Max-Planck-Institut für Neurobiologie des Verhaltens - caesar

Max-Planck holt zwölf Synergy Grants und liegt damit im ERC-Ranking auf Platz eins

Ghost Channels erklären das transiente Verhalten von komplexen Systeme wie klimatischer Prozesse oder neuronaler Netzwerke

Die Wissenschaftler und ihre Forschungsteams erhalten rund 40 Millionen Euro Förderung für ihre Arbeiten

Magnetfelder riechen und schmecken nach nichts, sie sind unsichtbar, und sie machen auch keine Geräusche: Für sie fehlt uns Menschen also der Sinn. Der Graumull hingegen besitzt einen Magnetsinn, mit dem er sich in der Dunkelheit zurechtfindet

Würmer ermöglichen neue Einsichten in Evolution und Vielfalt des TGF-beta Signalwegs

Magnetfelder riechen und schmecken nach nichts, sie sind unsichtbar, und sie machen auch keine Geräusche: Für sie fehlt uns Menschen also der Sinn. Der Graumull hingegen besitzt einen Magnetsinn, mit dem er sich in der Dunkelheit zurechtfindet. Wie der unterirdisch lebende Nager Magnetfelder wahrnimmt, das untersuchen Pascal Malkemper und sein Team am Max-Planck-Institut für Neurobiologie des Verhaltens – caesar in Bonn.

Afrikanische Graumulle verbringen ihr gesamtes Leben in unterirdischen Gangsystemen, die eine Länge von mehreren Kilometern erreichen kann. Trotz absoluter Dunkelheit findet sich die kleinen Nagetiere in diesem Labyrinth bestens zurecht. Unterstützt werden sie dabei von der außergewöhnlichen Fähigkeit, sich am Magnetfeld der Erde zu orientieren. Wir versuchen zu verstehen, wie die Rezeptoren dieses Magnetsinnes aufgebaut sind und wie magnetische Reize im Gehirn der Graumulle verarbeitet werden.

Um zu navigieren, müssen Tiere fast ständig ihren Kurs gegen äußere Einflüsse stabilisieren und auch die Richtung ändern, beispielsweise, um Hindernissen auszuweichen. Wir untersuchen die neuronalen Schaltkreise und Mechanismen, die solchen Lenkmanövern zugrunde liegen, indem wir gleichzeitig Verhaltens- und neuronale Aktivität bei fliegenden, aber gleichzeitig fixierten Fruchtfliegen messen. Dabei haben wir ein spezielles Neuron identifiziert, dessen Aktivität deutlich mit dem Drehverhalten im Flug korreliert ist und ausreichend erscheint, um Lenkmanöver auszulösen.

Bei Säugetieren variiert der Durchmesser des Auges um mehr als eine Größenordnung. Objekte im visuellen Raum durchqueren die Retinaoberfläche eines großen Auges schneller als die eines kleinen Auges. Das wirft die Frage auf, wie verschiedene Spezies die Geschwindigkeit sich bewegender Objekte kodieren. Mittels vergleichender Verbindungs- und Computermodellierung zeigen wir die unterschiedliche Platzierung von Synapsen zwischen Neuronen in der Maus- gegenüber der Kaninchenretina. Dies weist auf eine Anpassung in der neuralen Verschaltung hin, die Unterschiede im Augendurchmesser kompensiert.

Wie entstehen Entscheidungen in unserem Gehirn? Untersuchungen am Nervensystem der Ratte zeigen, dass sich die Grundlagen solch komplexer Prozesse an detailgetreuen Modellen neuronaler Netzwerke studieren lassen. Neue Methoden erlauben es, die Struktur von Nervenzellen zu rekonstruieren, nachdem zuvor deren Funktion am lebenden Tier untersucht wurde. Aus diesen Daten können Modelle ganzer Hirnareale erstellt werden. Mithilfe von Computersimulationen neuronaler Aktivität in diesen Netzwerkmodellen erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse darüber, wie Informationen im Gehirn verarbeitet werden.

Wie bewegen wir uns im Raum und wie orientieren wir uns? Untersuchungen am einfachen Nervensystem der Fruchtfliege zeigen, dass hierbei neuronale Netzwerkstrukturen eine wichtige Rolle spielen, die auch für das Säugetiergehirn von Bedeutung sind. Dank der geringen Größe des Fliegengehirns und dank neuer genetischer Methoden können diese Netzwerke in der Fruchtfliege im Detail untersucht werden. Von solchen Experimenten erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse darüber, wie abstrakte mathematische Berechnungen in biologischen Netzwerken kodiert sind.