Neuronale Grundlage des Polarisationskompasses im Zentralkomplex des Heuschreckengehirns

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Homberg
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247345135

Insekten und Wirbeltiere sind sehr bewegliche Organismen und zeigen daher entsprechend hoch entwickelte Leistungen bei der räumlichen Orientierung und Navigation. Hierzu zählt die Fähigkeit zu saisonalen Wanderungen über große Entfernungen, die Orientierung nach Landmarken und Sonne, sowie das Lernen von Raum- und Ortsbeziehungen. Bei Säugetieren spielt der Hippocampus und entorhinale Kortex eine Schlüsselrolle bei der Orientierung im Raum. Neurone, die Positionen im Raum (Ortszellen, Rasterzellen) und Raumrichtungen (Kopfrichtungszellen) kodieren, tragen zu einem internen Karten-ähnlichen Gedächtnis bei. Bei Insekten weisen zunehmende Befunde auf den Zentralkomplex als das Gehirnareal hin, welches die Raumorientierung im Verhalten kontrolliert. Viele Insekten detektieren den Sonnenstand indirekt über das von der Sonne erzeugte Polarisationsmuster des blauen Himmel. Bei Wüstenheuschrecken sind Himmelspolarisations-Richtungen im Zentralkomplex topographisch repräsentiert, was dafür spricht, dass der Zentralkomplex einen internen Himmelskompass darstellt. Das hier beantragte Projekt wird diese Kompassartige Organisation genauer analysieren und das zugrunde liegende neuronale Netzwerk erforschen. Die Charakterisierung der rezeptiven Felder der Neurone für polarisiertes Licht wird zeigen, ob der Zentralkomplex über die Gehirnmitte tatsächlich eine 360° umfassende Repräsentation horizontaler Raumrichtungen kodiert, oder eine doppelte Repräsentation von Raumrichtungen über einen Bereich von 180°. Darüber hinaus werden die neuronalen Mechanismen analysiert, die dieser Polarotopie zugrunde liegen. Spezifisch sollen Rückkopplungsschleifen zwischen beiden Hemisphären der Protocerebralbrücke, einem Teil des Zentralkomplexes, auf eine mögliche Rolle bei der Erzeugung und Stabilisierung des internen Kompasses untersucht werden. Die Daten sind von großer Bedeutung nicht nur für ein besseres Verständnis der räumlichen Orientierung von Insekten, sondern auch für den Vergleich mit ähnlichen topographischen Karten in Gehirn von Wirbeltieren, wie die räumliche Anordnung von Orientierungssäulen im primären visuellen Kortex.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen