Sakkadische Unterdrückung: von Zebrafischen zu Primaten

01.03.2020 bis 28.02.2023

Für sich bewegende Organismen bringt die aktive Sinneswahrnehmung eine Vielzahl an Vorteilen für die Informationsverabeitung mit sich. Allerdings führt die Bewegung eines Sensors, wie z.B. der Augen für die visuelle Modalität, unausweichlich zu Komplikationen bei der Verarbeitung der eingehenden sensorischen Datenströme. Denn während der aktiven Sinneswahrnehmung kann der Organismus Informationen wahrnehmen, die durch die Bewegung des Sensors entstehen, und nicht das Ergebnis eines echten eingetretenen Ereignisses in der Außenwelt sind. In diesem Projekt wollen wir das aktive Sehen im Rahmen von Augenbewegungen untersuchen. Der Fokus liegt hierbei auf der „sakkadischen Unterdrückung“, einem robusten Wahrnehmungsphänomen, bei dem die Wahrnehmungsschwellen für kurzlebige, visuelle Reize dramatisch erhöht sind, wenn diese Reize in zeitlicher Nähe zu sakkadischen Augenbewegungen auftreten. Trotz der Robustheit dieses Phänomens konnten die Mechanismen und Ursprünge bisher nicht zufriedenstellend aufgeklärt werden und die diesbezüglichen Debatten halten an. Wir beabsichtigen, die sakkadische Unterdrückung aus der Perspektive der evolutionären Konvergenz und Optimierung heraus zu erforschen. Hierzu werden wir zwei evolutionär weit entfernte Spezies verwenden: Zebrafische und nicht-menschliche Primaten. Während bei letztgenannten das Phänomen bereits untersucht wurde ist es bei Zebrafischen gänzlich
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unerforscht. Wir werden die bekannten Ähnlichkeiten der okulomotorischen Systeme beider Spezies nutzen, um die Existenz einer sakkadischen Unterdrückung in Zebrafischen zu erkunden. Der Fokus liegt hierbei auf dem optische Tektum (OT) bei Fischen und dem homologen Superior Colliculus (SC) der Säugetiere. Das OT einer Zebrafischlarve enthält nur wenige tausend Neurone, deren sakkadenabhängige Veränderungen visueller Antworten wir zunächst charakterisieren und dann mit dem Konzept der effizienten sensomotorischen Informationsschätzung in Verbindung bringen werden. Gemäß diesem Konzept teilt das OT die zur Verfügung stehenden Ressourcen auf die Bewegungskontrolle und die visuelle Wahrnehmung auf. Wir werden unsere Ergebnisse nutzen, um quantitative, prädiktive Schätzungen über die Leistungsgrenzen des visuellen Systems mit und ohne Sakkaden bei beiden Spezies zu erhalten. Die Identifizierung beteiligter anatomisch und funktionell definierter Zebrafisch-Zelltypen wird dazu beitragen, offene Fragen bezüglich der sakkadischen Unterdrückung bei Primaten zu klären. Unser Ansatz ist einzigartig, da das gleiche wissenschaftliche Personal in enger Zusammenarbeit zweier benachbarter Labore direkt mit beiden Spezies arbeiten wird. Wir erwarten, dass unsere Untersuchung des aktiven Sehens im OT des Zebrafischs transformativ für das Feld sein könnte, da wir die aufgedeckten anatomischen und funktionellen Schaltkreismechanismen nutzen werden, um lang anhaltende Debatten über die Beteiligung des SC der Säugetiere an der sakkadischen Unterdrückung zu klären.