Neue Nachwuchsgruppe am Biozentrum

Wie steuert das Gehirn flexibles, kontextabhängiges Verhalten? Um in einer sich stetig verändernden Welt überleben zu können, müssen Tiere wie Menschen in der Lage sein, ihr Verhalten flexibel an unterschiedlichste Situationen und Bedürfnisse anzupassen. Zum Beispiel sieht das erste Stück Kuchen beim Kaffee mit den (Groß-) Eltern meistens sehr lecker aus, und wird dankend angenommen, während das vierte Stück tendenziell eher abgelehnt wird. Dieses Beispiel illustriert, dass ein externer Stimulus kontexabhängig zu unterschiedlichen Reaktionen führen kann. Trotz der Tatsache, dass alle Tiere und Menschen solche Flexibilität an den Tag legen, sind die neuronalen Mechanismen, die ihr zu Grunde liegen, weitgehend unbekannt.

Jan M. Ache und sein Team erforschen die neuronalen Mechanismen, die es dem Nervensystem erlauben, externe Stimuli flexibel zu verarbeiten, um adäquate, situationsangepasste Verhaltensreaktionen zu produzieren. Dabei interessieren sie sich besonders für den Einfluss von internen Zuständen, wie zum Beispiel Hunger, Müdigkeit, oder aber den Verhaltenskontext auf die Wahl von Verhaltensmustern. Als experimentelles Modellsystem nutzen sie die Taufliege, Drosophila melanogaster, die trotz ihres winzigen Gehirns in der Lage ist, eine Vielzahl variabler Verhaltensmuster zu erzeugen und flexibel auf ihre Umwelt zu reagieren. Drosophila ist für diese Fragestellung besonders gut geeignet, da ihr Nervensystem mit Hilfe eines umfassenden genetischen Baukastensystems manipuliert werden kann. Dies ermöglicht es zum Beispiel durch den Einsatz genetisch kodierter Aktivitätssensoren dem Gehirn beim Denken zuzuschauen, während die Fliege bestimmte Verhaltensmuster selektiert und erzeugt. Außerdem ist es mit Hilfe dieser genetischen Veränderungen möglich, neuronale Schaltkreise zu manipulieren um zu testen, welche Nervenzellen für bestimmte Prozesse eine besonders wichtige Rolle spielen. Die Kombination dieser Ansätze macht eine mechanistische Analyse der neuronalen Grundlagen flexiblen Verhaltens möglich. 

Methodisch wird die Nachwuchsgruppe vor allem in-vivo patch-clamp-Ableitungen sowie Calcium-imaging mit der (opto-) genetischen Manipulation des Nervensystems kombinieren. Auf diese Weise können grundlegende Mechanismen flexibler Verhaltenssteuerung entschlüsselt werden.