Neuronale Integration paralleler sensorischer Kanäle im elektrosensorischen System.

• Antragsteller: Dr. Jan Grewe
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426809286

Multisensorische Integration führt Informationen aus verschiedenen Sinnessystemen zusammen. In Situationen, in denen sich diese widersprechen, kann dies zu Verschiebungen der Wahrnehmung, wie z.B. bei der Bauchrednerillusion, führen. Meist hilft aber die Integration multisensorischer Informationen Verhaltensleistungen zu verbessern. So werden verkürzte Reaktionszeiten oder erhöhte Stimulusdetektionsleistungen beobachtet. Die Kombination redundanter sensorischer Information erfolgt oft Bayes-optimal, das heißt, dass Informationskanäle entsprechend ihrer Zuverlässigkeit gewichtet integriert werden. Auf neuronaler Ebene werden in multisensorischen Situationen verstärkte Antworten, reduzierte Antwortlatenzen oder eine präzisere Phasenkopplung an periodische Stimuli beobachtet. Wie Information von parallelen Informationskanälen kombiniert wird, ist auf Verhaltensebene in einer Vielzahl von Studien untersucht worden. Mathematische und phänomenologische Modelle wurden entwickelt um die Gesetzmäßigkeiten zu beschreiben. Die Verknüpfung von Theorie und Physiologie bzw. den zellulären Verarbeitungsmechanismen ist allerdings noch schwach. Es fehlt vor allem an intrazellulären Ableitungen, die es erlauben über die Analyse des neuronalenAusganssignals (den Aktionspotentialfolgen oder Feuerraten) hinausgehend auch die konkrete Integration im unterschwelligen Bereich zu untersuchen.Am Beispiel der Kodierung von Kommunikationssignalen, sog. Chirps, im schwach elektrischen Fisch Eigenmannia virescens wollen wir genau diese Daten gewinnen. Bei Eigenmannia sind Chirps Modulationen des selbst generierten elektrischen Feldes, die zur Stimulation aller drei paralleler elektrosensorischer Informationskanäle führen. Die Verarbeitung dieser Informationen erfolgt bis zur Ebene des Mittelhirns getrennt. Im Torus semicircularis (TS), dem Homolog zum inferioren Colliculus der Säuger, werden diese integriert. Eigene Studien auf Ebene der Elektrorezeptoren legen nahe, dass die Integration dieser parallelen Informationskanäle zu besserer Detektion von Kommunikationssignalen führt. Mittels intrazellulärer in vivo Elektrophysiologie erhalten wir Zugang sowohl zu den Ausgangssignalen als auch den unterschwelligen Potentialen integrierender Neurone im TS. Damit können wir die prä- als auch die postsynaptischen Antworten charakterisieren und deren Integration analysieren. In diesem Projekt werden wir offene Fragen bezüglich der Kodierung von Kommunikationssignalen in über Informationskanäle integrierenden und nicht- integrierenden Zellen in Hinter- und Mittelhirn beantworten. Auf dieser Basis werden wir in integrierenden Neuronen des TS analysieren, welche unterschwelligen Mechanismen an der Integration paralleler Informationskanäle beteiligt sind und diese im Kontext der Theorien zur mutlisensorischen Integration bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen