Neuronale Mechanismen der räumlichen Farbkontrastverarbeitung und Farbkonstanz bei Drosophila

• Antragsteller: Dr. Christopher Schnaitmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449783245

Farbensehen erleichtert sowohl die Segmentierung von Szenen als auch die Erkennung von Objekten. Es beruht auf komplexen neuronalen Berechnungen, wobei ein zentrales Merkmal der Vergleich von Signalen von Photorezeptortypen mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten ist. Postsynaptisch zu den Photorezeptoren umfassen spektrale Verarbeitungen auch räumliche und zeitliche Berechnungen, die entscheidend für die Erkennung von räumlichem Farbkontrast sind und Farbkonstanz unter wechselnden Beleuchtungsbedingungen ermöglichen. Allerdings sind die zugrundeliegende Schaltkreisarchitektur und die spezifischen Berechnungen, die diese Funktionen ermöglichen, weitgehend unbekannt. Diese Lücke wollen wir durch eine Kombination aus genetischen, physiologischen und verhaltensbezogenen Ansätzen schließen. Wir haben eine physiologische Methode entwickelt, um räumlich-chromatische Verarbeitung in Drosophila zu untersuchen, und dabei wichtige postsynaptische Neuronen mit diversen Antworteigenschaften identifiziert. Unter diesen zeigt Dm8 ein doppel-opponentes rezeptives Feld, was auf seine Rolle bei der Kodierung von räumlichem Farbkontrast hinweist. Da doppel-opponente Neuronen typisch für Systeme sind, die Farbkonstanz aufweisen, deutet dieser Befund darauf hin, dass Drosophila Farbkonstanz besitzt. Aufbauend auf unseren bisherigen Erkenntnissen zielt dieses Projekt darauf ab, die Mikroschaltkreise und Mechanismen zu entschlüsseln, die die Kodierung von räumlichem Farbkontrast und Farbkonstanz ermöglichen, und zu untersuchen, wie chromatische und räumliche Informationen integriert werden. Beginnend mit den Dm8 Neuronen werden wir eine umfassende Analyse ihrer räumlich-chromatischen Antworteigenschaften durchführen und dabei ihre Empfindlichkeit für räumlichen Farbkontrast, den Einfluss der Stimulusgröße und die Rolle variabler Beleuchtung untersuchen. Jüngste konnektomische Studien haben mehrere Zelltypen identifiziert, die signifikante Eingänge von Dm8 erhalten und parallele visuelle Bahnen bilden. Wir werden die räumlich-chromatischen Antworteigenschaften dieser Zelltypen untersuchen, um die spezifischen visuellen Merkmale zu bestimmen, die sie verarbeiten. Zur Aufklärung der zugrundeliegenden Schaltkreismechanismen werden wir physiologische Experimente in Kombination mit genetischer Manipulation neuronaler Aktivität verwenden. Um unsere physiologischen Erkenntnisse mit den Verhaltensfunktionen dieser Zellen zu verknüpfen, verwenden wir ein neu entwickeltes Setup mit präziser Kontrolle über räumliche und chromatische Muster. In Konditionierungsexperimenten wird die Rolle des räumlichen Farbkontrasts bei der Farbdiskriminierung von Drosophila untersucht und die Fähigkeit, konsistente Farbentscheidungen unter wechselnden Lichtbedingungen beizubehalten, analysiert. Durch diesen multidisziplinären Ansatz soll unsere Forschung entscheidende Einblicke in neuronale Schaltkreise zur Integration räumlicher und chromatischer Signale und Farbkonstanz bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen