Neuronale Grundlagen der akustischen Kommunikation in Drosophila

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Clemens
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329518246

Akustische Kommunikation ist die Grundlage sozialer Interaktionen wie Aggression oder Balzverhalten. Die neuronale Basis dieser Verhaltensweisen ist jedoch weitestgehend unbekannt, da sie komplexe und schnelle sensorimotorische Verarbeitungen beinhalten. Um die neuronale Basis von akustischer Kommunikation zu verstehen muss man 1) verhaltensrelevante Signalmerkmale identifizieren und 2) deren neuronale Repräsentation und Übersetzung in Verhalten untersuchen. Dafür werden wir Drosophila melanogaster als Modellsystem benutzen, da es genetische Methoden zur Kontrolle und Analyse neuronaler Aktivität anbietet.Akustische Signale in Drosophila werden während des Balzverhaltens eingesetzt. Das Männchen singt und das Weibchen bewertet das Männchen anhand dieses Gesangs. Während das Weibchen den Gesang zur Partnerwahl verwendet, löst er beim Männchen Balzverhalten gegenüber anderen Männchen aus. Der Gesang selbst ist vielschichtig, mit Merkmalen auf mehreren Zeitskalen. Wie das auditorische System dieses komplexe Muster verarbeitet ist jedoch unklar. Unbekannt ist 1) welche Neurone an der Gesangsverarbeitung beteiligt sind, 2) welche Rolle einzelne Neurone im Verhalten spielen und 3) wie die motorischen Ausgänge des Systems aussehen. Diese Fragen sind momentan unbeantwortet aufgrund mangelnden Wissens über die verhaltensrelevanten Gesangsmerkmale.Um die verhaltensrelevanten Signalmerkmale sowie die Verhaltensrelevanz einzelner Neurone zu identifizieren, habe ich einen neuen Verhaltenstest entwickelt, in dem der Gesang einzelnen Versuchstieren über einen Lautsprecher präsentiert wird, was die Präsentation präzise kontrollierter Signalmuster erlaubt. Das Verhalten wird zeitlich aufgelöst über Änderungen in der Laufgeschwindigkeit ausgelesen. Ausgehend von diesen Verhaltensversuchen werden wir analysieren, wie das Verhalten auf neuronaler Ebene entsteht. Zuerst werden wir die Antworteigenschaften auditorischer Neurone mittels Kalzium (Ca) imaging charakterisieren, um zu bestimmen wie sich die Verhaltensselektivität entlang der auditorischen Laufbahn entwickelt. Die Verhaltensrelevanz der Neurone wird durch genetische Inaktivierung während des Verhaltens ermittelt werden. Wir werden dann neue Elemente sowie die motorischen Ausgänge der auditorischen Laufbahn bestimmen. Ca imaging vom gesamten Gehirn wird eine umfassende Karte auditorischer Areale liefern. Durch Kombination von optogenetischer Aktivierung auditorischer Neurone mit Ca imaging werden wir die funktionale Konnektivität des Systems ermitteln. Zudem werden wir über Verhaltenstests Neurone identifizieren, die das auditorische System mit motorischen Mustergeneratoren verbinden. In diesem Projekt werden wir somit Einblick in die neuronalen Grundlagen akustischer Kommunikation erhalten - von der sensorischen Peripherie bis zum Verhalten. Das Projekt wird damit allgemeine Prinzipien von Mustererkennung, Entscheidungsfindung und motorischer Mustererzeugung erhellen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: TiSA laser for two photon microscope ; two photon microscope without laser
• Gerätegruppe: 5060 Mikroskopbeleuchtung ; 5090 Spezialmikroskope