Parallele Verarbeitung in elektrosensorischen Karten: Von der neuronalen Kodierung zum räumlichen Lernen.

• Antragsteller: Professor Dr. Jacob Engelmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240302167

Ziel des Projekts ist es die elektrosensorische Objektrepräsentation und -erkennung in ihrem verhaltensrelevanten Zusammenhang zu verstehen. Im Fokus stehen einerseits sensorische bottom-up Prozesse, die sich durch eine parallele Reizverarbeitung auszeichnen. Außerdem sollen höhere Areale der aktiven Elektroortung analysiert werden, die unter dem Einfluss von top-down gerichteten, motivationsverarbeitenden und assoziativen Systemen stehen.Es soll untersucht werden, wie elektrische Bilder realer Objekte in zwei parallelen neuronalen Karten repräsentiert und kodiert werden. Hierzu untersuchen wir die neuronalen Mechanismen und anatomischen Grundlagen der Verarbeitung zweidimensionaler elektrischer Information auf der Ebene der Elektrorezeptoren und der ersten Verarbeitungsstufe (ELL). Die den Versuchen zugrunde liegende Hypothese ist, dass es zu einer effizienten Verarbeitung unterschiedlicher sensorischer Eigenschaften in den beiden parallelen Karten im ELL kommt. Zusätzlich werden wir untersuchen, wie die in parallelen Karten vorverarbeiteten Informationen in aufsteigenden Zentren verschaltet werden und unter welchen Voraussetzungen es hierbei zu einer konvergenten Verarbeitung kommt. Hierzu werden vornehmlich anatomische Methoden eingesetzt werden. Durch die Kombination von anatomischen und neurophysiologischen Ansätzen erwarten wir Aussagen über effiziente sensorische Verarbeitung und die zu Grunde liegenden Mechanismen treffen zu können, die auch über unser Modellsystem hinaus von genereller Bedeutung sein werden. Diese Erkenntnisse können beispielsweise in Modellierungsstudien zur effizienten sensorischen Integration und in die technische Umsetzung biologischer Sensorprinzipien einfließen. Diese auf bottom-up Prozesse zielenden Fragestellungen werden durch Studien zu höheren kognitiven Leistungen ergänzt. In den höheren Arealen der elektrosensorischen Bahn - insbesondere auf Ebene des Vorderhirns und Cerebellums - werden wir neuronale Antworten auf elektrosensorische Reize erstmalig mit Bezug zu assoziativen Lernvorgängen beschreiben. Hierzu wird der Ansatz der immediate early gene Expression genutzt. Durch die Kombination dieses immunhistologischen Verfahrens mit Verhaltensstudien zum elektrosensorisch basierten räumlichen Lernen streben wie damit die Kartierung der beteiligten Hirnareale an. Weiterhin erlauben die Verhaltensversuche Schlussfolgerungen hinsichtlich der Homologie von Lernvorgängen bei Wirbeltieren und den ihnen zugrundeliegenden neuronalen Strukturen.Zusammenfassend verbindet der Antrag grundlagenorientierte Forschung an einem speziellen Modellorganismus mit Fragen von übergeordneter Relevanz wie den generellen Prinzipien sensorischer Verarbeitung, der Rolle von evolutiv konservierten Hirnarealen an bestimmten Lernformen und der potentiellen Umsetzung biologischer Netzwerke in anwendungsorientierte Bereiche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen