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 Dinner in the Dark – ein delikates Wechselspiel der Mikroorganismen
24.11.2017 | Universität Wien

nachricht Wenn Blutsauger die Nase voll haben
24.11.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heidelberger Forscher untersuchen einzigartige Unterwasser-Tropfsteine

24.11.2017 | Geowissenschaften

Intelligentes Wassermanagement für Indiens Städte

24.11.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Forscher verwandeln Diamant in Graphit

24.11.2017 | Physik Astronomie