Neuronale Intergration paralleler sensorischer Kanäle im elektrosensorischen System

01.08.2019 bis 31.07.2022

Multisensorische Integration führt Informationen aus verschiedenen
Sinnessystemen zusammen. In Situationen, in denen sich diese
widersprechen, kann dies zu Verschiebungen der Wahrnehmung, wie
z.B. bei der Bauchrednerillusion, führen. Meist hilft aber die
Integration multisensorischer Informationen Verhaltensleistungen zu
verbessern. So werden verkürzte Reaktionszeiten oder erhöhte
Stimulusdetektionsleistungen beobachtet. Die Kombination redundanter
sensorischer Information erfolgt oft Bayes-optimal, das heißt, dass
Informationskanäle entsprechend ihrer Zuverlässigkeit gewichtet
integriert werden. Auf neuronaler Ebene werden in multisensorischen
Situationen verstärkte Antworten, reduzierte Antwortlatenzen oder eine
präzisere Phasenkopplung an periodische Stimuli beobachtet. Wie
Information von parallelen Informationskanälen kombiniert wird, ist auf
Verhaltensebene in einer Vielzahl von Studien untersucht
worden. Mathematische und phänomenologische Modelle wurden entwickelt
um die Gesetzmäßigkeiten zu beschreiben. Die Verknüpfung von Theorie
und Physiologie bzw. den zellulären Verarbeitungsmechanismen ist
allerdings noch schwach. Es fehlt vor allem an intrazellulären
Ableitungen, die es erlauben über die Analyse des neuronalen
Ausganssignals (den Aktionspotentialfolgen oder Feuerraten)
hinausgehend auch die konkrete Integration im unterschwelligen Bereich
zu untersuchen.

Am Beispiel der Kodierung von Kommunikationssignalen, sog. Chirps, im
schwach elektrischen Fisch Eigenmannia virescens wollen wir genau
diese Daten gewinnen. Bei Eigenmannia sind Chirps Modulationen des
selbst generierten elektrischen Feldes, die zur Stimulation aller drei
paralleler elektrosensorischer Informationskanäle führen. Die
Verarbeitung dieser Informationen erfolgt bis zur Ebene des
Mittelhirns getrennt. Im Torus semicircularis (TS), dem Homolog zum
inferioren Colliculus der Säuger, werden diese integriert. Eigene
Studien auf Ebene der Elektrorezeptoren legen nahe, dass die
Integration dieser parallelen Informationskanäle zu besserer Detektion
von Kommunikationssignalen führt. Mittels intrazellulärer in vivo
Elektrophysiologie erhalten wir Zugang sowohl zu den Ausgangssignalen
als auch den unterschwelligen Potentialen integrierender Neurone im
TS. Damit können wir die prä- als auch die postsynaptischen Antworten
charakterisieren und deren Integration analysieren.

In diesem Projekt werden wir offene Fragen bezüglich der Kodierung von
Kommunikationssignalen in über Informationskanäle integrierenden und nicht-integrierenden Zellen in Hinter-
und Mittelhirn beantworten. Auf dieser Basis werden wir in
integrierenden Neuronen des TS analysieren, welche unterschwelligen
Mechanismen an der Integration paralleler Informationskanäle beteiligt
sind und diese im Kontext der Theorien zur mutlisensorischen
Integration bewerten.