Erlerntes Verhalten oder evolutionäre Veranlagung - das Zusammenspiel neuronaler Netzwerke

• Antragstellerin: Dr. Tomke Stürner
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506112062

Wie sich ein Tier verhält, ist das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels von evolutionärer Veranlagung und individueller Erfahrung. Viele Forschungsprojekte konzentrieren sich entweder auf angeborene Verhaltensreaktionen oder auf das Erlernen von entsprechendem Verhalten. Die Kombination der beiden Muster kommt dabei oft zu kurz. In meiner Forschung möchte ich untersuchen, wie angeborene und erlernte neuronale Schaltkreise konvergieren und ihre Verbindungen bis hin zu absteigenden Neuronen (DNs) und dem Strickleiternervensystem (VNC) untersuchen.In der Drosophila Connectomics Group in Cambridge verwenden wir in silico Rekonstruktionen von Daten der Elektronenmikroskopie (EM), um die Schaltkreise im Gehirn der Fruchtfliege Drosophila zu verstehen. Wir haben kürzlich die Konnektivität und Morphologie der meisten Neuronen im zentralen Gehirn beschrieben und dabei den Schwerpunkt auf den Fluss der olfaktorischen Informationen gelegt.Ich werde die beiden Gehirnzentren erforschen, die hauptsächlich für erlerntes und angeborenes Geruchsverhalten im Drosophila Gehirn zuständig sind: dem Pilzkörper (MB) und dem Seitenhorn (LH). Zusätzlich zu den Informationen, die aus den EM-Datensätzen abgeleitet werden können, werde ich mit einer Kombination aus 2-Photonen-Kalzium-Mikroskopie, optogenetische Stimulation und genetischer Manipulation der Neuronen, die Dynamik der Schaltkreise erfassen.Das Jefferis-Labor, in dem ich arbeiten werde, identifizierte bereits den ersten vollständigen Schaltkreis, in dem erlernte und angeborene Pfade auf bestimmten LH-Neuronen konvergieren. Die Expertise im Labor - insbesondere in Elektrophysiologie und Geruchsverhalten - wird es mir ermöglichen, die Funktionsweise des Systems besser zu verstehen. Durch eine Zusammenarbeit mit der Drosophila Connectomics Group und dem Card-Labor in Janelia, das eine umfassende Rekonstruktion aller DNs im Gehirn und VNC durchführt, kann ich die entsprechenden Rückschlüsse auf das motorische Verhalten der Fruchtfliege untersuchen.Vor kurzem beschrieben zwei Projekte neue Komponenten des MB- und LH-Schaltkreises und machten neue Annahmen darüber, wie Informationen in dem einen oder anderen verarbeitet werden. Ich werde mich systematisch mit der Konvergenz dieser beiden Gehirnregionen befassen, die von diesen beiden Arbeiten nur vereinzelt angegangen wurde. Außerdem werde ich mit dem vollständigen weiblichen und einem neuen vollständigen männlichen EM-Datensatz arbeiten. Dies wird einige der Nachteile des zuvor verwendeten Hemibrain-Datensatzes ausgleichen, wie fehlende Interaktionen von Neuronen über die Mittellinie und abgeschnittene DNs. Entscheidend ist, dass ich die kombinierte Logik im Gehirn und im Strickleiternervensystem verfolgen kann die, sensorische Signale in motorisches Verhalten übersetzt. Mein Ziel ist es die Fragen zu beantworten, wie ein Tier zwischen der angeborenen Präferenz und dem, was es gelernt hat, entscheidet, um ein bestimmtes Verhalten zu steuern.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Gregory Jefferis, Ph.D.