Neuronale Grundlagen des Gesangerlernens in Zebrafinken

• Antragstellerin: Dr. Daniela Vallentin
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290470670

Beim Erlernen von Bewegungsabläufen wird häufig eine interne neuronale Vorlage, die durch die Beobachtung der Bewegung entstand, in eine Abfolge von motorischen Befehlen umgewandelt. Um die gewünschte Bewegung zu erzielen, muss man sie viele Male üben und die ausgeführte Bewegung mit der Vorlage vergleichen. Um zum Beispiel einen Tennisaufschlag zu lernen, muss man seinen Lehrer beobachten, den Aufschlag selber üben und seine Fehler bemerken, um sie beim nächsten Versuch korrigieren zu können. Die neuronalen Mechanismen, die dem motorischen Lernprozess zugrunde liegen sind noch nicht vollständig verstanden. Um diesen Sachverhalt zu untersuchen, beschäftige ich mit dem Zebrafink, einem Singvogel, der sein Lied auf Grundlage von Beobachtung und Ausübung lernt: Zebrafinken prägen sich das Lied ihres Tutors ein, integrieren es in ihr Motorprogramm und vergleichen ihren geübten Gesang mit dem des Tutors. Zebrafinken besitzen fest verschaltete Signalwege zum Verarbeiten von auditorischen Reizen, zur Erzeugung von Vokalisationen und zum Erlernen des Gesangs. Somit stellen sie ein ideales Tiermodell dar, um die Verarbeitung sensorischer Reize im sensomotorischen System, welches zum Gesanglernen notwendig ist, zu untersuchen. Um das Zusammenspiel zwischen neuronalen Netzwerken während des motorischen Lernens zu erkunden, ist es wichtig sowohl synaptische Inputs als auch Outputs dieser Netzwerke während des Verhaltens zu messen. Intrazelluläre Ableitungen ermöglichen es die gesamte Netzwerkaktivität aus der Sicht einer einzelnen Zelle zu beobachten und sind daher die optimale Technik, um neuronale Abläufe in und zwischen Netzwerken zu messen. Das intrazelluläre Microdrive ist ein neues Werkzeug, um synaptische Inputs von einzelnen Nervenzellen während des Bewegungsablaufs, zu messen. In meiner Zeit als Postdoc habe ich das intrazelluläre Microdrive weiterentwickelt und genutzt, um die sensomotorische Integration im prämotorischen Nukleus im erwachsenen und jungen Zebrafinken während des Gesangs und des Zuhörens zu untersuchen. Ich plane diese Art der intrazellulären Ableitungen während des Lernprozesses und der Gesangproduktion sowohl in höheren auditorischen Arealen als auch in Arealen, die für die Produktion und das Erlernens des Gesangs notwendig sind, durchzuführen. Diese Experimente werden Rückschlüsse auf die synaptischen Profile von Nervenzellen während der Bildung der Vorlage und der Gesangsproduktion liefern. Die genauen Ziele dieses Forschungsvorhabens sind 1) zu untersuchen wie übergeordnete auditorische Areale die Gesangsvorlage repräsentieren und wie die Vorlage während des Übens in das Motorprogramm integriert wird, und 2) zu beschreiben wie das Outputsignal, dass vom motorischen Areal gesendet wird, zum Vergleich der Gesangsdarbietung mit der Vorlage genutzt wird.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen