Von Sensorischer Ökologie zur Kognition - die multi-sensorische Wahrnehmung und Repräsentation von Objekten bei Fischen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard von der Emde
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240543582

Die meisten Tiere nutzen mehrere Sinne um Objekte in ihrer Umwelt wahrzunehmen und sich zu orientieren. In diesem Projekt geht es darum, wie verschiedene Sinnessysteme zusammenarbeiten um eine verlässlichen, multimodale Wahrnehmung der Umwelt zu gewährleisten. Im Vorläuferprojekt konnten wir erstmals außerhalb der Säugetiere zeigen, dass beim schwach-elektrischen Fisch Gnathonemus petersii ein inter-modaler Transfer zwischen dem aktiven elektrischen und dem visuellen Sinn erfolgt, d.h., die Fische können ein Objekt spontan visuell wiedererkennen, selbst wenn sie es bisher nur elektrisch wahrgenommen haben und umgekehrt. Dies lässt vermuten, dass eine neuronale Repräsentation im Gehirn angelegt wurde, die anschließend auch anderen Sinnessystemen zugänglich ist. Außerdem konnten wir zeigen, dass bei der multi-sensorischen Objektwahrnehmung die einzelnen Sinnessysteme dynamisch gewichtet werden. Die Gewichtung des sensorischen Inputs erfolgt dabei anhand der Verlässlichkeit der jeweiligen Sinneskanäle, wodurch Unklarheiten bzw. Mehrdeutigkeiten minimiert werden. Dies kann unter Umständen zur Dominanz eines der Sinnessysteme führen. In diesem Fortsetzungsprojekt sollen die fundamentalen Prozesse der multi-modalen Objektwahrnehmung bei Vertebraten untersucht werden. Am Modellsystems G. petersii wollen wir die Gesetzmäßigkeiten sensorischer Gewichtung und ihrer neuronalen Substrate analysieren. Durch den Einsatz speziell angefertigter Objekte können sowohl der visuelle als auch der elektro-sensorische Input genau definiert werden. Im Verhaltensteil des Antrags werden wir prüfen, ob die sensorische Gewichtung bei der Objektwahrnehmung optimal erfolgt, d.h., ob sie von der Verlässlichkeit des jeweiligen Inputs abhängt. Des Weiteren wollen wir klären, ob die Gewichtung nach einem fixen Schema erfolgt, oder ob sie auch von den jeweiligen Trainingsbedingungen abhängt. Schließlich wird die Objektwahrnehmung bei widersprüchlichem Input der beteiligten Sinneskanäle untersucht. Im neuro-anatomischen Teil des Projekts geht um die neuronalen Substrate intermodaler Objekterkennung und sensorischer Gewichtung. Durch den Einsatz des neuronalen Tracers DiI sollen zunächst die höheren, aufsteigenden Bahnen des visuellen und des elektro-sensorischen Sinnessystems dargestellt werden, um so die uni- und multi-sensorischen Gehirnbereiche und ihre Verbindungen zu identifizieren. Für die Objekterkennung wichtige Zielgebiete sind hierbei z.B. das Zerebellum, das optische Tektum im Mittelhirn und verschiedene Bereiche im Pallium (Vorderhirn). In einem zweiten Ansatz wollen wir die neuronalen Aktivierungsprozesse während der intermodalen Objekterkennung und beim Sinnestransfer durch die Darstellung von Aktivitätsmarkern (phosphorylated external signal related kinase, pERK) im Gehirn aufzeigen. So können die Areale identifiziert werden, die bei der multimodalen Wahrnehmung aktiv sind, um so die Grundlagen sensorischer Gewichtung im Gehirn von G. petersii aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen