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Drittmittelprojekt

Titel:
Genetische Analyse von Verhaltensleistungen und ihren neuronalen Grundlagen

Projektleitung an der Universität Würzburg:

Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:

Kurzbeschreibung:

Forschungsschwerpunkte:
Das Drosophila-Gehirn soll mittels Verhaltensuntersuchungen unter Einsatz genetischer Methoden (Mutanten, ektopische Expression von Genen, Toxigenetik, molekulare Sonden, etc.) funktionell analysiert werden. Die Beziehung zwischen visuellen Reizen, Hitze und Verhaltensmustern in verschiedenen Lernparadigmen am Drehmomentkompensator wird untersucht. Es soll geklärt werden, wie klassische und operante Konditionierung zusammenwirken, welche Selektionskriterien die Fliege für das Speichern von Bildern verwendet und, nach welchen Prinzipien Bilder gespeichert und wiedererkannt werden. Nach dem strukturellen Korrelat des Mustergedächtnisses im Gehirn und, umgekehrt, nach den Verhaltenskorrelaten der Pilzkörper und des Zentralkomplexes wird gesucht. Eine umfassende Mutantenanalyse des operanten Lernens und Gedächtnisses ist geplant. Schliesslich wird ein computerunterstütztes Verfahren zur Untersuchung genetischer und erfahrungsabhängiger Veränderungen im Gehirn entwickelt.



Ergebnisse:

Untersuchungen der Verhaltensunterschiede während des operanten und klassischen Lernens im Flugsimulator zeigen, dass die Fixation nach Konditionierung mit stationären Mustern weniger scharf ist als nach operantem Training. Der Unterschied in der Fixation liegt vermutlich in den unterschiedlichen Präsentationen des konditionierten Reizes. Da sich im Flugsimulator kein Hinweis auf das Erlernen von Verhaltensstrategien finden lässt, kann vermutet werden, dass es im Gedächtnistest keine prinzipiellen Verhaltensunterschiede gibt, sondern, dass es sich auch im operanten Lernen ausschliesslich um eine Assoziation zwischen Temperatur und Flugorientierung handelt, welche sich rascher bildet, wenn im Training die Musterbewegung und die Temperaturwechsel von der Fliege selbst kontrolliert werden können. Weitere Beobachtungen (Vermeidung gefährlicher Flugrichtungen durch verlängertes Replay-Training, Gedächtnistransfer zwischen zwei unterschiedlichen Lernparadigmen am Drehmomentkompensator) stehen damit im Einklang und sprechen gegen einen engeren Verhaltensbezug des Gelernten.



Versuche zu grundsätzlichen Eigenschaften der Musterverarbeitung im Nervensystem deuten an, dass die Aufgabenstellung mitbestimmt, welche Muster von der Fliege unterschieden werden. Die Fliegen können trotz lebensbedrohlicher Erhitzung nicht auf die Bewertung bestimmter Musterpaare konditioniert werden, zeigen jedoch durch individuelle bzw. kollektive Spontanpräferenz oder nicht-assoziativ hitzeinduzierte Musterbevorzugung, dass sie Muster unterscheiden können. Bestimmte Musterparameter sind offenbar dem visuellen Musterlernen nicht zugänglich. Auf technischem Gebiet wurde eine neue Variante des visuellen Lernens am Drehmomentkompensator entwickelt, bei der die Muster sowohl im Training wie im Test relativ zur Fliege nicht bewegt werden. Hier ist jede Art von "retinotopic matching" ausgeschlossen. Die gelernten Musterparameter sind entgegen früherer Befunde jedenfalls teilweise unabhängig vom Retinaort. Weiterhin wurde ein neues Farblern-Paradigma entwickelt, welches einen wichtigen Beitrag zur Pfadintegration geleistet hat.



Im Rahmen der Versuche zur Kontext-Generalisierung wurden nach dem Training Arena-Farbwechsel zwischen monochromatisch grün und blau durchgeführt. Sie führten im Test zur Löschung des Gedächtnisses. Auch Rückkehr zum alten Kontext konnte das Gedächtnis nicht wieder herstellen. Farbwechsel zwischen monochromatisch und weiss wurden hingegen toleriert. Fliegen ohne Pilzkörper zeigten erhöhte Empfindlichkeit gegen Kontextwechsel.



Sowohl beim olfaktorischen Lernen, als auch beim Hitzekammer-Lernen kann mit Hilfe gezielter rutabaga (rut)-Expression in rut-Mutanten eine Rettung des Gedächtnisausfalls erzielt werden. Die Gedächtnisspur für das Hitzekammerlernen ist in Fasern des Ventralganglions, medianen Bündels und Antennenganglions angesiedelt.



Schliesslich konnte das Lernverhalten in der Hitzekammer charakterisiert werden: Fliegen orientieren sich sowohl an der Beleuchtung, wie auch idiothetisch und Transferexperimente zeigen, dass es sich wirklich um assoziative Lernvorgänge handelt. Die Hitzekammer selbst wurde kontinuierlich verbessert und weiter entwickelt und hat sich als der z.Z. schnellste, zuverlässigste und objektivste Lerntest bei Drosophila erwiesen. Mit Hilfe der Hitzekammer konnten aus 1400 EMS-mutagenisierten Stämmen 29 Vermeidungsmutanten-Linien bestimmt werden, welche möglicherweise Störungen in der idiothetischen Orientierung, in der operanten Aktivität oder im operanten Lernen zeigen. Zwei unabhängige Mutanten liesen sich dem Gen amnesiac (amn), eine andere dem Gen easily shocked (eas) zuordnen.

Schlagworte:
    Drosophila
    Gehirn
    Lernen
    Flugsimulator
    Hitzekammer
    Drehmomentkompensator

Laufzeit: von 06.1998 bis 05.2000

Förderinstitution:
DFG ,Genehmigungsdatum: 09.03.1998

Publikationen: