Die Rolle von Kleinhirnnetzwerken bei Verhaltensanpassungen im Zebrabärbling

• Antragsteller: Professor Dr. Ruben Portugues
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399259032

Das Kleinhirn, eine besondere Stelle im Gehirn, ist seit Langem bekannt ein wichtiges Zentrum für die Koordinierung von eingehender sensorischer Information und der Kontrolle motorischer Bewegungen zu sein. Es gibt überzeugende experimentelle Beweise aus menschlichen klinischen Studien sowie Tiermodellen für die Notwendigkeit eines intakten Kleinhirns für korrektes motorisches Verhalten und Lernen. Allerdings ist es eine große Herausforderung zu verstehen, wie motorbezogene Informationen eigentlich in Neuronen des Kleinhirns kodiert sind. Diese Herausforderung beruht auf der schier überwältigenden Komplexität dieser Schaltkreise im Kleinhirn des Säugetiers und auch der Schwierigkeit, neuronale Aktivität während des Verhaltens zu erfassen. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie motorische Informationen im Kleinhirn eines einfachen Wirbeltiers, der Larve des Zebrabärblings, kodiert ist, und wie diese Kleinhirnnetzwerke das Verhalten kontrollieren und modifizieren. Das Kleinhirn des Zebrabärblings ist evolutionär konserviert, aber viel einfacher strukturiert als bei Säugetieren, mit weniger Neuronen und synaptischen Verbindungen und mehreren experimentellen Vorteilen. Zuerst untersuchen wir in vivo, wie natürliche sensorische und motorische Informationen sich in der Aktivität der wichtigsten Neuronen des Kleinhirns, den Purkinje-Zellen, widerspiegeln. Wir führen diese Experimente in der wachen Zebrabärblingslarve durch, um die Reaktion auf visuelle Reize, die in einer virtuellen Realitätsumgebung geliefert werden, zu überprüfen. Als Nächstes korrelieren wir in vivo neuronale Aktivitätsmuster mit der Leistung des Tieres in einer Verhaltensaufgabe, die laufende Motoranpassungen als Reaktion auf die Änderung visueller Rückkopplungen erfordert. Wir manipulieren anschließend die neuronale Aktivität von Purkinje-Zellen mit genetisch kodierten, optischen Methoden, um eine kausale Rolle der Purkinje-Zellaktivität bei der Anpassung des adaptiven motorischen Verhaltens zu finden. Schließlich wenden wir unsere experimentellen Ergebnisse in der Neuroinformatik an. Wir entwickeln ein Modell, wie Purkinje Zellen des Kleinhirns sensomotorische Informationen integrieren und transformieren, um adaptive motorische Verhaltensweisen zu bewirken. Die Ergebnisse dieses Projekts werden für Forscher im Bereich der sensorischen Kodierung und des Verhaltens sowie Klinikern von großem Interesse sein. Unsere Arbeit geht eine äußerst wichtige Frage an, wie motorische Aktivität in einem sich verhaltenden Tier kodiert und transformiert wird, während es mit seiner Umgebung interagiert. Diese neuen Erkenntnisse werden ebenso dazu beitragen, Gründe für motorische Dysfunktion bei Erkrankungen des Kleinhirns zu verstehen und zu erklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen