High resolution 3D-neuroanatomy of the retina - investigation of wiring rules in different contrast mechanisms

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Heß
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226127164

Die Netzhaut der Wirbeltiere ist ein Paradebeispiel für die Untersuchung von Struktur-Funktions-Beziehungen komplexer Sinnesorgane und deren artspezifische Adaptation an unterschiedliche Umweltbedingungen/Orientierungserfordernisse. Histologie und Feinstruktur der äußeren Retina (Photorezeptoren + Pigmentepithel) geben Hinweise auf Sehschärfe (Photorezeptordichte), Sensitivität (z.B. Spiegeltapeta) und Kontrastmechanismen (Photorezeptor-Morphotypen), die durch Zellzahlverhältnisse und neuroanatomische Befunde aus der inneren Retina präzisiert werden können. Sowohl ein grundlegendes Verständnis über Aufbau und Funktion dieses Nervennetzes, als auch Erkenntnisse zu spezialisierten Varianten (hier bzgl. mono-, di-, tri- und tetrachromatischer Kontrastbildung) stehen und fallen mit der Verfügbarkeit und Qualität hochauflösender Strukturdaten zu Gestalt und Verschaltungsregeln aller beteiligten Zelltypen - Beträge, die die morphologische Retinaforschung mittels 3D-Imaging auf licht- und elektronenmikroskopischem Auflösungsniveau in immer besserem Maße zu leisten vermag. Den Durchbruch im Forschungsfeld retinal connectomics gestatten jedoch erst seit ganz kurzer Zeit neueste Verfahren der serial- block-face-scanning-electron-microscopy (SBFSEM) mit mechanischer Schichtabtragung (Heidelberger Hobel) oder mittels Ionenstrahl (FIB-FESEM), die erstmals nahezu verzerrungsfreie Ultradünnschichtserien und damit morphologisch und morphometrisch aus-wertbare 3D-Bilddaten für die Rekonstruktion vollständiger Nervennetze/Schaltkreise in nm-Auflösung bereitstellen. Im vorausgehenden, von der DFG geförderten Projekt (HE5428/2-2) haben wir mittels FIB-FESEM erstmals zahlreiche Zelltypen und Verschaltungsregeln einer Knochenfischretina erforscht und Möglichkeiten und Grenzen dieser Methode aufgezeigt. Um diese zu überwinden und die zoologisch-neuroanatomischen Befunden in einem adäquaten Kontext interpretieren zu können, sollen nun die retinalen Schaltpläne von 4 Knochenfischarten mit unterschiedlichen Kontrastmechanismen möglichst vollständig rekonstruiert werden. Dazu soll FIB-FESEM (für die besonders fein verästelte äußere plexiforme Schicht) und der Heidelberger Hobel (für die restliche innere Retina incl. innerer plexiformer Schicht) kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen