Echtzeit-Rückkopplung sensorischer Information
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Sensorische Rückmeldungen sind ein entscheidender Faktor für die Funktion und Interaktion neuronaler Strukturen. Unser Projekt beschäftigte sich mit der Integration sensorischer Rückmeldungen am Beispiel der mustergenerierenden Netzwerke im stomatogastrischen Nervensystem des Taschenkrebses. Es wurden zwei sensorische Bahnen auf zellulärer Ebene charakterisiert: Der anteriore gastrische Rezeptor (AGR), ein Muskelsehnenorgan, welches die Spannung eines Kaumuskels im Magen des Krebses misst und die vom Gehirn absteigenden IV Neurone, die chemosensorische Informationen von den Antennen zu den motorischen Zentren leiten. In beiden Fällen konnte die sensorische Aktivität in vivo quantitativ dargestellt werden, so dass beide sensorischen Bahnen in anschließenden Versuchen im isolierten Nervensystem adäquat gereizt werden konnten. Im Falle von AGR wurde ein zelluläres Computermodell des Sinnesorgans erstellt, welches eine Echtzeit-Rückkopplung zwischen Modell und biologischem System erlaubte und so emergente Eigenschaften der sensomotorischen Interaktion aufzeigen konnte. Als Erweiterung des Projektes wurde ein entsprechend adaptiertes Modell zur Untersuchung emergenter Eigenschaften im Flugsystem der Wanderheuschecke eingesetzt. Hier konnten bisher unbekannte Dynamiken der Flugmustersteuerung dargestellt werden. Bei der physiologischen Charakterisierung des Muskelsehnenorgans AGR wurde eine zweite aktionspotential-generierende Zone im zentralen Axon gefunden, deren tonische Aktivität nicht nur als sensorischer Filter wirkt, sondern funktionelle Relevanz besitzt, da sie den Zustand des Systems beeinflusst und die Reaktion der mustergenerierenden motorischen Zentren auf andere Sinneseinflüsse verändert. Die Interaktion zweier Sinneseinflüsse wurde anhand der Konvergenz von IV Neuronen und AGR auf Ebene modulatorischer Projektionsneurone in höheren Zentren der neuronalen Verarbeitung untersucht. Es zeigte sich, dass diese Interneurone die Information mehrerer Sinnesmodalitäten integrieren, und dass die kombinatorische Aktivität der Population dieser Neurone mitentscheidend ist dafür, welche motorische Aktivität generiert wird. Unsere Ergebnisse liefern somit die Grundlagen für zukünftige Studien, die die Populationsaktivität dieser Interneurone charakterisieren werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008) Regulation of motor pattern frequency by reversals in proprioceptive feedback. Europ. J. Neurosci., 28:460-474
Smarandache, C.R., Daur, N., Hedrich, U.B.S & Stein, W.
- (2009) Differential activation of projection neurons by two sensory pathways contributes to motor pattern selection. J. Neurophys. 102(5): 2866-2879
Hedrich, U.B., Smarandache, C.R. & Stein, W.
- (2009) Regulation of motor patterns by the central spikeinitiation zone of a sensory neuron. Europ. J. Neurosci.,30(5): 808-822
Daur, N., Nadim, F. & Stein, W.
