Abstract The amine serotonin has been suggested to play a key role in aggression in many species of animals

the 2nd roots, while the endings within the neuropil of

the ganglion appear to in¯uence the central circuitries

concerned with motor programs (see below).

Intrinsic physiological properties

Of the two pairs of 5HT-containing neurosecretory

neurons, the best studied are the A1 pair (A1-5HT cells).

Although occasionally silent, these cells usually are

spontaneously active in the range 0.5±3 Hz. Recordings

from cell bodies show large overshooting action poten-

tials with prominent after hyperpolarizations, both of

which are typical of invertebrate neurosecretory neurons

(Beltz and Kravitz 1987; Ma et al. 1992). Spontaneous

®ring continues in the absence of calcium or with cobalt

added to the bathing medium, indicating that the action

potentials are not synaptically driven, although their size

and shape are altered under these conditions. In the

presence of 100 nmol l

)1

tetrodotoxin, action potentials

are completely abolished leaving no residual oscillations,

suggesting that a sodium current underlies the sponta-

neous activity (Cromarty et al. 1999). The after-hyper-

polarization is reduced or eliminated by superfusion

of preparations with tetraethyl ammonium chloride

(0.5±2 mmol l

)1

), 4-aminopyridine (100 nmol l

)1

) or

charybdotoxin (10 nmol l

)1

) (Cromarty et al. 1999).

These and other pharmacological studies suggest that

calcium-activated BK channels are important contribu-

tors to the after-hyperpolarization. Molecular studies

demonstrate that all isoforms of the shab form of the

shaker family of potassium channels are missing in the

A1-5HT cells, or are present at levels below the limit of

detection of our methods, but are present in all other

neuron types examined so far (Schneider et al. 1999).

Autoinhibition

A particularly interesting property of the A1-5HT neu-

rons is that they show a pause in their ®ring after a

period of high-frequency activation triggered by injec-

tion of current through an intracellular recording elec-

trode (Fig. 2) (Heinrich et al. 1999). We call this pause

``autoinhibition'' and it resembles the ``postactivation

inhibition'' seen in vertebrate serotonergic neurons from

the midline raphe nuclei (Aghajanian and Van-

derMaelen 1982). The prevailing explanation of the au-

toinhibition in vertebrate neurons is that it is due to

released 5HT acting back on 5HT

1a

receptors located on

the somata, axons and dendrites of the amine neurons

(for review see Aghajanian et al. 1990). Although the

autoinhibition seen in lobster neurons resembles that

seen in the vertebrate cells, the mechanism is di€erent in

that it appears to be an intrinsic property of the cells. We

believe this to be the case because: (1) we still see auto-

inhibition in saline with no added calcium or with cobalt

added, when we see no remaining synaptic activity; and

(2) we still see the inhibition in nerve cords from animals

depleted of 5HT through use of the drug 5,7 dihydrox-

ytryptamine (5,7-DHT). The duration of the autoinhi-

bition is directly related to the magnitude and duration

of the period of high frequency stimulation, but is inv-

ersely related to the initial ®ring rate of cells over their

normal range of ®ring (0.5±3 Hz). If the tonic release of

5HT from cells is a key part of how amine neurons work

(see below), such a mechanism could serve to maintain

uninterrupted elevated levels of 5HT in target areas

when cells are ®ring at the higher rates.

Fig. 1 Reconstruction of 1st abdominal serotonin-containing (A1-

5HT) cell from intracellular injection of the enzyme horseradish

peroxidase. After physiological identi®cation of the A1-5HT cell, it

was injected with the enzyme horseradish peroxidase which was

allowed to di€use for 12±72 h (details in Beltz and Kravitz 1987).

Tissues then were ®xed and a reaction product was generated using

diaminobenzidene as substrate. The cell morphology was traced using

a computer reconstruction system. The drawing is a composite of two

separate injections, one of which showed better morphology in ganglia

A1 through T4, the other of which showed better morphology in T2

and T3. The inset diagram (left side of ®gure) is an artist's

reconstruction of a typical A1-5HT cell. The A1-5HT neurons have

two sets of ending in every anterior ganglion through the sub-

esophageal: one is in the central neuropil regions of the ganglion, the

other is along the second thoracic roots in peripheral neurosecretory

regions. See text for further details. This ®gure is slightly modi®ed

from Fig. 3A and Fig. 5 of Beltz and Kravitz (1987)

225

---

Synaptic inhibition and excitation

Pharmacological responsiveness

The rate of spontaneous ®ring of A1-5HT neurons is

reduced by bath application of either octopamine or

c-aminobutyric acid (GABA), and is increased initially,

followed by a prolonged reduction, after bath applica-

tion of 5HT (Ma and Weiger 1993; Heinrich et al. 1999).

Proctolin, which co-localizes with 5HT in these neurons,

increases the ®ring of the cells. Thus two modulators

(5HT and proctolin), which are co-localized in the same

cell (Siwicki et al. 1987), have predominantly opposing

physiological e€ects. Since the proportions of amine and

peptide released at di€erent frequencies of stimulation

should vary (with more peptide released at the higher

frequencies of ®ring), the physiological consequences of

stimulating the A1 neurons also should vary, depending

on the ®ring frequency.

Inhibition

The 5HT-containing neurosecretory neurons receive

a constant barrage of spontaneous inhibitory input at

a frequency of around 3±5 Hz (Ma et al. 1992; Weiger

and Ma 1993). The inhibitory post-synaptic potentials

(IPSPs) are synchronized among the T5 and A1 ganglion

5HT cell pairs, and fall into three distinct size categories.

The most common of these are small (0.4±1.5 mV) and

originate from putative GABAergic neurons in the 3rd

abdominal ganglion. Inhibition arising from this source

is blocked by picrotoxin and eliminated by cutting or

blocking the connectives between the 2nd and 3rd

abdominal ganglia. While this suggests that spontane-

ously active GABAergic neurons in the A3 ganglion are

the source of the IPSPs, picrotoxin is not a completely

selective blocker of GABAergic input in crustaceans

(Marder and Paupardin-Tritsch 1978, 1980; Lingle and

Marder 1981). Upon eliminating this input to the A1

cells, the spontaneous ®ring rates of 5HT cells are in-

creased by about 50%, suggesting that these cells are

under constant inhibitory regulation (Weiger and Ma

1993). Large, slow IPSPs can be triggered in the A1 cells

with connective stimulation (HoÈrner et al. 1997; Hein-

rich et al., submitted). These seem to arise from ®bers

that traverse the entire length of the lobster ventral nerve

cord. A particularly interesting aspect of these slow in-

hibitory responses is that they are simultaneous with the

appearance of EPSPs in the octopamine-containing ne-

urosecretory neurons (R. Heinrich et al., unpublished

observations). Whatever the source of this input, it may

be an important part of the machinery involved in

governing opposing actions of the two amines. More-

over, unilateral stimulation of either anterior or poste-

rior connectives, leads to the appearance of bilateral

inhibitory synaptic responses in A1-5HT neurons. The

slow IPSPs are abolished after high frequency ®ring of

the A1-5HT cells, under conditions that produce auto-

inhibition in these cells, and recover back to their

original size over the next several minutes. Fast inhibi-

tory synaptic responses do not appear to be blocked by

the high frequency pre-®ring.

Excitation

Spontaneous

excitatory

post-synaptic

potentials

(EPSPs) also are seen in recordings from the A1-5HT

neurons, but these are best seen after blocking IPSPs

Fig. 2 Autoinhibition of A1-

5HT neurons. An intracellular

recording from a spontaneously

active 5HT neuron is shown on

the lower part of the ®gure.

With high frequency ®ring of

the cell through the intracellular

electrode there is a pause in the

®ring of the cell (autoinhibi-

tion). The duration of the au-

toinhibition period is directly

related to the magnitude of the

stimulation, but is inversely

related to the initial spontane-

ous ®ring rate (inset diagram).

See text for details. The inset

diagram is reprinted from

Fig. 4 of Heinrich et al. (1999)

226

---