Echo-akustische Verarbeitung von seltenen Objekten in komplexen Szenerien

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Uwe Firzlaff, seit 2/2020
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411419794

Sehen erzeugt ein hochaufgelöstes Abbild der Umwelt und ist daher bestens geeignet, um viele Objekte wahrzunehmen und sie einzeln zu untersuchen und zu bewerten. Im Dunkeln hat sich dagegen die Echoortung entwickelt, die eine Abbildung der räumlichen Umgebung durch die Analyse selbsterzeugter Schalle ermöglicht.Sehen und Echoortung sind beide hoch-direktionale Sinnessysteme. Während des Sehens bewegen wir unsere kontinuierlich unsere Augen um neue und relevante Objekte zu detektieren. Da solche Objekte in der Regel in der Minderzahl sind, ist ein Auswahlprozess notwendig um auf relevante Objekte zu fokussieren. Dieser Auswahlprozess ist bestimmt durch eine Mischung aus der visuellen Prägnanz der Objekte und unseren verhaltensbezogenen Anforderungen. Die Echoortung verlangt noch viel stärker eine Fokussierung auf relevante Objekte, da 1. das sensorische Epithel des Gehörs (die Cochlea) keine räumlich-explizite Abbildung ermöglicht und 2. die Schallkeule (der von einem Echoortungslaut beschallte Bereich), relativ groß ist und oft mehrere Objekte gleichzeitig erfassen kann. Echoortung erlaubt zwar eine genaue Ortung einzelner Objekte, aber nur eine geringe Auflösung von mehreren gleichzeitig beschallten Objekten, wie in einer komplexen natürlichen Umgebung. Anders als beim Sehen, wo der Vorgang des sequentiellen Scannens der Umgebung gut untersucht ist, fehlen solche Untersuchungen für die Echoortung. Es ist bisher nur unzureichend bekannt, wie Fledermäuse komplexe Umgebungen per Echoortung scannen und welche Reflexionseigenschaften von Objekten dabei die Schallkeule lenken um ein seltenes, aber wichtiges Objekt in einem Umfeld unwichtiger Objekte auszuwählen.Wir schlagen einen integrierten experimentellen Ansatz vor, der mit einem gemeinsamen experimentellen Paradigma psychophysikalische Experimente in virtuellen echo-akustischen Umgebungen und Einzelzell-Neurophysiologie miteinander verbindet, und die Verhaltensstrategien zur Detektion seltener Objekte und ihre neuronalen Grundlagen untersucht. (1) Wir nutzen dressierte Tiere in einer virtuellen echo-akustischen Umbegung zur Quantifizierung der echo-akustischen Ausgeprägtheit einzelner Objekteigenschaften sowie derer Kombinationen. (2) Wir messen die neuronale Aktivität in anästhetisierten und wachen Fledermäusen in einer etablierten und hier auf Fledermäusen angepassten Aufgabe zur Untersuchung der neuronalen Verarbeitung seltener Objekte. Die komplementären experimentellen Ansätze ermöglichen es uns, Verhalten (Dynamik von Schallaussendung und Ohren-und Kopfbewegung) mit Objekteigenschaften und den zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen zu verbinden. Dieser Projektantrag wird Strategien aufzeigen, die Fledermäuse nutzen, um sicher und erfolgreich durch komplex-strukturierte Umgebungen zu fliegen, welche eine Vielzahl an Echos reflektieren. Wir werden klären können wie Fledermäuse erfolgreich Hindernisse vermeiden und zugleich Beute detektieren und fangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Lutz Wiegrebe, bis 2/2020 (†)