Verhaltensstrategien und neuronale Mechanismen zur robusten Navigation

• Antragstellerin: Hannah Haberkern, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513850388

Sich in unterschiedlichen und dynamisch verändernden Umgebungen zu orientieren, und angemessene Verhaltensstrategien zur Navigation zu wählen, ist ein fundamentales und zugleich komplexes Problem. Abstrakte Repräsentationen der räumlichen Umwelt ermöglichen flexible und robuste Navigation, solange das Gehirn in der Lage ist relevante Informationen aus der Umwelt zu extrahieren und zu kombinieren. Zum Beispiel wurde in vielen Tierarten eine Art neuronaler Kompass beschrieben, welcher eine „Kompassrichtung“ von Umweltreizen wie der Sonnenposition oder Windrichtung abliest. Allerdings ist die sensorische Signalverarbeitung, die einen stabilen Kompass ermöglicht, kaum erforscht. Zudem ist wenig darüber bekannt, wie dieser neuronale Kompass für die Navigation genutzt wird, und wie Tiere adäquater Navigationsstrategien wählen, abhängig davon, was zuverlässig ihr Orientierungssinn funktioniert. Ziel meines Projektes ist es, zu verstehen, wie neuronale Schaltkreise, Neurophysiologie und Verhaltensstrategien gemeinsam zur robusten Navigation beitragen. Für diese ganzheitliche Perspektive bietet sich ein Insektenmodell an. Ich werde Untersuchungen in Fruchtfliegen, wo uns unvergleichbare genetische Methoden zur detaillierten Untersuchung des Gehirns zur Verfügung stehen, mit verhaltens- und anatomischen Studien in Wüstenameisen komplementieren. Wüstenameisen sind ausnehmend gut darin sich visuell zu orientieren und sehr spezialisiert auf ihren Lebensraum, was es in diesem Modell einfacher macht, neuronale und Verhaltensanpassungen auf den ethologischen Kontext zu beziehen. Ich werde untersuchen, wie visuelle Information prozessiert und im zentralen Gehirn repräsentiert wird, um damit einen stabilen Richtungssinn zu generieren. Dies wird uns Hinweise darauf geben, wie sensorische Reize verarbeitet werden, um relevante Informationen aus der Umwelt zu filtern. Des Weiteren werde ich analysieren, wie unterschiedliche Orientierungsreize kombiniert werden und ob die entsprechenden Regeln z.B. die Zuverlässigkeit einzelner Reize in Bezug auf Orientierung wiederspiegeln. In diesem Zusammenhang werde ich auch Vorhersagen aus der Analyse des Fliegenkonnetoms überprüfen. In einem dritten Projekt werde ich charakterisieren, wie verschiedene sensorische Signale zur Wahl unterschiedlicher Navigationsstrategien beitragen. Schließlich werde ich strukturelle Anpassungen des Nervensystems, wie sie in Wüstenameisen beschrieben wurden, mittels Elektronenmikroskopie und Modellierungsstudien genauer untersuchen, um zu verstehen, wie diese zu einem verbesserten Orientierungssinn beitragen können. Mein Forschungsvorhaben kombiniert moderne Methoden wie virtuelle Realität und Calciumimaging mit Verhaltensstudien und Konntektomanalyse, um zu verstehen wie Informationen aus einer komplexen, multimodalen Umwelt gefiltert und repräsentieret werden und damit robuste Navigationsstrategien zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Schweden, USA
• Großgeräte: MP Laser ; Multiphoton Microscope w/o MP-Laser
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope ; 5700 Festkörper-Laser
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Jan Funke; Professor Dr. Stanley Heinze; Dr. Ann Hermundstad; Professor Dr. Vivek Jayaraman