Charakterisierung von zustandsabhängigen Unterschieden im Zentralkomplex und seinem Einfluss auf die motorische Kontrolle bei der Gottesanbeterin (Tenodera sinensis)

• Antragstellerin: Dr. Anne Wosnitza
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271127078

In seiner natürlichen Umgebung muss ein Tier kontinuierlich Hindernissen ausweichen während es Ziele ansteuert, oder vor Gefahren flieht. Hierfür ist ein kompliziertes Zusammenspiel von lokalen Reflexen, Mustergeneratoren und höheren Hirnarealen erforderlich, da die neuronale Aktivität des Rückenmarks oder der Ganglienkette alleine oft nicht ausreicht. Um Bewegungen zu steuern und in den Kontext der aktuellen interner und externen Bedingungen zu setzen (z.B. Lichtstärke, Temperatur, Hunger) sind anspruchsvolle Sinnessysteme notwendig. Es ist ein Grad an multisensueller Integration erforderlich, der irgendwo im Nervensystem angesiedelt sein muss. Eine erhebliche Anzahl neurogenetischer und elektrophysiologischer Daten weist darauf hin, dass diese Funktionen bei Insekten größtenteils im Zentralkomplex (CX) angesiedelt sind. Der CX ist eine Gruppe stark strukturierter und miteinander verknüpfter Nervengewebe an der Mittellinie des Protocerebrum aller Arthropoden, der eine große Menge sensorischer Informationen über Umgebung und physiologischen Zustand des Insekts empfängt. Bei gehalterten oder frei laufenden Schaben konnten durch Implantierung von Tetroden-Drähten in den CX klare Korrelationen der Aktivität in individuellen neuronalen Einheiten mit Entscheidungen zur Bewegungsplanung demonstriert werden. Eine aktuelle Metaanalyse von genetischen, physiologischen und Verhaltensdaten, deutet stark darauf hin, dass der CX homolog zu den primär an der Entscheidungsfindung und -auswahl beteiligten Basalganglien der Säugetiere ist. Trotz intensiver Forschung von diversen Laboren konnte die genaue Rolle des CX für das Verhalten jedoch noch nicht endgültig geklärt werden. Daher möchte ich untersuchen wie die Aktivität der CX Netzwerke spezifische Verhaltensweisen beeinflusst während ein Insekt Veränderungen in seiner unmittelbaren Umgebung oder seinem inneren Zustand erfährt. Um dieses Ziel zu erreichen, beabsichtige ich Ableitungen vom Gehirn der Gottesanbeterin zu untersuchen, indem ich die Mehrkanal-Tetroden Technik verwende, die kürzlich von der Anwendung im Hirn der Schabe auf die nah verwandte Gottesanbeterin übertragen wurden. Die Verwendung eines räuberischen Insekts, wie der Gottesanbeterin, erlaubt es mir genau vorherzusagen wohin sich das Tier ohne experimentelle Manipulation bewegt hätte, sowie Muster neuronaler Aktivität präzise ausgerichteten Bewegungen zuzuordnen. Es bietet außerdem die Möglichkeit die Hypothese zu testen, das Neuromodulatoren für Hunger und Sattheit durch Veränderungen in den CX Netzwerken das Pirschverhalten beeinflussen. Ich werde Mehrkanal-Tetroden Ableitungen mit hochfrequenter Videoanalyse kombinieren, um die Muster der neuronalen Aktivität in mit Pirsch- und Fangbewegungen assoziierten Regionen des CX zu untersuchen. Ich glaube, dass diese Studien und die daraus resultierenden auf neuronalen Daten basierenden Modelle, wichtige Einblicke in die Funktionsweise von zustandsabhängiger Kontrolle geben werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Roy E. Ritzmann