calyces compared to those in pupae reared at smaller or larger thermal amplitudes (0.0, 1.5, 9.6°C), or at constant temperatures (25.4, 35.0°C). We conclude that rhythmic control of brood temperature by nursing ants optimizes brain development by increasing MG densities and numbers in specific brain areas. Resulting differences in synaptic microcircuits are expected to affect sensory processing and learning abilities in adult ants, and may also promote interindividual behavioral variability within colonies.},
  language  = {en}
}
@article{RoesslerSpaetheGroh2017,
  author    = {R{\"o}ssler, Wolfgang and Spaethe, Johannes and Groh, Claudia},
  title     = {Pitfalls of using confocal-microscopy based automated quantification of synaptic complexes in honeybee mushroom bodies (response to Peng and Yang 2016)},
  series = {Scientific Reports},
  volume    = {7},
  journal   = {Scientific Reports},
  number    = {9786},
  doi       = {10.1038/s41598-017-09967-8},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-170451},
  year      = {2017},
  abstract  = {A recent study by Peng and Yang in Scientific Reports using confocal-microscopy based automated quantification of anti-synapsin labeled microglomeruli in the mushroom bodies of honeybee brains reports potentially incorrect numbers of microglomerular densities. Whereas several previous studies using visually supervised or automated counts from confocal images and analyses of serial 3D electron-microscopy data reported consistent numbers of synaptic complexes per volume, Peng and Yang revealed extremely low numbers differing by a factor of 18 or more from those obtained in visually supervised counts, and by a factor 22-180 from numbers in two other studies using automated counts. This extreme discrepancy is especially disturbing as close comparison of raw confocal images of anti-synapsin labeled whole-mount brain preparations are highly similar across these studies. We conclude that these discrepancies may reside in potential misapplication of confocal imaging followed by erroneous use of automated image analysis software. Consequently, the reported microglomerular densities during maturation and after manipulation by insecticides require validation by application of appropriate confocal imaging methods and analyses tools that rely on skilled observers. We suggest several improvements towards more reliable or standardized automated or semi-automated synapse counts in whole mount preparations of insect brains.},
  language  = {en}
}
@article{GrohRoessler2020,
  author    = {Groh, Claudia and R{\"o}ssler, Wolfgang},
  title     = {Analysis of Synaptic Microcircuits in the Mushroom Bodies of the Honeybee},
  series = {Insects},
  volume    = {11},
  journal   = {Insects},
  number    = {1},
  issn      = {2075-4450},
  doi       = {10.3390/insects11010043},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-200774},
  year      = {2020},
  abstract  = {Mushroom bodies (MBs) are multisensory integration centers in the insect brain involved in learning and memory formation. In the honeybee, the main sensory input region (calyx) of MBs is comparatively large and receives input from mainly olfactory and visual senses, but also from gustatory/tactile modalities. Behavioral plasticity following differential brood care, changes in sensory exposure or the formation of associative long-term memory (LTM) was shown to be associated with structural plasticity in synaptic microcircuits (microglomeruli) within olfactory and visual compartments of the MB calyx. In the same line, physiological studies have demonstrated that MB-calyx microcircuits change response properties after associative learning. The aim of this review is to provide an update and synthesis of recent research on the plasticity of microcircuits in the MB calyx of the honeybee, specifically looking at the synaptic connectivity between sensory projection neurons (PNs) and MB intrinsic neurons (Kenyon cells). We focus on the honeybee as a favorable experimental insect for studying neuronal mechanisms underlying complex social behavior, but also compare it with other insect species for certain aspects. This review concludes by highlighting open questions and promising routes for future research aimed at understanding the causal relationships between neuronal and behavioral plasticity in this charismatic social insect.},
  language  = {en}
}
@article{GrobTritscherGruebeletal.2021,
  author    = {Grob, Robin and Tritscher, Clara and Gr{\"u}bel, Kornelia and Stigloher, Christian and Groh, Claudia and Fleischmann, Pauline N. and R{\"o}ssler, Wolfgang},
  title     = {Johnston's organ and its central projections in Cataglyphis desert ants},
  series = {Journal of Comparative Neurology},
  volume    = {529},
  journal   = {Journal of Comparative Neurology},
  number    = {8},
  doi       = {10.1002/cne.25077},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-225679},
  pages     = {2138 -- 2155},
  year      = {2021},
  abstract  = {The Johnston's organ (JO) in the insect antenna is a multisensory organ involved in several navigational tasks including wind-compass orientation, flight control, graviception, and, possibly, magnetoreception. Here we investigate the three dimensional anatomy of the JO and its neuronal projections into the brain of the desert ant Cataglyphis, a marvelous long-distance navigator. The JO of C. nodus workers consists of 40 scolopidia comprising three sensory neurons each. The numbers of scolopidia slightly vary between different sexes (female/male) and castes (worker/queen). Individual scolopidia attach to the intersegmental membrane between pedicel and flagellum of the antenna and line up in a ring-like organization. Three JO nerves project along the two antennal nerve branches into the brain. Anterograde double staining of the antennal afferents revealed that JO receptor neurons project to several distinct neuropils in the central brain. The T5 tract projects into the antennal mechanosensory and motor center (AMMC), while the T6 tract bypasses the AMMC via the saddle and forms collaterals terminating in the posterior slope (PS) (T6I), the ventral complex (T6II), and the ventrolateral protocerebrum (T6III). Double labeling of JO and ocellar afferents revealed that input from the JO and visual information from the ocelli converge in tight apposition in the PS. The general JO anatomy and its central projection patterns resemble situations in honeybees and Drosophila. The multisensory nature of the JO together with its projections to multisensory neuropils in the ant brain likely serves synchronization and calibration of different sensory modalities during the ontogeny of navigation in Cataglyphis.},
  language  = {en}
}