Zusammenwirken neuronaler Filter bei verhaltensrelevanten sensorischen Entscheidungen von Feldheuschrecken

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Ronacher
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252726299

Wie kann ein Nervensystem mit nicht allzu vielen Neuronen die schnellen Änderungen verarbeiten, die charakteristisch für akustische Signale sind? Und wie erreicht ein kleines Nervensystem - trotz nicht sehr zuverlässig arbeitender Bausteine - eine hohe Zuverlässigkeit in der Signalanalyse? Das akustische Kommunikationssystem von Heuschrecken ist hervorragend geeignet, die Auswirkungen sensorischer Verarbeitungsprozesse auf Verhaltensäußerungen zu studieren, da die Erkennung der artspezifischen Gesänge die Grundlage für Partnerfindung und Fortpflanzung bildet und so - besonders für die Weibchen - ein hoher Selektionsdruck auf der zuverlässigen Signalerkennung liegt.Aufgrund ihres relativ einfachen Baus ist die Hörbahn von Feldheuschrecken ein Modellsystem, um zu verstehen, wie solche hoch relevanten Signale verarbeitet und neuronal repräsentiert werden. Wie in Theorien optimaler Codierung postuliert, werden die Antworten verschiedener Neurone dekorreliert und spärlicher. In dieser Hinsicht ähnelt die Situation den Befunden in Sinnessystemen von Wirbeltieren, dort allerdings findet man diese spärliche, dekorrelierte Codierung erst auf höheren Verarbeitungsstufen, während sie bei den Heuschrecken schon bald nach den Rezeptorzellen auftritt, möglicherweise erzwungen durch die geringe Zahl verfügbarer Neuronen. Diese geringe Zahl ist für die Untersuchung von Vorteil und erlaubt, die neuronalen Prozesse zu verstehen, die zu Änderungen der neuronalen Codierung auf höheren Verarbeitungsstufen führen. Im geplanten Projekt untersuchen wir die finale Verhaltensentscheidung, die auf der Basis der neuronalen Repräsentation der akustischen Signale stattfindet, mittels eines neu eingeführten LN- (linear-nichtlinear) Modells. Eine Modellversion mit nur zwei Merkmals-Detektoren erreichte eine außergewöhnlich hohe Vorhersagekraft (etwa 90% der Varianz der Verhaltensergebnisse werden erklärt) und bietet überdies eine elegante Lösung für eine Reihe von bisher unverstandenen Befunden. Ein Hauptteil der geplanten Untersuchung wird der Suche nach neuronalen Korrelaten für verschiedene Modellparameter gewidmet sein. Dazu werden wir Einzelzell- und Mehrzellableitungen in der Hörbahn und im Gehirn der Heuschrecken durchführen, eng kombiniert mit Verhaltensversuchen und weiterer Modellierung. Vor allem soll dieser Modellansatz auf ein größeres Merkmalsrepertoire und auf zusätzliche Heuschreckenarten erweitert werden. Mit dieser Erweiterung soll zum einen die Allgemeingültigkeit des Modells und seine mögliche Übertragbarkeit auf andere Sinnessysteme überprüft werden, zum anderen erwarten wir neue Erkenntnisse über die Evolution der Heuschreckengesänge, die eine wichtige Hybridisierungs-Barriere bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Jan Clemens; Professor Dr. Andreas Stumpner