Variable neuronale Verschaltungen als Grund von individuellen Verhalten in Drosophila

• Antragsteller: Dr. Gerit Linneweber, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452474683

Das Hauptziel meiner Forschung ist es, die Bedeutung von genetischen, stochastischen und Umwelt Faktoren zur Gehirnverdrahtung und der daraus folgenden Verhaltensindividualität zu verstehen. Die Bedeutung dieser Frage wird durch die "Anlage-Umwelt-Debatte“ hervorgehoben. Im Vergleich zu genetischen und Umwelt Faktoren ist die Bedeutung stochastischer Entwicklungsprozesse weniger erforscht. Ziel dieses Antrags ist es, die Rolle von intrinsisch stochastischen Entwicklungsprozessen während der Gehirnverdrahtung bei der Erzeugung von Verhaltensindividualität zu etablieren.Dieser Antrag basiert auf früheren Forschungsergebnissen, wo ich zeigte, dass stochastische Entwicklungsprozesse zu variablen Verdrahtungsdiagrammen in einer Klasse von Nervenzellen führen, die zu individuellen Verhaltensmerkmalen beitragen. Ich möchte nun die Allgemeingültigkeit dieser Hypothese in anderen Nervenzellen und anderen Verhalten testen. In meiner kürzlich veröffentlichten Arbeit beschrieb ich Variabilität anhand von links-rechts-Asymmetrien in einer Gruppe von Nervenzellen, die als dorsale Clusterneurone (DCNs) bezeichnet werden. Anhand eines einzigen Verhaltens zeigte ich, dass einzelne Fliegen individuelles Verhalten zeigten, welches über lange Zeiträume stabil ist. Diese Individualität ist nicht vererbbar und unabhängig von genetischer Vielfalt. Durch Anatomie-Verhaltens-Korrelationen konnte ich zeigen, dass die DCN-Verdrahtung ein Prädiktor für das Verhalten einer einzelnen Fliege ist. Je asymmetrischer das DCN-Verdrahtungsmuster ist, desto schmaler ist der Pfad, indem sich eine Fliege zwischen visuellen Objekten bewegt. Basierend auf meinen vorläufigen Daten von DCN-Nervenzellen und dem neuronalen Netzwerk das sie bilden, möchte ich mit meiner eigenen Forschungsgruppe zwei wichtige Fragen beantworten: 1: Wird die DCN-Netzwerkvariabilität ausschließlich durch die Variabilität der DCNs bestimmt, oder trägt die Variabilität anderer Nervenzellen ebenfalls bei? Um diese Frage zu beantworten, schlage ich vor: 1.1. Eine Analyse der interindividuellen Variabilität im visuellen System der Fliege mit Fokus auf das DCN neuronale Netzwerk. 2: Trägt die DCN-Variabilität zu anderen visuellen und nicht-visuellen Verhaltensparadigmen bei? Um diese Frage zu beantworten, schlage ich vor: 2.1. Eine DCN-neuronale Netzwerkanalyse mit zusätzlichen visuellen Assays. 2.2. Eine neuronale Netzwerkanalyse in einem nicht-visuellen Verhaltensparadigma. Die Beantwortung dieser Fragen erlaubt die Verallgemeinerung der Hypothese: Ich gehe davon aus, dass (1) stochastische Entwicklungsprozesse eine neuronale Eigenschaft sind, die das Verhalten beeinflusst, und (2) dass stochastische Verdrahtungsunterschiede verschiedene Verhaltensweisen beeinflussen, die von visuell geführten Reaktionen bis hin zu Aktivitätsmustern reichen. Wenn die Experimente in diesem Antrag abgeschlossen sind, werden wir wissen, wie sich stochastische neuronale Netzwerke auf individuelles Verhalten in Fliegen auswirken.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen