Quantifizierung und Analyse dynamischer sensorischer Information: vom Verhalten zur Verarbeitung des sensorischen Flusses im elektrosensorischen System.

• Antragsteller: Professor Dr. Jacob Engelmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248704085

Ein quantitatives Abbild des Facettenreichtums von Verhalten zu erhalten ist eine große Herausforderung, wie sich insbesondere am Beispiel sensorisch-motorischer Interaktion zeigt. Aus solchen Studien abgeleitete Modelle neuronaler Kontrolle des Verhaltens sind daher stark vereinfachend. Versuche unter natürlichen Bedingungen sind daher wichtig, aber auch mit erheblichen technischen und analytischen Problemen verbunden: Wie kann etwa ein Beobachter im Kontinuum von Verhalten und Wahrnehmung die für ein Verhalten relevante sensorische Information erkennen? Hier bieten sich Versuche an schwach elektrischen Fischen an, da diese Tiere mit der Entladung ihres elektrischen Organs eindeutig festlegen wann, wo und damit auch welche sensorische Information erfasst wird. Dadurch eröffnen sie ein einmaliges Potential, um das allgemeine Verständnis sensorisch-motorischer Interaktion zu verbessern. Dies wollen wir nutzen, um auf Basis von Verhaltensstudien an der Art Gnathonemus petersii erstmalig eine quantitative Analyse des elektrosensorischen Flusses zu erreichen. Um die Struktur des Verhaltens und die daraus resultierenden sensorischen Signale bestimmen zu können, werden wir zunächst eine quantitative Datenbank prototypischer Verhaltensweisen erstellen. Auf dieser Basis werden wir die Abfolge der verhaltensrelevanten sensorischen Information rekonstruieren. Dabei werden wir zwei denkbare Extreme vergleichen: die auf einer sequentiellen Analyse einzelner elektrischer Bilder über die gesamte Sensorphalanx zur Verfügung stehende Information, sowie die Information welche anhand der zeitlichen Veränderung des sensorischen Signals an einzelnen Rezeptoren verfügbar ist. Dadurch streben wir den Vergleich von statisch-räumlicher und dynamisch-lokaler Information an. Hierauf aufbauend wollen wir, wie dies bereits für statische Reize durchgeführt wurde, die für die Elektrolokation relevanten Parameter elektrischer Bilder innerhalb des sensorischen Flusses bestimmen und dabei ermitteln, ob die Berücksichtigung räumlich-zeitlicher Dynamiken eine erhöhten Rate von Extraktion relevanter Information erlaubt.Die zentrale Hypothese unseres Antrags, der zufolge Mormyriden den sensorischen Input kontextgebunden beeinflussen, wollen wir auch hinsichtlich der neuronalen Analyse der sensorischen Signale untersuchen. Wie räumlich-zeitliche sensorische Muster neuronal verarbeitet werden wurde in diesem Sinnessystem bisher nicht untersucht. Dies wollen wir durch Analyse einzelner Neurone in einem closed-loop Szenario, in dem Objekte auf linearen Trajektorien zur Stimulation eingesetzt werden, während die Tiere das zeitliche sensorische Intervall frei bestimmen, untersuchen. Der Schwerpunkt wird die informationstheoretische Analyse der elektrosensorischen Informations-extraktion verglichen für stationäre und bewegte Reize sein. Diese Analyse wird auf Basis der neuronalen Antworten von Zellen der ersten sensorischen Stationen (Afferenzen und Medulla) durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen