Tiefenwahrnehmung von Zebrabärblingen beim Beutefang

• Antragsteller: Professor Aristides Arrenberg, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537563569

Die Tiefenwahrnehmung - die Berechnung von Entfernungen aus dem 2D-Input beider Augen - ist für das Überleben in einer 3D-Welt unerlässlich. Die Tiefenwahrnehmung wurde im Kortex von Primaten bereits gut untersucht, sie ist jedoch (in anderen Tieren) auch ohne Kortex möglich. So verfügen beispielsweise auch einige wirbellose Tiere über Stereosehen. Neben der Stereopsie gibt es weitere mögliche Mechanismen, z.B. ist bei der Maus die monokulare Bewegungsparallaxe wichtig. Wir wissen jedoch erstaunlich wenig über die neuronale Implementierung nicht-kortikaler Mechanismen der Tiefenwahrnehmung. Die Aufdeckung solcher Mechanismen würde unser Verständnis alternativer evolutionärer Lösungen für die Tiefenwahrnehmung bei Tieren mit kleineren Gehirnen ohne Kortex verbessern. Larven von Zebrabärblingen jagen bereits im Alter von 5 Tagen Mikroorganismen in einem hochgradig visuell gesteuerten, festgelegten Verhaltensmuster und müssen deren Entfernung korrekt abschätzen. Während die monokularen visuomotorischen Transformationen des Jagdverhaltens bereits untersucht wurden, sind die Schaltkreise, die den finalen “Capture Strike” vorbereiten, noch unbekannt. Dieses Verhaltensmotiv hängt von der Kenntnis der Entfernung ab, da die meisten Capture Strikes erfolgen, wenn die Fische etwa 500 µm von ihrer Beute entfernt sind. Die Vorbereitung des Capture Strikes erfordert die Konvergenz der Augen und basiert wahrscheinlich auf binokularer Stereopsie. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat zwar die Bedeutung von UV-Licht für das Jagdverhalten nachgewiesen, doch wurde der Stimulus, wie auch in den meisten anderen Studien, mehrere Millimeter vom Tier entfernt präsentiert. Diese Entfernungen lagen außerhalb des 500 µm-Bereichs des natürlichen Verhaltens und schlossen daher die Untersuchung der binokularen Verarbeitung aus. Vor kurzem wurde ein hypothetischer Schaltkreis vorgeschlagen, der auf intertektalen, binokularen Neuronen basiert. Um den Mechanismus der Tiefenwahrnehmung beim Beutefang eindeutig zu bestimmen, werden wir unsere visuelle Stimulationsarena so verändern, dass nahe Beutetiere simuliert werden. Wir werden Verhalten und neuronale Aktivität gleichzeitig mittels Kalziumbildgebung am Mikroskop aufzeichnen, um tiefenkodierende Neurone zu identifizieren. Neuronale rezeptive Felder werden wir entlang der drei räumlichen Dimensionen bestimmen und somit herausfinden, ob eine Tiefenselektivität vorliegt und ob diese Neurone nur für den Beutefang oder für generelle Tiefenwahrnehmung tauglich sind. Schließlich werden wir die identifizierten monokularen und binokularen Neurone holographisch bzw. optogenetisch stimulieren, um die kausale Beteiligung der identifizierten Neurone an der Auslösung von Capture Strikes zu bestätigen. Mit der Aufklärung neuronaler Mechanismen des Beutefangs beim Zebrafisch wird unser Projekt auch einen Einblick in die Evolution nicht-kortikaler Mechanismen der Tiefenwahrnehmung liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen