Sensorische Signalverarbeitung im Zentralkomplex der Schabe Rhyparobia maderae

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Homberg
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418011225

Insekten nutzen wie viele Wirbeltiere die Sonne als richtungsweisendes Signal bei räumlicher Orientierung. Ergänzend können sich viele Arten auch am Polarisationsmuster des blauen Himmelslichtes orientieren. Neurobiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass der Zentralkomplex im Zentrum des Insektengehirns hierbei eine Schlüsselrolle spielt. Eigene Arbeiten an der Wüstenheuschrecke zeigten, dass der kolumnären Organisation des Zentralkomplexes eine kompassartige Repräsentation von Himmelsrichtungen zugrunde liegt, da Neurone in benachbarten Kolumnen sich in ihrer bevorzugten Orientierung für die Ebene polarisierten Lichtes sowie der bevorzugten horizonalen Richtung eines hellen Lichtpunktes systematisch unterscheiden. Damit wird die Orientierung des Tieres relativ zu Himmelssignalen im Zentralkomplex kompassartig abgebildet. Die einzelnen Neurone haben Eigenschaften ähnlich wie Kopfrichtungszellen im Gehirn von Ratten und anderen Säugetieren. Um die Funktion des Zentralkomplexes vollständiger zu verstehen, sollen die Antworten auf sensorische Signale in einem nachtaktiven Insekt, der Schabe Rhyparobia maderae, untersucht werden. Extrazelluläre Ableitungen aus dem Gehirn einer Schabe haben gezeigt, dass Neurone des Zentralkomplexes die Orientierung des Tieres relativ zum visuellen Hintergrund kodieren und dass neuronale Aktivität die Richtung der folgenden Lokomotion vorhersagen kann. Viele Neurone reagierten zudem auf mechanische Stimulation der Antennen, die bei der Schabe im Dunkeln zur Orientierung eingesetzt werden. Bislang ist allerdings wegen der extrazellulären Ableittechnik keines der untersuchten Neurone morphologisch bekannt. Vorläufige eigene Arbeiten deuten auf erhebliche Unterschiede in der neuronalen Organisation des Zentralkomplexes der Schabe im Vergleich zur gut untersuchten Heuschrecke hin. Wir planen daher im vorliegenden Vorhaben, die Organisation und Reizverarbeitung im Zentralkomplexes der Schabe auf dem Niveau identifizierter Einzelneurone zu untersuchen. Farbstoffinjektionen sowie immuncytochemische Färbungen sollen beteiligte Neuronensysteme, die Schichtung und kolumnäre Organisation des Zentralkomplexes der Schabe aufklären. In intrazellulären Ableitungen mit anschließender Farbstoffinjektion soll untersucht werden, ob Neurone die Schwingungsebene polarisierten Lichts sowie die Richtung eines Sonnenstimulus kodieren. Es soll geklärt werden, ob wie bei der Heuschrecke eine kompassartige Repräsentation dieser Signale im Zentralkomplex vorliegt. Schließlich sollen intrazelluläre Ableitungen auch zeigen, ob Neurone des Zentralkomplexes Position und Bewegungen der Antennen kodieren und damit neben dem Sehsystem eine zweite Sinnesmodalität zur Raumkodierung einsetzen. Die Arbeiten werden das Verständnis der funktionellen Rolle des Zentralkomplexes im Insektengehirn erheblich erweitern und wichtige Impulse für weiterführende Arbeiten auch an gut untersuchten Arten wie die Heuschrecke und Fruchtfliege liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen