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Wie das Gehirn Informationen integriert und Verhalten lenkt

Von der EU finanzierte Neurowissenschaftler haben sich mit der Frage beschäftigt, wie die Informationsverarbeitung in neuronalen Schaltkreisen das Verhalten in einem Modellorganismus beeinflusst.
Wie das Gehirn Informationen integriert und Verhalten lenkt
Das Ziel des FISHBRAIN-Projekts (Neural circuits underlying visually guided behaviour) war es zu verstehen, wie das Gehirn sensorische Informationen integriert und entsprechende Aktionen ausführt. Die Forscher interessierten sich besonders für die Organisation und Funktion neuronaler Schaltkreise, die visuell gelenkten Verhaltensweisen zugrunde liegen.

Der Zebrabärbling (Danio rerio) wurde als Modellorganismus verwendet und ermöglichte es den Forschern, die Aktivität in neuronalen Schaltkreise im gesamten Gehirn von Wirbeltieren zu visualisieren und zu manipulieren. Im Alter von knapp einer Woche sind die Larven des Zebrabärblings in der Lage, Bewegungsmustern zu folgen, Räuber zu vermeiden und eine lebende Beute zu verfolgen. Darüber hinaus ermöglicht der transparente Kopf, das gesamte Gehirn auf nicht-invasive mit einer Einzelzell-Auflösung abzubilden, mithilfe von Zwei-Photonen-Bildgebung.

Das FISHBRAIN-Projekt führte quantitative Analysen des Verhaltens durch und bildete die neuronale Aktivität des gesamten Gehirns ab und studierte die sensomotorischen Verarbeitung in identifizierten Neuronen. Die Forscher entwickelten auch genetische Werkzeuge, um bestimmte Arten von Zellen anzuzielen und zu manipulieren.

Ein System für das High-Speed-Tracking von Augen- und Schwanzbewegungen wurde für mehrere freie schwimmende Zebrabärblinglarven entwickelt. Damit wurden die Bewegung der Larven charakterisiert und die visuellen Reize mit der Larvenbewegung abgebildet.

Die Forscher testeten auch genetische Werkzeuge, um die neuronale Funktion in Zebrabärblingen aufzunehmen. Karten von der funktionellen Aktivität des gesamten Gehirns wurden unter Verwendung von Zwei-Photonen-und Light-Sheet-Blatt-Bildgebung von Fisch entwickelt, der genetisch kodierte Kalzium-Indikator exprimiert.

Die Experimente bildeten die funktionale Architektur des Zebrafischgehirns ab, wodurch Neuronensätze enthüllt wurden, die vollständige Verhaltensschaltungen in einem Wirbeltier bilden. FISHBRAIN liefert daher einen wesentlichen Rahmen, auf dem sich das Studium der neuronalen Entwicklung, von genetischen Mutanten und Krankheitsmodellen stützen lässt.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Neuronale Schaltungen, FISH BRAIN, visuell geleitetes Verhalten, Danio rerio, Zwei-Photonen-Mikroskopie, High-Speed-Tracking, Licht-Bogen Imaging, Calcium-Indikatoren 
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