Die zelluläre und molekulare Grundlage des Bewegungssehens

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marion Silies
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246609904

Wie neuronale Netzwerke viele kritische Rechenoperationen ausführen, ist unbekannt. Sensorische Systeme nutzen eine Vielzahl von Berechnungen, um Informationen aus der Umgebung zu extrahieren und Verhalten zu steuern. Unser Verständnis der dazugehörigen Prozesse ist unvollständig: zum Teil sind Neurone bekannt die auf spezifische Reize reagieren; in anderen Systemen wurde Verhalten, oder mathematische Modelle, die Physiologie oder Verhalten vorhersagen, beschrieben. Es ist jedoch nicht vollständig verstanden wie Neurone bestimmte physiologische Eigenschaften erlangen, wie sie in Netzwerke organisiert sind und wie diese wiederum Verhalten steuern. Ein derartig grundlegendes Verständnis von Gehirnfunktion wird neue Wege zur Behandlung psychiatrischer und neurologischer Krankheiten eröffnen.Viele Tiere nutzen visuelle Information und vor allem Bewegungsreize, um zu navigieren, zu jagen, oder Jägern zu entkommen. Bewegungssehen erfordert, dass Signale über Zeit und Raum miteinander verglichen werden. Daher wird es als eine paradigmatische Rechenoperation des Gehirns angesehen. Mathematische Modelle, die beschreiben wie Bewegungsinformation extrahiert werden kann, existieren seit über 50 Jahren. Diese gelten für verschiedenste Organismen, vom Insekt bis zum Menschen. Die Netzwerke, die solche Modelle implementieren, sind jedoch oft unbekannt. Weiterhin kennt man viele zelluläre oder molekulare Mechanismen, die synaptische Aktivität oder neuronale Eigenschaften regulieren, aber diese wurden bisher nicht mit verhaltensrelevanten Rechenoperationen assoziiert. Eine Verknüpfung derartiger Mechanismen mit Verhaltensantworten ist in vielen Systemen unmöglich. Ich werde dies erreichen, indem ich Bewegungssehen in einem genetischen Modellorganismus, der Fruchtfliege Drosophila, untersuche. In Drosophila wurden Verhaltensantworten auf Bewegungsreize im Detail untersucht und durch Modelle beschrieben. Ich werde zellbiologische und genetische Methoden anwenden, um für das Bewegungssehen kritische Neurone zu manipulieren. Dies wird in Verbindung mit Physiologie und Verhalten die zellulären und molekularen Mechanismen aufdecken, die Antworten auf Bewegungsreize steuern. Weiterhin werde ich einen von mir etablierten genetischen „Werkzeugkasten“ anwenden, um neuronale Funktion in spezifischen Zellen zu manipulieren. Dies wird die neuronalen Netzwerke des Bewegungssehens identifizieren. Zuletzt werde ich physiologische Eigenschaften visueller Neurone und somit ihre Funktion in der Verarbeitung visueller Information definieren.Insgesamt wird dieses Projekt zu einem integrierten Verständnis einer paradigmatischen neuronalen Rechenoperation führen, welches molekulare Mechanismen mit einem definierten neuronalen Netzwerk und einer motorischen Antwort verknüpft. Dies wird dazu beitragen, zu verstehen, wie das Nervensystem molekulare, zelluläre und Netzwerk-Mechanismen vertikal integriert, um verhaltenskritische Antworten aus sensorischen Eingaben zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Kompaktes Konfokales Zwei- Photonen-Mikroskop
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope