Eine dreidimensionale Untersuchung des thalamofugalen visuellen Systems der Vögel – Funktionelle Eigenschaften, Beziehung zum tektofugalen System der Vögel und ein Vergleich mit dem Cortex der Säugetiere

• Antragsteller: Professor Dr. Onur Güntürkün; Dr. Roland Pusch; Dr. Jonas Rose
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430157321

Der Sehsinn ist für die meisten Vögel und Säugetiere zentral und daher weisen die visuellen Systeme beider Klassen bemerkenswerte Anpassungen und Spezialisierungen auf. Eine Gemeinsamkeit beider Klassen besteht darin, dass visuelle Informationen auf zwei Hauptpfaden verarbeitet werden – dem thalamofugalen und dem tektofugalen Pfad. Die Arbeitsteilung zwischen den Pfaden variiert jedoch erheblich, nicht nur zwischen den Klassen, sondern auch zwischen verschiedenen Arten einer Klasse. Im Allgemeinen ist das visuelle System variabel und anpassungsfähig, und somit hervorragend zur Untersuchung der evolutionären Optimierung neuronaler Verarbeitung geeignet. In dem beantragten Projekt konzentrieren wir uns auf das thalamofugale visuelle System der Taube. Da der Großteil unseres Wissens über die funktionalen Eigenschaften dieses Pfades von Eulen stammt – einer hoch spezialisierten Ordnung meist nachtaktiver Raubtiere – möchten wir das thalamofugale System der Taube untersuchen. Die Untersuchung einer Generalistenspezies ermöglicht die Trennung artspezifischer Anpassungen von allgemeinen Merkmalen der visuellen Verarbeitung. Im Vergleich zu Säugetieren liegen nur wenige Daten zur Verarbeitung visueller Informationen im thalamofugalen Pfad der Vögel vor. Darüber hinaus unterschieden sich die Studien hinsichtlich der verwendeten Methodik. Insbesondere die Verwendung unterschiedlicher Reize erschwert einen direkten Vergleich. In unserem laufenden Projekt führen wir eine dreidimensionale Charakterisierung des tektofugalen visuellen Systems der Tauben durch. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die sich die kortexähnliche Anatomie dieses visuellen Pfades auch in der Physiologie der Informationsver-arbeitung widerspiegelt. Im beantragten Projekt schlagen wir einen vergleichbaren Ansatz für das thalamofugale visuelle System vor. Dies bietet die einzigartige Möglichkeit, den Beitrag beider Pfade – untersucht mit identischen Reizen und Methoden – zur visuellen Verarbeitung bei Tauben zu vergleichen. Über die funktionale Charakterisierung des visuellen Systems hinaus zielt das Projekt darauf ab, die computationale Hierarchie innerhalb des thalamofugalen Systems mithilfe hochaufgelöster Elektrophysiologie sowie optogenetischer Manipulationen kausal zu untersuchen. Wir testen die Hypothese, dass das thalamofugale visuelle System anatomische und computationale Eigenschaften mit dem Cortex von Säugetieren teilt. Dabei wird die systematische Untersuchung einzelner Zellen, lokaler Feldpotentiale und deren Oszillationen sowie ein informationstheoretischer Ansatz in Zusammenarbeit mit unseren Kolleginnen und Kollegen in Göttingen Einblicke in die Verarbeitung visueller Informationen auf verschiedenen Ebenen geben. Eine konvergente Architektur visueller Verarbeitungspfade in hierarchisch organisierten Strukturen mit zunehmender Komplexität in ihren Berechnungen würde auf begrenzte Freiheitsgrade bei der Evolution visueller Fähigkeiten hinweisen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2205: Evolutionäre Optimierung neuronaler Systeme