Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervenzellen im optischen Fluss

25.08.2010
Nervenzellen gleichen Unterschiede im optischen Input über zellinterne Verstärker aus

Tiere und Menschen können sich meist recht gut durch eine dreidimensionale Umwelt bewegen, ohne das Gleichgewicht zu verlieren oder überall anzustoßen. Neben den Gleichgewichtsorganen helfen hier vor allem die Augen. Jede Bewegung lässt die Umwelt auf charakteristische Weise an den Augen vorbeiziehen, und Nervenzellen berechnen daraus die eigene Bewegung. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie zeigen nun an Fliegen, wie es Nervenzellen gelingt, die Eigenbewegung vor ganz unterschiedlich komplexen Hintergründen zu berechnen. Eine Vorgabe, bei der bisher gängige Modelle zur optischen Verarbeitung versagten. (Neuron, 25. August 2010)


Bei jeder Bewegung zieht die Umwelt gegenläufig an den Augen vorbei. Nervenzellen berechnen aus diesem \"optischen Fluss\" die eigene Bewegung - egal vor welchem Hintergrund. Bild: Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Menschen und Fliegen haben eine große Gemeinsamkeit - sie verlassen sich bei der Orientierung im Raum stark auf ihre Augen. Das funktioniert äußerst zuverlässig, obwohl sich die visuellen Eindrücke ständig verändern. Gehe ich zum Beispiel an einer weißen Wand vorbei, so sehe ich an den kleinen Unebenheiten, die entgegen meiner Laufrichtung an meinen Augen vorbeiziehen, dass ich vorwärts gehe. Laufe ich nun an einer bunt beklebten Plakatwand vorbei, so zieht ein Vielfaches an Farb- und Strukturveränderungen an meinen Augen vorbei. Obwohl die visuellen Informationen sehr unterschiedlich sind, nehme ich in beiden Fällen zuverlässig wahr, dass ich mich mit einer bestimmten Geschwindigkeit vorwärts bewege. So entpuppt sich bei genauerer Betrachtung etwas Alltägliches als beachtliche Leistung unseres Gehirns.

Um zu verstehen, wie Nervenzellen optische Informationen verarbeiten, untersuchen Neurobiologen die Gehirne von Fliegen. Der Vorteil liegt auf der Hand: Fliegen sind Meister in der Verarbeitung optischer Bewegungen und ihre Gehirne sind relativ überschaubar. So kann die Funktion jeder einzelnen Nervenzelle in einem Netzwerk untersucht werden. In Laborversuchen zeigen die Wissenschaftler den Fliegen bewegte Streifenmuster und messen die Reaktionen einzelner Nervenzellen. Auf diese Weise sind Modelle entstanden, die sehr gut beschreiben, auf welchen Reiz eine Nervenzelle reagiert und was sie an nachfolgende Zellen weitergibt. Diese Modelle versagten jedoch, wenn die vorgespielten Muster stark in ihrer Komplexität variierten.

"Die Modelle berücksichtigten nur die Eingangs-Ausgangs-Beziehung der Nervenzellen; wie die Signale innerhalb der Zelle dabei verarbeitet werden, spielte keine Rolle", erklärt Alexander Borst, der mit seiner Abteilung am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried die Vorgänge im Fliegenhirn untersucht. Dass die Vorgänge in der Nervenzelle jedoch sehr wohl wichtig sind, zeigt jetzt sein Doktorand Franz Weber. Gemeinsam mit Christian Machens von der Ecole Normale Superieure in Paris entwickelte er ein Modell, das sowohl die Funktion (Input/Output) als auch die biophysikalischen Eigenschaften der Zelle berücksichtigt.

Franz Weber zeigte den Fliegen bewegte Punktmuster mit verschiedener Punktdichte. Dabei fand er heraus, dass die Nervenzellen bei hoher und niedriger Punktdichte grundsätzlich gleich reagieren. Das ist erstaunlich, denn bei wenigen Punkten erhält eine Nervenzelle deutlich weniger visuelle Bewegungsinformation als bei hoher Punktdichte (Vergleich des Vorbeigehens an der weißen Wand und der Plakatwand). Offensichtlich gleichen die Zellen Unterschiede in den Eingangssignalen über einen internen Verstärker aus. Diese Signalverstärkung bezogen die Neurobiologen nun in ihre Berechnungen ein. Mit Erfolg, denn das neue Modell beschreibt sehr zuverlässig das Verhalten der Nervenzellen des Netzwerks, egal wie komplex die Welt um die Fliege - oder um uns - herum ist.

Originalveröffentlichung:

Franz Weber, Christian Machens, Alexander Borst
Spatio-temporal response properties of optic-flow processing neurons
Neuron, 25. August 2010
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Stefanie Merker, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: +49 89 8578-3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Fluss Nervenzelle Neurobiologie Plakatwand Verstärker Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ICTM Conference 2017: Production technology for turbomachine manufacturing of the future

16.11.2016 | Event News

Innovation Day Laser Technology – Laser Additive Manufacturing

01.11.2016 | Event News

#IC2S2: When Social Science meets Computer Science - GESIS will host the IC2S2 conference 2017

14.10.2016 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie