Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Angriff oder Flucht – das Zebrafisch-Auge entscheidet

19.09.2014

Die Unterscheidung zwischen Beute und Fressfeind findet bereits im Auge einer Zebrafisch-Larve statt

Rot oder grün? Klein oder groß? Schnell oder langsam? Menschen und Tiere verlassen sich auf ihr Sehorgan, um Dinge in ihrer Umwelt einzuordnen. Entscheidungen darüber, wie wir am besten auf bewegte Objekte in unserer Umgebung reagieren, erfolgen oft sehr schnell und unbewusst.


Kleine und große Objekte aktivieren unterschiedliche Schaltkreise im Sehsystem der Zebrafisch-Larve. Diese Trennung beginnt bereits im Auge und entscheidet vermutlich über die Richtung des Schwimmverhaltens.

© MPI f. medizinische Forschung

Die Größe eines bewegten Objektes ist offensichtlich ein wichtiges Kriterium. Die rasante Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion erfolgt, lässt vermuten, dass spezialisierte neuronale Schaltkreise im Sehsystem für die Erkennung wichtiger Objekteigenschaften zuständig sind. Werden sie aktiviert, geben sie das Signal „Flucht“ oder „Attacke“ im Gehirn.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg haben die Arbeitsweise solcher Schaltkreise im Gehirn der Zebrafischlarve aufgeklärt, die vermutlich einen entscheidenden Beitrag zur größenabhängigen Objektklassifizierung leisten.

Wie entscheidet das Gehirn, welche Dinge in unserer komplexen Umwelt eine unmittelbare Reaktion von uns verlangen? Eine zentrale Frage im Tierreich lautet: „Ist das, was sich in meiner Umgebung bewegt, Beute oder Fressfeind?“, die im Ernstfall eine schnelle Antwort verlangt. Offenbar gelingt es dem Sehsystem, aus der sich ständig ändernden Verteilung von Lichtreizen auf der Netzhaut anhand einfacher Kriterien Objekte zu erkennen und, falls nötig, ohne Umwege eine schnelle Reaktion hervorzurufen. Bereits am Modellsystem der Zebrafischlarve lassen sich die grundlegenden Mechanismen der Objektklassifizierung untersuchen.

Das gut entwickelte Sehsystem erlaubt es der Larve, kleine Beutetiere zu fangen und größeren Objekten auszuweichen. Die Entscheidung darüber, ob sich das Tier dem Objekt zu- oder abwendet, ist eine Frage der Größe. Wissenschaftler um Johann Bollmann am Max-Planck-Institut in Heidelberg konnten nun zeigen, dass kleine und große Reize, die diese unterschiedlich gerichteten Schwimmbewegungen auslösen, neuronale Aktivität in eng benachbarten, aber unterschiedlichen Schaltkreisen des Fischgehirns erzeugen. Dabei beginnt die verhaltensrelevante Größenunterscheidung bereits in den Ganglionzellen des Auges.

In der Netzhaut des Auges kommen eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Ganglionzellen vor, die spezifisch beispielsweise auf Farbe, Größe, Bewegung oder Kontrast reagieren. Wie diese unterschiedlichen Botschaften über den Sehnerv in das Gehirn verteilt und weiterverarbeitet werden, ist bei weitem nicht verstanden. Die Forscher konnten nun in einem zentralen Areal des Fischhirns, dem Tektum, solche Zellen identifizieren, die spezifisch auf diejenigen Objektgrößen reagieren, die in der Welt der Zebrafischlarve einer kleinen Beute beziehungsweise einem großen Störenfried entsprechen.

Es zeigte sich, dass bereits die Nervenendigungen von Ganglionzellen, die im Tektum münden, unterschiedlich auf die Objektgröße reagieren. Andere, nachgeschaltete Zelltypen im Tektum unterschieden in ihren Aktivitätsmustern ebenfalls zwischen kleinen und großen Objekten auf der für den Zebrafisch relevanten Größenskala, je nachdem in welcher Schicht sie ihre synaptischen Eingänge erhalten.

„Das deutet darauf hin, dass die Größenklassifizierung in der Netzhaut des Auges beginnt, um anschließend das Gesehene im Tektum in die Kategorien „klein genug, um als Beute zu gelten“ beziehungsweise „hinreichend groß, um sich in Acht zu nehmen“ einzusortieren. Entsprechend passt dann die Fischlarve ihr Verhalten an“, sagt Johann Bollmann vom Max-Planck-Institut für medizinische Forschung. Auch im Säugetiergehirn sind ganz ähnliche Strukturen vorhanden, die wesentlich an der visuellen Steuerung solch zielgerichteter Bewegungen beteiligt sind. Dies legt den Schluss nahe, dass Aufgaben der Objekterkennung und Handlungssteuerung hier auf ähnliche Weise gelöst werden wie im kleinen Gehirn der Fischlarve. 

Ansprechpartner 

Originalpublikation

 
Stephanie J. Preuss, Chintan A. Trivedi, Colette M. vom Berg-Maurer, Soojin Ryu, Johann H. Bollmann
Classification of object size in retinotectal microcircuits
Current Biology, 19 September 2014

Johann H. Bollmann | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie