Visuomotorische Integration: Neuronale Mechanismen zielorientierten Entscheidungsverhaltens

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Heinrich Bollmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 357057764

Eine zentrale Herausforderung ist es, die Mechanismen biologischer Signalverarbeitung im intakten Gehirn umfassend aufzuklären. Eine grundlegende Funktion des Gehirns ist seine Fähigkeit, Entscheidungen zu treffen in dem Sinne, dass neuronale Aktivitätsverteilungen im Gehirn infolge von integrierter sensorischer Information kritische Zustände annehmen, die ein Verhalten aus der Gesamtheit aller möglichen Verhaltensmuster eines Tieres festlegen. Eine Vielzahl schneller wahrnehmungsgesteuerter Entscheidungen bedürfen nicht einer bewussten, kognitiven Abwägung, sondern sie sind das Ergebnis von unbewusst ablaufenden Mustererkennungs- und Klassifizierungsprozessen in dafür festgelegten Schaltkreisen des Gehirns.Ein universelles Entscheidungsverhalten betrifft die Wahl zwischen Annäherungs- und Fluchtverhalten: hier wird eine Entscheidung zwischen zwei Alternativen getroffen, z.B. die Hinbewegung gerichtet auf ein Beutetier, oder das Abwenden von einem Fressfeind. Verhaltensphysiologisch ist es von Bedeutung, dass bereits die kontinuierliche Variation einer Reizeigenschaft zu einer Änderung der Reaktionskategorie führen kann, so dass unterschiedliche Regionen einer Reizskala appetitive bzw. aversive Wertigkeit haben. Im Sehsystem des Wirbeltieres stellen Größe und Geschwindigkeit eines Objektes solche Reizeigenschaften dar, die die Wahl zwischen appetitivem und aversivem Verhalten wesentlich bestimmen.Subkortikale, mesencephalische Areale, insbesondere das Mittelhirndach, sind wesentlich an der Ausführung von appetitivem und aversivem Entscheidungsverhalten beteiligt, demzufolge hier wahrscheinlich eine zentrale Instanz wahrnehmungsgesteuerter Entscheidungen vorliegt. Wie hier die Prozesse der Reizklassifizierung und Verhaltensauswahl auf neuronaler Schaltkreisebene implementiert sind, ist hingegen weitgehend unbekannt. In Säugetiergehirnen ist es wegen ihrer Größe derzeit nicht möglich, die weitläufige Ausbreitung visuell ausgelöster Aktivitätsmuster direkt zu beobachten. Deshalb zielt dieses Vorhaben auf die mechanistische Aufklärung von subkortikal gesteuertem Entscheidungsverhalten im Zebrabärbling-Tiermodell, in dem die Dynamik sensorisch erzeugter Aktivität mit Hilfe von opto- und elektrophysiologischen Methoden umfassend gemessen werden kann. Ziel ist es, (i) die Verschaltungsmuster insbesondere im retinotektalen System zu identifizieren, in denen Klassifizierungs- und Verhaltensauswahlprozesse implementiert sind, (ii) die Struktur neuronaler Aktivitätsmuster aufzuklären, die für unterschiedliche Verhaltenskategorien kodieren, und (iii) die Mechanismen zu identifizieren, mit denen das Ergebnis des tektalen Entscheidungsprozesses in den nachgeschalteten prämotorischen Arealen realisiert wird. Langfristiges Ziel ist es, ein umfassendes Modell neuronaler Informationsverarbeitung im Zebrabärblinggehirn zu entwickeln, in dem Rückschlüsse auf funktionelle Gesetzmäßigkeiten möglich werden, die zum Verständnis des Säugetiergehirns beitragen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen