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 Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie