Parallele räumliche Signalverarbeitung im visuellen System von Insekten

• Antragstellerin: Dr. Anna Stöckl
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419991121

Unsere Sinne nehmen hochkomplexe Signale aus ihrer Umgebung auf. Sie extrahieren daraus die notwendigen Informationen um uns einen Eindruck von unserer Umwelt zu vermitteln. Dazu werden die eintreffenden Signale von parallelen Kanälen gefiltert und so die multidimensionalen Sinneseindrücke in leichter zu handhabende Informationspakete aufgeteilt. Der Sehsinn akquiriert besonders vielschichtige Informationen über unsere Umwelt. Dadurch ist er hervorragend geeignet, eine große Bandbreite an tierischem und menschlichem Verhalten zu steuern. Aber die Fülle an Informationen erhöht auch die Notwendigkeit, diese von Anfang an effektiv zu filtern, um sie mit den zur Verfügung stehenden neuronalen Kapazitäten verarbeiten zu können.Ein wichtiges Beispiel für diese Verarbeitungskanäle im visuellen System sind parallele räumliche Filter. Sie können helfen, den Konflikt zwischen hoher räumlicher Auflösung und Kontrastsensitivität auf einzelne visuelle Verarbeitungswege angepasst, aufzulösen. Experimentelle Belege dazu sind vor allem von verschiedenen Wirbeltierarten bekannt, die räumliche Auflösung in ihrem Bewegungssehen zugunsten von Kontrastsensitivität opfern, während sie zur Musterunterscheidung geringere Kontrastsensitivität zum Vorteil einer höheren räumlichen Auflösung in Kauf nehmen. Im Gegensatz zu Wirbeltieren ist aus dem visuellen System der Insekten dazu so gut wie nichts bekannt. Dabei sind Insekten eines der am häufigsten untersuchten Modellsysteme für effektive Signalverarbeitung und gerade ihre kleinen Gehirne können nur Dank effektiver Filter die beeindruckende Verhaltensvielfalt steuern. Unser Projekt plant diese Wissenslücke zu schließen am Beispiel der Schwärmer, einer Gruppe von Insekten mit hervorragenden visuellen Fähigkeiten. Dabei stützt es sich auf unsere Pilotversuche im visuellen System des Schwärmers Macroglossum stellatarum. Diese ergaben Hinweise auf Neurone, die parallele räumliche Filter darstellen können. Innerhalb des Projekts werden diese neuronalen Kandidaten eingehend physiologisch charakterisiert um zu verstehen, wie sie zur räumlichen Signalverarbeitung beitragen. Darüber hinaus werden quantitative Verhaltensexperimente Aufschluss darüber geben, ob die Tiere verschiedene räumliche Auflösungen für verschiedene Aufgaben nutzen. Diese Ansätze, zusätzlich ergänzt durch Computermodelle. Die Ergebnisse dieses Projektes könnten unser bisheriges Verständnis des visuellen Systems von Insekten um eine ganz neue Komponente ergänzen. Dies ist auch von grossem Interesse für die Entwicklung künstlicher visueller Systeme, für die Insekten wichtige Modelle darstellen. Schließlich legt unser Projekt den Grundstein für zukünftige vergleichende Untersuchungen über die Grenzen biologischer Stämme hinweg, und ermöglicht damit ein besseres Verständnis der grundlegenden Strategien räumlicher Signalverarbeitung im visuelle System.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen