Emotionale und kognitive Grundlagen der akustischen Kommunikation: Verhalten und neuronale Repräsentation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die in dem Projekt geförderten Arbeiten über emotionale und kognitive Grundlagen der akustischen Kommunikation von Säugetieren haben in mehrerer Hinsicht erhebliche Fortschritte in unserem Verständnis der Wahrnehmung emotionaler Lautäußerungen und der Auslösung von Verhalten durch die Laute („Erkennung“) gebracht. Als erstes wurde die Hausmaus (Mus musculus) als adäquates Tiermodell zur Untersuchung emotionaler Lautabgabe und emotionaler/motivationaler Wahrnehmung etabliert. Die akustische Kommunikation der Maus diente als Grundlage für die Entwicklung von 6 allgemeinen Regeln, nach denen Säugetiere arteigene Kommunikationslaute wahrnehmen. Zur Ausarbeitung dieser Regeln war die Kooperation in der Forschergruppe besonders hilfreich. Die Beteiligung des Hörcortex (höchstes Zentrum der Hörbahn des Gehirns) wurde für die Wahrnehmung und Erkennung von Ultraschallauten und s.g. Gerangellauten von Mäusejungen durch ihre Mütter und virginelle Weibchen mittels früher Genexpression (c-fos) und immunzytochemischem Nachweise des Fos-Proteins in aktivierten Neuronen untersucht. In primären Feldern des Hörcortex wirken sich Unterschiede in der Emotion oder Motivation der Tiere nicht auf die neuronale Aktivierung aus. In höheren Feldern können Aktivierungsunterschiede auf Unterschiede in der Erfahrungen mit den Lauten und/oder in der emotionsbedingten Motivation zum Handeln zurückgeführt werden. Akustische Informationsverarbeitung in höheren Feldern des Hörcortex hängt vom emotionalen/motivationalen Zustand und von der spezifischen Erfahrung eines Tieres ab. Die Aktivierung von emotions-/motivationsregulierenden Zentren des limbischen Systems des Gehirns durch Laute von Mäusejungen wurde ebenfalls in einem mütterlichen Verhaltenskontext an Mäusemüttern und virginellen Weibchen untersucht. Unterschiede in der Erfahrung mit der Jungenpflege, in der Wahrnehmung der Jungenlaute und der mütterlichen Motivation zeigen sich selektiv in der Aktivierung von Zentren wie dem präoptischen Areal, dem lateralen Septum, der Amygdala und dem piriformen und entorhinalen Cortex. Aus den Aktivierungsunterschieden lässt sich auf die unterschiedliche Rolle der Zentren bei der Lauterkennung schließen. Die Erkennung emotionaler Laute wird durch Faktoren wie Geschlechtshormone (z.B. Östrogen) und modulatorische Neurotransmittersysteme des Gehirns (z.B. dopaminerges System) beeinflusst. Dies zeigt sich in der Veränderung der Erkennung von Lautmodellen (Ultraschalllaute und s.g. Gerangellaute von Mäusejungen) während des Östruszyklus erwachsener Weibchen und in der Reaktionsveränderung von Müttern bei Applikation von Agonisten und Antagonisten von Dopaminrezeptoren. Die Wahrnehmungsänderungen korrelieren mit entsprechenden Aktivierungsänderungen im Hörkortex, wobei hier sowohl primäre als auch Felder höherer Ordnung gleichermaßen betroffen sind. Untersuchungen über massive Sprachdefizite bei Personen mit Mutationen des Foxp2-Gen wurden zunächst so interpretiert, dass dieses „Sprachgen“ einen geordneten Redefluss aufgrund seines Beitrags zur Entwicklung von Gehirnstrukturen für artikulatorisch-motorischer Koordination ermöglicht. Unsere Ergebnisse (zusammen mit der Arbeitsgruppe von Prof. Fischer, Oxford und MPI Nijmegen) an Foxp2-defizitären Mäusen zeigen jedoch, dass Foxp2 für die rein motorische Koordination der Vokalisation von emotionalen/motivationalen Lauten keine Rolle spielt. Die Hauptwirkung des Foxp2 Gens bzw. seiner Genprodukte liegt in der Förderung von motorischem und, vor allem, audiomotorischem Lernen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2004): Auditory perception vs. recognition: representation of complex communication sounds in the mouse auditory cortical fields. Eur. J. Neurosci. 19: 1027-1040
Geissler, D.B.; Ehret, G.
-
(2005): Communication-call representation in the mouse auditory cortex: perception vs. recognition. In: Syka, J.;Merzenich, M.M. (eds.): Plasticity and Signal Representation in the Auditory System. Springer, New York, pp. 85-96
Ehret, G.; Geissler, D.B.
-
(2005): Grouping in auditory temporal perception and vocal production is mutually adapted: the case of wriggling calls of mice. J. Comp. Physiol. A 191: 1131-1135
Gaub, S.C.; Ehret, G.
-
(2005): Infant rodent ultrasounds - a gate to the understanding of sound communication. Behav.Genet. 35: 19-29
Ehret, G.
-
(2006): Behavior and Neurodynamics for Auditory Communication. Cambridge University Press, Cambridge
Kanwal, J.; Ehret, G. (eds.)
-
(2006): Common rules of communication sound perception. In: Kanwal, J.S.; Ehret, G. (eds.): Behavior and Neurodynamics for Auditory Communication. Cambridge University Press, Cambridge, pp. 85-114
Ehret, G.
-
(2008): Impaired motor learning and cerebellar synaptic plasticity in Foxp2 R552H heterozygous mice. Current Biol. 18: 354-362
Groszer, M.; Keays, D.A.; Deacon, R.M.J.; de Bono, J.P.; Gaub, S.; Baum, M.; French, C.A.; Nicod, J.; Coventry, J.A.; Enard, W.; Fray, M.; Brown, S.D.M.; Nolan, P.; Flint, J.; Pääbo, S.; Channon, K.M.; Eilers, J.; Ehret, G.; Rawlins, J.N.P.; Fisher, S.E.
-
(2009) New perspectives of information transformation through the auditory cortical layers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106: 21463-21464
Ehret, G.
-
(2009): Reproductive cycle-dependent plasticity of perception of acoustic meaning in mice. Physiol. & Behav. 96: 428-433
Ehret, G.; Schmid, C.
-
(2010): Selective perception and recognition of vocal signals. In: Brudzynski, S.M. (ed.): Handbook of Mammalian Vocalizations: An Integrative Neuroscience Approach. Academic Press, Oxford, pp. 125-134
Ehret, G.; Kurt, S.
-
(2010): The structure of innate vocalizations in Foxp2- deficient mouse pups. Genes Brain Behav. 9: 390-401
Gaub, S; Groszer, M.; Fisher, S.E.; Ehret, G.
-
(2011): Communication sounds and their cortical representation. In: Winer, J.A.; Schreiner, C.E. (eds.): The Auditory Cortex. Springer, New York, pp. 343-368
Kanwal, J.S.; Ehret, G.
-
(2013): Sound communication in house mice: Emotions in their voices and ears? In: Altenmüller, E.; Schmidt, S.; Zimmermann, E. (eds.): Evolution of Emotional Communication: from Sounds in Nonhuman Mammals to Speech and Music in Man. Oxford University Press, Oxford, pp. 63-74
Ehret, G.
