Neuronale Grundlagen von Entscheidungsprozessen in larvalen Zebrafischen

• Antragsteller: Professor Armin Bahl, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429442687

Innerhalb der Neurowissenschaften ist es generell schlecht verstanden, wie Gruppen von Nervenzellen zusammenarbeiten, um Entscheidungen zu fällen, das heißt wie sie sensorische Informationen verarbeiten, speichern und auslesen und Bewegungsabläufe koordinieren. Der bevorzugte Modellorganismus in diesem Forschungsfeld, während der letzten Jahrzehnte waren hauptsächlich Primaten und man konnte bereits Erkenntnisse darüber erlangen, welche algorithmischen Prinzipien dem Entscheidungsverhalten zugrunde liegen. Zudem konnten auch mehrere Gehirnareale beschrieben werden, welche wahrscheinlich eine wichtige Rolle spielen, jedoch wurde dies kürzlich durch Manipulationsexperimente infrage gestellt. Daher ist es wichtig, dass umfassendere Untersuchungen der neuronalen Verarbeitung auf der Ebene von Nervenzellverbünden und zwischen Gehirnregionen durchgeführt werden. Durch die Anpassung eines klassischen Verhaltensparadigmas, in welchem das Versuchstier die Richtung der Bewegungskohärenz bestimmen muss, habe ich in meiner Zeit als Postdoktorand entdeckt, dass selbst die Zebrafischlarve sensorische Informationen zeitlich integrieren kann. Weiterhin konnte ich bereits über mögliche beteiligte Gehirnregionen spekulieren. In diesem Modellorganismus gibt es zahlreiche Methoden zur molekularen und genetischen Nervenzellmanipulation sowie zur Messung neuronaler Aktivität im gesamten Gehirn. Dies bietet mir eine einzigartige Gelegenheit, die neuronalen Grundlagen von Entscheidungsprozessen in einer Genauigkeit zu studieren, wie sie in anderen Modellorganismen momentan unerreichbar ist. Das Hauptziel in diesem Projektantrag ist es zu testen, ob die von mir bereits beschriebenen Regionen tatsächlich an der Verhaltenssteuerung beteiligt sind und zu erforschen wie diese Strukturen genau mechanistisch funktionieren und interagieren. Um dieses Ziel zu erreichen, plane ich an vier eng miteinander verbundenen Forschungsschwerpunkten zu arbeiten. Ich werde zunächst verschiedene Verhaltensexperimente mit Zebrafischlarven durchführen und basierend darauf mathematische Modelle generieren. Im nächsten Schritt werde ich durch Multiphotonenmikroskopie auf der Ebene des gesamten Gehirns nach den Nervenzellen suchen, welche Aktivitätsmuster zeigen, die mit den mathematischen Modellen übereinstimmen. Danach werde ich in den relevanten Gehirnregionen präzise Anatomiestudien durchführen und Neurotransmittersysteme katalogisieren. Zusammen mit Beschreibungen der neuronalen Aktivitätsmuster auf der Ebene einzelner Zellen wird dies mir dann erlauben genauere Netzwerkmodelle zu bauen und deren Parameter festzulegen. Diese Modelle werde ich dann durch gezielte Ablationen und optogenetische Aktivierungen kleiner Zellpopulationen überprüfen. Das vorgeschlagene Projekt wird somit wichtige Einblicke in die detaillierten Mechanismen von Entscheidungsverhalten liefern und dadurch unser Verständnis dieses komplexen Prozesses innerhalb der gesamten Neurowissenschaften vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Custom-built two-photon microscope
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope