Neuronale Grundlagen aufgabenspezifischer Modifikationen der sensomotorischen Verarbeitung im Laufsystem von Insekten

• Antragsteller: Professor Dr. Ansgar Büschges
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246181773

Zur Fortbewegung in ihrem Umfeld muss der Bewegungsapparat von Tieren nicht nur Vortrieb erzeugen, sondern auch Steuerungsbewegungen, die das Tier zu visuell, chemosensorisch, akustisch oder taktil identifizierten Zielen führen. Dazu muss die Aktivität der den Bewegungsapparat kontrollierenden Muskeln so modifiziert werden, dass z.B. die Laufrichtung geändert werden kann, oder auch Hindernisse überquert, bzw. überstiegen werden können. Die dafür verantwortlichen neuronalen Netzwerke liegen nahe bei den kontrollierten Extremitäten im Zentralnervensystem: Bei Insekten liegen sie in den segmentalen Ganglien des thorakalen Bauchmarks. Während der Erzeugung lokomotorischer Aktivität sind diese Netzwerke ständig unter der Kontrolle übergeordneter Regionen des Zentralnervensystems. Diese halten mittels der auf die segmentalen Netzwerke wirkenden absteigenden Signale nicht nur die lokomotorische Aktivität aufrecht, sondern ermöglichen auch ihre beständige Modifikation und Justierung, um die gewünschten Anforderungen an den Bewegungsapparat zu gewährleisten. Die Änderung der Laufrichtung, z.B. beim Kurvenlaufen, ist ein einfaches Manöver der Fortbewegung. Insekten benutzen dafür spezifische, stark unterschiedliche Schreitbewegungen der Beine auf beiden Körperseiten. Derzeit ist weder bekannt, wie absteigende Signale von höheren Zentren des Nervensystems die Aktivität der segmentalen, thorakalen Netzwerke zur Bewegungserzeugung für den Kurvenlauf beeinflussen, noch, welche neuronalen Komponenten dieser Netzwerke dabei beeinflusst werden. Dieses Projekt zielt darauf ab, die letzte dieser beiden Fragen zu beantworten, indem neurophysiologische Untersuchungen an dem Laufsystem der Stabheuschrecke durchgeführt werden. Bei diesem Versuchstier sind viele sensorische und zentralnervöse Mechanismen und einige der eingebundenen neuronale Netzwerken zur Erzeugung der Schreitbewegungen der Beine sehr gut bekannt. Eine aktuelle Studie legt nun nahe, dass es aufgabenspezifische Modifikationen in der Verarbeitung propriozeptiver Signale in den segmentalen neuronalen Netzwerken sind, welche die Grundlage für die aufgabenspezifische Modifikation motorischer Aktivität bilden. Das Projekt soll drei Fragen beantworten: 1. Wie ändert sich der Einfluss und die Verarbeitung sensorischer Rückkopplungssignale von Bodenkontakt-, Bewegungs- und Belastungs-, bzw. Kraftsensoren der Extremitäten in Abhängigkeit von der Kurvenlaufrichtung? 2. Wie wird die Verarbeitung von Rückkopplungssignalen über Bewegungen der Beinsegmente, die beim Geradeauslaufen zur Unterstützung von Bewegungen (Reinforcement of Movement) eingesetzt werden, beim Kurvenlaufen verändert? Spezifisch soll die Abhängigkeit von der Funktion des Beines als Innenbein, oder Außenbein untersucht werden. 3. Welche Neurone der lokalen Netzwerke werden dabei so beeinflusst, dass eine geeignete motorische Aktivität des Kurvenlaufens von Innen- und Außenbeinen erzeugt werden kann?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen