Neuronale Mechanismen der kontextabhängigen, flexiblen Verhaltenssteuerung

• Antragsteller: Dr. Jan M. Ache
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433646517

Um in einer sich stetig wandelnden Welt überleben zu können, müssen Tiere in der Lage sein ihr Verhalten flexibel an unterschiedliche Situationen anzupassen. Dafür haben sich Nervensysteme entwickelt, die sensorische Stimuli integrieren und adäquate Verhaltensantworten generieren. Die adäquate Reaktion auf einen bestimmten Stimulus ist jedoch stark kontextabhängig. So beeinflusst z.B. Lokomotion Neurone im visuellen System, und hungrige Tiere reagieren anders auf Nahrung oder deren Geruch als gesättigte. Sensomotorische Informationsverarbeitung ist also hochgradig flexibel. Obwohl diese Flexibilität eine Grundeigenschaft des Nervensystems darstellt, sind die ihr zu Grunde liegenden Mechanismen nicht vollständig verstanden. Mein Forschungsvorhaben hat deshalb zum Ziel, fundamentale Mechanismen der motorischen Kontrolle mit besonderem Hinblick auf sensomotorische Flexibilität zu erforschen. Zu diesem Zweck werde ich neurogenetische Methoden mit der detaillierten Rekonstruktion neuronaler Schaltkreise und in-vivo patch-clamp Ableitungen in Drosophila kombinieren.Während das Gehirn sensorische Eingänge verarbeitet und als höheres Kontrollzentrum fungiert, werden die meisten Bewegungsmuster vom ventralen Nervensystem (VNC, analog zum Rückenmark) kontrolliert. Die einzige Verbindung zwischen Gehirn und VNC bildet eine Population von nur ca. 400 Paaren absteigender Neurone (DNs) in Drosophila. DNs sind oft individuell identifizierbar und hinreichend und notwendig für die Kontrolle bestimmter Verhaltensmuster. Daher eignen sich DNs ideal als System zur Untersuchung grundlegender Prinzipien der sensomotorischen Kontrolle und Flexibilität.Ich möchte untersuchen, wie sensorische und zentrale Netzwerke des Gehirns flexibel und kontextabhängig mit motorischen Netzwerken im VNC gekoppelt werden. Dabei liegt mein Fokus auf Einflüssen des Verhaltenszustandes des Tieres auf die DN Aktivität. Änderungen des Verhaltenszustandes und Änderungen im Metabolismus beeinflussen sich notwendigerweise gegenseitig, da z.B. der Insektenflug besonders energieintensiv ist. Deshalb werde ich zusätzlich untersuchen, wie Verhaltensänderungen mit Änderungen im Metabolismus koordiniert werden. Die erfolgreiche Durchführung meines Forschungsvorhabens wird 1) Etablieren, ob die Modulation von DNs ein genereller Mechanismus für die flexible Verhaltenssteuerung ist; 2) Identifizieren, welche neuronalen Mechanismen der Modulation absteigender Neurone zu Grunde liegen; 3) Demonstrieren, wie und wo im sensomotorischen Signalweg spezifische Aktionen ausgewählt werden, indem ich ein Mikronetzwerk zur Selektion und Kontrolle des Flucht- und Landeverhaltens analysiere; 4) Quantifizieren, wie die kontextabhängige Ausschüttung von Insulin durch eine Population insulinerger Zellen im Gehirn kontrolliert wird; und 5) Demonstrieren, wie sensomotorische Signalwege durch Interaktionen von Octopamin (Analogon zu Adrenalin) und Insulin an unterschiedliche kontextuelle Anforderungen angepasst werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Patch-clamp setup
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)