NeuroNex: Kommunikation, Koordination, und Kontrolle in Neuromechanischen Systemen

• Antragsteller: Dr. Jan M. Ache; Professor Dr. Alexander Blanke; Professor Dr. Ansgar Büschges; Professor Dr. Martin S. Fischer; Professor Dr. Kei Ito
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436258345

Tiere bewegen sich, um Nahrung, Partner und Schutz zu suchen. Bei den Gliederfüßern (Arthropoda), den Weichtieren (Mollusca) und den Wirbeltieren (Vertebrata) hat sich das Nervensystem in ein übergeordnetes Gehirn und unter-, bzw. nachgeordnete sensomotorische Netzwerke evolviert. Das Gehirn würde ohne einen Körper nicht existieren, und dennoch weiß man nur wenig darüber, wie das Nervensystem die einzelnen Körperteile kontrolliert und koordiniert. Viele grundlegende Fragen bleiben bislang unbeantwortet: Wie werden neuronale Informationen kodiert und weitergegeben? Wie korrigiert das Nervensystem Störungen durch die Umwelt? Wie beeinflusst die Biomechanik die neuronale Steuerung des Verhaltens? Dies führt zu der grundlegenden Frage: Wie steuern Nervensysteme von Tieren deren Interaktionen mit der Umwelt und wie führen sie diese aus? Wir sind ein internationales Netzwerk interdisziplinärer Forschungsgruppen („Interdisciplinary Research Groups“; IRG), bestehend aus Modellierer*innen, Ingenieur*innen und Experimentator*innen, die die Kommunikation, Koordination und Kontrolle in neuromechanischen Systemen (Title: Communication, Coordination, and Control of Neuromechanical Systems; C3NS) erforschen. Wir werden durch ein fünfjähriges Forschungsprogramm im Rahmen des von der NSF koordinierten NeuroNex-Programms gefördert. Wir studieren unsere grundlegenden Fragen in Modellorganismen aus drei Phyla: erwachsene Fruchtfliegen aus der Gruppe der Arthropoda, Aplysia aus der Gruppe der Mollusca und kleine Säugetiere aus der Gruppe der Chordata. Jede IRG fokussiert auf die Kontrolle eines Verhaltens, bei dem der Körper mit der Umwelt interagiert. Wir untersuchen, wie übergeordnete Befehlszentren (higher-level command centers; HLCC) absteigende Befehle an untergeordnete motorische Zentren (lower-level motor centers; LLMCs) erzeugen, wie LLMCs die Bewegungen des Organismus steuern, um das gewünschte Verhalten zu erzeugen, und wie LLMCs aufsteigende Signale erzeugen, die zurück an die HLCCs gesendet werden. Die gewählten Organismen des C3NS ermöglichen die Untersuchung dieser Fragen in verschiedenen Komplexitätsgraden des Nervensystems und in verschiedenen dynamischen Größenordnungen (d. h. Größe und Geschwindigkeit) unter Verwendung desselben konzeptionellen Modellierungsrahmens. So wird ein Bottom-up-Verständnis darüber geschaffen, wie Nervensysteme die Bewegung während der Interaktion mit der Umwelt steuern. Dies ist der Antrag auf eine weitere DFG-Förderung der fünf beteiligten deutschen Wissenschaftler für die Jahre 4 und 5 im C3NS-Forschungskonsortium.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Hillel Chiel; Professor Dr. Charles J. Heckman; Dr. Alexander J. Hunt; Dr. Marie-Claude Perreault; Professor Dr. Roger D. Quinn; Professor Dr. Gregory Sutton; Professor Dr. Nicholas Szczecinski, Ph.D.; Professor Dr. Matthew C. Tresch; Dr. Victoria Webster-Wood