Was sind die neurobiologischen Mechanismen hinter operantem Selbst-Lernen?

• Antragsteller: Professor Dr. Björn Brembs
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536563175

Beim operanten Lernen werden zwei evolutionär konservierte Mechanismen aktiviert: mit dem einen lernt das Subjekt kausale Zusammenhänge in der Umwelt (Welt-Lernen) und mit dem anderen lernt das Subjekt über die Konsequenzen seines eigenen Verhaltens (Selbst-Lernen). Die neurobiologischen Mechanismen, die das Weltlernen vermitteln, sind gut erforscht: Sie sind evolutionär konserviert und daher nahezu identisch mit denen in vielen anderen Lernexperimenten wie der klassischen Konditionierung. Wir wissen jedoch vergleichsweise wenig über die Neurobiologie des operanten Selbst-Lernens. Aufbauend auf der erfolgreichen Kombination in der vorangegangenen Förderperiode von Molekularbiologie und einem Verhaltensexperiment das die operante Selbstlernkomponente isoliert, schlagen wir ein analoges Projekt vor, um die am operanten Selbst-Lernen beteiligten Gene und Neuronen weiter aufzuklären. Die vergangene Förderperiode lieferte Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass FoxP-abhängige Plastizität nicht im Gehirn, sondern in spezifischen Motoneuronen der direkten Flugsteuermuskeln im ventralen Nervenstrang benötigt wird. Wir entdeckten auch, dass das Genprodukt der atypischen Proteinkinase C (aPKC) in FoxP-positiven Neuronen benötigt wird. Eine zentrale Forschungsfrage für diesen Förderzeitraum wird es sein, weitere Komponenten des FoxP/aPKC-Signalwegs zu identifizieren, die die Plastizität in Motoneuronen vermitteln, die dem operanten Selbst-Lernen zugrunde liegt. Zu diesem Zweck verwenden wir zwei molekulare Techniken, DamID und TurboID. Mit DamID identifizieren wir die Zielgene, an die FoxP bindet und die es reguliert. Mit TurboID werden wir die Zielproteine identifizieren, mit denen aPKC interagiert. Die vielversprechendsten Kandidatengene aus diesen beiden Techniken werden manipuliert und auf operantes Selbst-Lernen getestet. Zusätzlich zu diesen molekularen Techniken haben wir eine Liste von Kandidatengenen aus der Literatur erstellt, um Plastizitätsmechanismen jenseits von FoxP/aPKC zu identifizieren. Schließlich werden wir in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Li Liu in Peking die in seinem Screen identifizierten Kandidaten für Gehirnneuronen validieren, die an der operanten Aktivität beteiligt sind, dem Prozess, der zum Selbst-Lernen führt. Das Liu-Labor hat bereits Neuronen im Gehirn entdeckt, die für operantes Selbst-Lernen benötigt werden, unabhängig davon, ob sie FoxP exprimieren oder nicht. In unserer Zusammenarbeit werden wir die Ergebnisse aus diesem Labor unabhängig replizieren, und das Labor in Peking wird unsere vielversprechendsten Experimente mit Kandidatenlinien replizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen