Plastische und funktionell stabile Repräsentation von Gesetzmäßigkeiten der Umwelt in einem kleinen Entscheidungs-Netzwerk

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Schuster
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 101025387

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Befunde des Projekts zeigen, dass sowohl die Hochgeschwindigkeits-C-Starts als auch die besondere Rolle der Mauthnerzelle bislang falsch eingeschätzt worden waren. Auch wenn die Befunde dem mit allergrößter Härte verteidigten Diktat widersprechen, dass es keine 'Großmutterneurone' geben darf, spielt die Mauthnerzelle ganz klar eine solche ausgezeichnete und eben auch vielfältigst in der Forschung nutzbare Rolle. Zahlreiche und außergewöhnliche Mechanismen gehen mit dieser Sonderstellung einher und sichern etwa das Überleben und die weitere Funktionalität des Soma-losen Axons. Trotz ihrer enormen Geschwindigkeit und scheinbar einfachen neuronalen Kontrolle sind selbst die C-Starts unspezialisierter Fische plastisch verstellbar und ähneln in wichtigen Aspekten den beeindruckend schnellen und präzisen prädiktiven C-Starts der Schützenfische, die (wie wir jetzt zweifelsfrei sagen können) ausschließlich mit Information operieren, die höchstens 40 ms nach Bewegungsbeginn auftritt, und die sogar zwei Objekttypen mit unterschiedlichen Fallgesetzmäßigkeiten meistern. Die Mauthnerzelle nicht nur des Schützenfisches erhält mit kurzer (zwei Synapsen entsprechender) Verzögerung Eingänge aus dem gesamten Tectum und reagiert mit jeweils spezifischen Potentialveränderungen auf verschiedenartigste Klein- und Großfeldbewegungen. In einem 'Tour de force'-Experiment ist es gelungen, eine plastische Verstellung der Mauthnerzelle direkt nachzuweisen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2013). Precision of archerfish C-starts is fully temperature compensated. J. Exp. Biol. 216, 3450-3460
  Krupczynski, P., and Schuster, S.
  
• (2015). Competition drives sophisticated hunting skills of archerfish in the wild. Curr. Biol. 25, R595-R597
  Rischawy, I., Blum, M., and Schuster, S.
  
• (2015). Magnetic-activated cell sorting (MACS) can be used as a large-scale method for establishing zebrafish neuronal cell cultures. Sci. Rep. 5, 7959
  Welzel, G., Seitz, D., and Schuster, S.
  
• (2016). Archerfish fast-start decisions can take an additional variable into account. J. Exp. Biol. 219, 2844-2855
  Reinel, C. P., and Schuster, S.
  
• (2018). Long-term potentiation in an innexin-based electrical synapse. Sci. Rep. 8, 12579
  Welzel, G., and Schuster, S.
  
• (2018). Rapid depth perception in hunting archerfish. I. The predictive C-starts use an independent estimate of target height. J. Exp. Biol. 221, jeb177345
  Reinel, C. P., and Schuster, S.
  
• (2018). Rapid depth perception in hunting archerfish. II. An analysis of potential cues. J. Exp. Biol. 221, jeb177352
  Reinel, C. P., and Schuster, S.
  
• (2018). Recordings in an integrating central neuron provide a quick way for identifying appropriate anaesthetic use in fish. Sci. Rep. 8, 17541
  Machnik, P., Schirmer, E., and Schuster, S.
  
• (2018). The Mauthner cell in a fish with top-performance and yet flexibly tuned C-starts. I. Identification and comparative morphology. J. Exp. Biol. 221, jeb182535
  Machnik, P., Leupolz, K., Feyl, S., Schulze, W., and Schuster, S.
  
• (2018). The Mauthner cell in a fish with top-performance and yet flexibly tuned C-starts. II. Physiology. J. Exp. Biol. 221, jeb175588
  Machnik, P., Leupolz, K., Feyl, S., Schulze, W., and Schuster, S.
  
• (2019). A direct comparison of different measures for the strength of electrical synapses. Front. Cell. Neurosci. 13, 43
  Welzel, G., and Schuster, S.
  
• (2019). ZeBRa a universal, multifragment DNA-assembly system with minimal hands-on time requirement. Sci. Rep. 9, 2980
  Richter, D., Bayer, K., Toesko, T., and Schuster, S.
  
• (2020). Highresolution mapping of injury-site dependent functional recovery in a single axon in zebrafish. Commun. Biol. 3, 307
  Hecker, A., Anger, P., Braaker, P. N., Schulze, W., and Schuster, S.
  
• (2020). Removing a single neuron in a vertebrate brain forever abolishes an essential behavior. PNAS 117, 3254-3260
  Hecker, A., Schulze, W., Oster, J., Richter, D. O., and Schuster, S.
  
• (2021). Bisphenols exert detrimental effects on neuronal signaling in mature vertebrate brains. Commun. Biol. 4, 465
  Schirmer, E., Schuster, S., and Machnik, P.