Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gehirn im Fluss – Nervenzellen im Prätektum berechnen großflächige Bewegungen

01.07.2019

Wir sehen mit dem Gehirn – die Augen liefern die Informationen. Doch, wie berechnen die Nervenzellen das Gesehene? Wissenschaftlerinnen am Max-Planck-Institut für Neurobiologie haben jungen Zebrafischen ins Gehirn geschaut und den Informationsfluss über einzelne Nervenzellen hinweg verfolgt. Die Studie zeigt, dass die Zellen im Auge Bewegungen der Umwelt vorfiltern, die Prätektum-Hirnregion die Information der zwei Augen zusammensetzt und dann an die Bewegungszentren weitergibt. Diese Bahn, Auge-Prätektum-Hinterhirn, besteht auch in anderen Wirbeltiergehirnen, und ist dort vermutlich ähnlich verschaltet.

Die Fotorezeptoren der Netzhaut nehmen Lichtveränderungen wahr, und nachgeschaltete Nervenzellen im Auge erkennen schon Bewegung. Die größeren Zusammenhänge werden jedoch erst tief im Gehirn hergestellt. Wie Nervenzellen sinnvolle Bilder aus einzelnen Lichtpunkten zusammensetzen und dann ein passendes Verhalten daraus ableiten, wird intensiv erforscht.


Zieht ein Bild der Umwelt an den Augen vorbei, halten Zebrafische mit Schwimmbewegungen ihre Position. Neurobiologinnen zeigen, über welche Nervenzellbahnen dieses Verhalten koordiniert wird.

(c) MPI für Neurobiologie, Julia Kuhl

„Wir können jetzt im Zebrafischgehirn nachvollziehen, in welchen Schritten Zellen großflächige Bewegungsinformation verarbeiten“, erklärt Anna Kramer, die mithilfe neuester Methoden genau dies geschafft hat.

„Wir haben die Aktivität vieler, genetisch vormarkierter Nervenzellen beobachtet und anschließend einzelne herausgefiltert, die auf großflächigen Bewegungen reagierten. Diese haben wir dann mit einem gezielten Laserstrahl mit all ihren Verästelungen sichtbar gemacht“, erklärt Kramer eine der eingesetzten Methoden.

„Die Form dieser Zellen und ihre Anordnung gibt uns ein genaues Bild der betrachteten Hirnregion.“ Die so gewonnenen Daten haben Kramer und ihre Kolleginnen aus der Abteilung von Herwig Baier dann mit Zellrekonstruktionen aus dem parallel in der Abteilung entwickelten "Nervenzellatlas" abgeglichen. In Kombination zeigen die Methoden, wie sich ein Verhalten vom auslösenden Reiz im Auge seinen Weg zu den motorischen Zentren im Gehirn bahnt.

Bei dem untersuchten Verhalten handelt es sich um die sogenannte "optomotorische Reaktion", an der noch viele unbekannte Nervenzellen beteiligt sind. Mit diesem angeborenen Verhalten versuchen Fische, ihre Position in einem strömenden Gewässer zu halten: Bewegt sich ein Tier nach hinten, zieht ein Bild der Umgebung nach vorne an seinen Augen vorbei.

Gegen diesen "optischen Fluss" schwimmen die Fische an, um ein Abdriften in der realen Strömung zu vermeiden. Im Labor haben die Wissenschaftlerinnen den Zebrafischlarven ein solches Abdriften durch vorbeiziehende Streifenmuster vorgegaukelt und den Tieren dabei mit hochauflösenden Bildgebungsverfahren ins Gehirn geschaut.

Die Neurobiologinnen konnten zeigen, dass richtungsselektive Nervenzellen der Netzhaut in einem ganz bestimmten Areal des Prätektums enden. Das Prätektum ist Teil einer Region im Fischgehirn, in der visuelle Eindrücke der beiden Augen verbunden werden und Verhaltensantworten vorbereiten.

„Wir haben gezeigt, wie der neuronale Schaltkreis zur Erkennung des optischen Flusses im Prätektum aufgebaut ist und wie richtungsselektive Zellen visuelle Signale schrittweise in Bewegungskommandos umwandeln“, so Kramer.

Die Studie der Martinsrieder Wissenschaftlerinnen bekräftigt die Hypothese, dass visuelle Information vorsortiert über parallele Pfade ins Gehirn gelangen, wo sie dann bestimmte Verhaltensantworten auslösen. „Im Zebrafischgehirn können wir diese Vorgänge nun von Zelle zu Zelle verfolgen und daraus dann auch Rückschlüsse auf das Geschehen im Gehirn anderer Wirbeltiere ziehen“, erklärt Fumi Kubo, die Leiterin der Studie, die mittlerweile als Professorin am National Institute of Genetics in Mishima, Japan, arbeitet.

KONTAKT
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie
Email: merker@neuro.mpg.de
Tel.: 089 8578 3514

Originalpublikation:

Anna Kramer, Yunmin Wu, Herwig Baier & Fumi Kubo
Neuronal architecture of a visual center that processes optic flow
Neuron, online 27. Mai 2019, Printausgabe 3. Juli 2019
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.04.018

Weitere Informationen:

https://youtu.be/ecVMVHyenC8 - Videozusammenfassung zu dieser und der parallel erschienenen Publikation zum Nervenzellatlas
http://www.neuro.mpg.de/baier/de - Webseite der Abteilung von Herwig Baier
http://www.neuro.mpg.de/2019-07-Baier-Kunst/de - Weitere Informationen zum Nervenzellatlas.

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Trockenstress – Biologen entschlüsseln SOS-Signal von Pflanzen
27.03.2020 | Universität Hohenheim

nachricht Der Venusfliegenfallen-Effekt: Neue Studie zeigt Fortschritte der Forschung an Immunproteinen
26.03.2020 | Jacobs University Bremen gGmbH

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: Nachwuchswissenschaftler der Universität Rostock erfinden einen Trichter für Lichtteilchen

Physiker der Arbeitsgruppe von Professor Alexander Szameit an der Universität Rostock ist es in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität Würzburg gelungen, einen „Trichter für Licht“ zu entwickeln, der bisher nicht geahnte Möglichkeiten zur Entwicklung von hypersensiblen Sensoren und neuen Technologien in der Informations- und Kommunikationstechnologie eröffnet. Die Forschungsergebnisse wurden jüngst im renommierten Fachblatt Science veröffentlicht.

Der Rostocker Physikprofessor Alexander Szameit befasst sich seit seinem Studium mit den quantenoptischen Eigenschaften von Licht und seiner Wechselwirkung mit...

Im Focus: Junior scientists at the University of Rostock invent a funnel for light

Together with their colleagues from the University of Würzburg, physicists from the group of Professor Alexander Szameit at the University of Rostock have devised a “funnel” for photons. Their discovery was recently published in the renowned journal Science and holds great promise for novel ultra-sensitive detectors as well as innovative applications in telecommunications and information processing.

The quantum-optical properties of light and its interaction with matter has fascinated the Rostock professor Alexander Szameit since College.

Im Focus: Künstliche Intelligenz findet das optimale Werkstoffrezept

Die möglichen Eigenschaften nanostrukturierter Schichten sind zahllos – wie aber ohne langes Experimentieren die optimale finden? Ein Team der Materialforschung der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat eine Abkürzung ausprobiert: Mit einem Machine-Learning-Algorithmus konnten die Forscher die strukturellen Eigenschaften einer solchen Schicht zuverlässig vorhersagen. Sie berichten in der neuen Fachzeitschrift „Communications Materials“ vom 26. März 2020.

Porös oder dicht, Säulen oder Fasern

Im Focus: Erdbeben auf Island über Telefonglasfaserkabel registriert

Am 12. März 2020, 10.26 Uhr, ereignete sich in Südwestisland, ca. 5 km nordöstlich von Grindavík, ein Erdbeben mit einer Magnitude von 4.7, während eines längeren Erdbebenschwarms. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ haben jetzt dort ein neues Verfahren zur Überwachung des Untergrunds mithilfe von Telefonglasfaserkabeln getestet.

Ein von GFZ-Forschenden aus den Sektionen „Oberflächennahe Geophysik“ und „Geoenergie“ durchgeführtes Online-Monitoring, das Glasfaserkabel des isländischen...

Im Focus: Quantenoptiker zwingen Lichtteilchen, sich wie Elektronen zu verhalten

Auf der Basis theoretischer Überlegungen von Physikern der Universität Greifswald ist es Mitarbeitern der AG Festkörperoptik um Professor Alexander Szameit an der Universität Rostock gelungen, photonische topologische Isolatoren als Lichtwellenleiter zu realisieren, in denen sich Photonen wie Elektronen verhalten, und somit fermionische Eigenschaften zeigen. Ihre Entdeckung wurde jüngst im renommierten Fachblatt „Nature Materials“ veröffentlicht.

Dass es elektronische topologische Isolatoren gibt – Festkörper die im Innern den elektrischen Strom nicht leiten, dafür aber umso besser über die Oberfläche –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

“4th Hybrid Materials and Structures 2020” findet web-basiert statt

26.03.2020 | Veranstaltungen

Wichtigste internationale Konferenz zu Learning Analytics findet statt – komplett online

23.03.2020 | Veranstaltungen

UN World Water Day 22 March: Water and climate change - How cities and their inhabitants can counter the consequences

17.03.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltweit einzigartig: Neue Anlage zur Untersuchung von biogener Schwefelsäurekorrosion in Betrieb

27.03.2020 | Architektur Bauwesen

Schutzmasken aus dem 3D-Drucker

27.03.2020 | Materialwissenschaften

Nachwuchswissenschaftler der Universität Rostock erfinden einen Trichter für Lichtteilchen

27.03.2020 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics