FOR 2705:  Entschlüsselung eines Gehirn-Schaltkreises: Struktur, Plastizität und Verhaltensfunktion des Pilzkörpers von Drosophila

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 365082554

Eine grundlegende, aktuelle Problemstellung zielt darauf ab, zu verstehen, wie Gehirne laufende Sinnesreize, frühere Erfahrung und zukünftige Verhaltensoptionen integrieren. Diese Forschungsgruppe untersucht, wie solch adaptives Verhalten organisiert wird, und zwar durch die Eigenschaften von einzelnen Nervenzellen, ihrer Synapsen und neuronalen Schaltkreisen. Bisherige Forschungsansätze behandelten diese drei Ebenen weitgehend getrennt. Aber neuartige Methoden, wie Optogenetik, zellspezifische Transgen-Expression, Konnektomik und Computer-basierte Modellierung, eröffnen nun neue Möglichkeiten, Gehirne integrativ hinsichtlich ihrer Rolle bei der Verhaltenskontrolle zu untersuchen. Für ein solches Vorhaben ist die Taufliege Drosophila melanogaster besonders gut geeignet, da sie ein einfacheres Gehirn, jedoch eine Reichhaltigkeit an Verhaltensweisen und eine gute experimentelle Zugänglichkeit aufweist. Die Forschungsgruppe fokussiert sich dabei auf den Pilzkörper, der nur aus etwa 2500 Neuronen besteht. Der Pilzkörper integriert den Eingang mehrerer sensorischer Modalitäten mit einer Modulation durch eine Reihe von biogenen Aminen und Signalpeptiden, um adaptives Verhalten ermöglichen. Interessanterweise weist der Pilzkörper strukturelle, funktionelle und entwicklungsbiologische Ähnlichkeiten mit diversen Gehirnstrukturen von Säugetieren, wie dem Cortex, dem Cerebellum und dem Hippocampus auf. Er stellt somit einen fundamentalen, einfach gestalteten, funktionell kompakten und mehrere Zwecke erfüllenden Organisator adaptiven Verhaltens dar. Man kann ihn insofern als einen paradigmatischen Fall dafür betrachten, wie ein Gehirn arbeitet. Dies im Blick verfolgen wir einen integrativen Forschungsansatz, der nur unter den Rahmenbedingungen einer Gruppe von Forschern möglich ist, die unterschiedliche Expertise mit einbezieht. Die Forschungsgruppe besteht aus neun Labore an fünf Universitäten, einem Institut der Helmholtz-Gemeinschaft, einem Leibniz-Institut und dem Weizmann- Institut für Wissenschaft. Die Forschungsprojekte decken ganz grundlegende Aspekte ab, welche zusammen zu einem umfassenderen Modell der Gehirnfunktion beitragen sollen. Insofern bietet die beantragte Forschungsgruppe eine einzigartige Möglichkeit, Expertisen synergistisch so zusammenzufassen, dass ein besseres Verständnis darüber möglich wird, wie sich eine zentrale Gehirnstruktur in der Entwicklung bildet, wie sie auf physiologischer und molekulare Ebene funktioniert und wie sie zur Auswahl, Erzeugung und Kontrolle von Verhaltensweisen beiträgt. Um generelle Arbeitsprinzipen einer solchen Gehirnstruktur zu abstrahieren, umfasst die Forschergruppe auch theoretische und computergestützte Ansätze.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Israel

Projekte

• Die Rolle von gap junctions waehrend der Entwicklung und Umformung des Pilzkörpers (Antragsteller Schuldiner, Oren )
• Etablierung des neuronalen Netzwerks des Pilzkörperkelchs während der Entwicklung (Antragstellerin Tavosanis, Gaia )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Fiala, André )
• Postsynaptische Rezeptorplastizität und transsynaptische Kommunikation während der Speicherung von Gedächtniskomponenten im Pilzkörper (Antragsteller Owald, David )
• Prä-synaptische Plastizität in der Kontrolle von Erinnerungsbilddung innerhalb des Pilzkörpers (Antragsteller Sigrist, Stephan J. )
• Timing-abhängige Valenzumkehr: DANs, Schock, und darüber hinaus (Antragsteller Gerber, Bertram )
• TP3 - Infektion und Verhalten: Die Rolle des Pilzkörpers, AMPs und Octopamin in der Gehirn-Körper-Kommunikation (Antragstellerin Grunwald Kadow, Ilona )
• Visualisierung subzellulärer Module für Lernen und Gedächtnis: axonale, bouton-ähnliche Spezialisierungen in Kenyonzellen als funktionelle Einheiten (Antragsteller Fiala, André )
• Von den molekularen Mechanismen zur Verhaltenssteuerung: Modelle zur Prozessierung von Gedächtnissen auf multiplen Erklärungsebenen. (Antragsteller Nawrot, Martin Paul )

• Sprecher: Professor Dr. André Fiala