Hirnweite Verarbeitung auditiver Signale zur Unterscheidung von Schallquellen

Akustische Informationen sind sehr aufschlussreich über Ereignisse in der Umwelt, selbst wenn diese nicht sichtbar sind oder in großer Entfernung stattfinden. Doch obwohl die Geräusche von vielen Quellen unsere Ohren als eine Mischung erreichen, nehmen wir diese Geräusche häufig als eigenständig mit jeweils eigenen Eigenschaften wahr. Diese Fähigkeit, Geräusche voneinander zu trennen, wurde bei Wirbeltieren wie Menschen, Affen, Vögeln und Fischen nachgewiesen. Während diese Phänomene auf der Verhaltensebene beim Menschen und in geringerem Maße bei nichtmenschlichen Wirbeltieren eingehend untersucht wurden, ist unser Verständnis dieser Prozesse auf mechanistischer Ebene äußerst begrenzt. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens ist es schwierig, die in Frage kommenden Schaltkreise zu identifizieren, da die meisten Wirbeltiergehirne groß und undurchsichtig sind, was sie für eine unvoreingenommene, systemweite optische Untersuchung unzugänglich macht. Zweitens würde es nicht ausreichen, nur Kandidaten zu identifizieren: Man muss auch nachweisen, dass sie eine zentrale Rolle bei der Gestaltung des Hörerlebnisses spielen - etwas, das bisher bei keiner Spezies gelungen ist. Kürzlich habe ich Lösungen für diese Herausforderungen präsentiert, indem ich den Teleosten Danionella cerebrum als einzigartiges Wirbeltiermodell in die Neurowissenschaften eingeführt habe. Danionella bleiben über ihre gesamte Lebensspanne durchsichtig und sind für die Bildgebung des gesamten Gehirns und optogenetische Manipulationen vollständig zugänglich. Trotz ihrer geringen Größe zeigen sie komplexe Verhaltensweisen, einschließlich akustischer Kommunikation. In diesem Projekt werde ich dieses Modell nutzen, um (1) Danionellas auditive Wahrnehmungsfähigkeit im Hinblick auf die auditorische Trennung von Geräuschquellen zu bestimmen. (2) Ich werde durch unvoreingenommene und hirnweite funktionelle Fluoreszenzbildgebung mit Einzelzellauflösung darin involvierte Schaltkreise identifizieren. (3) Ich werde gezielte Manipulationen der neuronalen Aktivität vornehmen, um kausale Beziehungen zwischen Danionellas Hörerfahrung und der Funktionsweise der möglichen Schaltkreise herzustellen. Diese Messungen werden zum ersten Mal ein unvoreingenommenes, gehirnweites Screening nach neuronalen Korrelaten der Hörwahrnehmung über den gesamten akustischen Verarbeitungspfad mit Einzelzellauflösung ermöglichen. Eine erfolgreiche Studie würde einen wichtigen Schritt für unser Verständnis der Art und Weise darstellen, wie Gehirne komplexe akustische Umgebungen wahrnehmen.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen