Neuronale Berechnungen im AOTu, einem visuellen Gehirnareal mit mehreren Eingängen in der Fruchtfliege.

• Antragstellerin: Dr. Inês Ribeiro, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533863827

In der Netzhaut des Auges werden visuellen Informationen wie Bewegung, Objekt Erkennung, schnell näherkommende Objekte und andere visuelle Merkmale aus einer Anordnung von 2-dimensionalen Lichtintensitäten, welche sich zeitlich verändern, extrahiert und an visuelle Regionen im Gehirn weitergeleitet. Die meisten visuellen Gehirn Regionen bei Insekten sind nicht räumlich organisiert. Eine Ausnahme bildet das anteriore optische Tuberkel (AOTu), die größte visuelle Region im Zentralhirn von Drosophila. In Drosophila führt die laterale Einheit des AOTu in die vorderen Sehbahn und in den Zentralkomplex, wo die Position von visuellen Orientierungspunkten für die Navigation kodiert wird. Die zentrale Einheit des AOTu erhält Signale von verschiedenen Neuronentypen; den Neuronen der LC10-Gruppe und von LoPl-LC10. Meine Arbeit hat gezeigt, dass LC10a-Neuronen essentiell für die Verfolgung von Weibchen während des Balzverhaltens sind. Darüber hinaus vermitteln LC10d-Neurone die Vermeidung von Objekten, während LC10bc-Neurone nicht sensitiv für Objekte sind. Daher ist der AOTu für verschiedene Verhaltensweisen zuständig. Der zentralen Einheit stammenden AOTu-Ausgangsneurone sind nicht mehr räumlich organisiert. Das deutet auf eine neuartige Berechnung, welche räumlich versetzte Eingaben erfordert, einschließlich der Objektgeschwindigkeit und die zukünftige Position des Objektes. Wie visuelle Informationen in der zentralen Einheit des AOTu verarbeitet werden, bleibt jedoch unbekannt. Auf der Grundlage meiner Arbeit sowie von Konnektomik Daten des Fruchtfliegengehirns stelle ich die Hypothese auf, dass die neuronalen Schaltkreise, die von der zentralen Einheit des AOTu ausgehen, neuartige Berechnungen durchführen, die auf räumlich organisierten Axonendigungen verschiedener Eingangsneuronen basieren. Diese de novo-Berechnungen wandeln sensorisch korrelierte Informationen in motorische Befehle um und werden durch interne Zustände gesteuert, die die Konfiguration der neuronalen Schaltkreise verändern, um verschiedene Verhaltensweisen zu orchestrieren. Der experimentelle Ansatz stützt sich auf eine Kombinationen von molekular-genetischen Werkzeugen, die die spezifische Expression von Transgenen in einzelnen Neuronentypen steuern, um dadurch die neuronale Funktion zu verstärken, stören oder messen. Weiterhin die neutral Analyse und Charakterisierung von Eigenschaften der AOTu-Ausgangsneurone und auf die Identifizierung von neuromodulatorischen Signalwegen die verschiedene neuronale Schaltkreiskonfigurationen implementieren. Insekten lösen scheinbar komplexe Rechenaufgaben, die sich aus der Interaktion mit ihrer Umwelt ergeben, mit einer geringen Anzahl von Neuronen. Ein Verständnis der neuronalen Schaltkreise, die von der AOTu-Zentraleinheit ausgehen, wird wichtige noch offenen Fragen über das visuelle System von Insekten lösen: nämlich wie visuelle Informationen im Zentralhirn verarbeitet werden, um das Verhalten auf Objekte auszurichten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen