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Olfaktorische Kodierung

Bernstein Kooperation für Computational Neuroscience (BCOL)

Teilprojekt 1: Integration von Ansätzen aus der experimentellen Neurobiologie und der theoretischen Neurobiologie

Die Duftkodierung muss in Tieren mehrere Aufgaben erfüllen: Einerseits müssen Düfte genau identifiziert werden, um Duftquellen zuverlässig wieder erkennen zu können. Andererseits muss die Identität eines Duftes ausreichend flexibil bewertet werden, damit natürliche Veränderungen der Düfte berücksichtigt werden können. Im Projekt wird die theoretische Kapazität des olfaktorischen Systems quantitativ erörtert. Dazu werden experimentelle und theoretische Ansätze kombiniert, um die Gehirnleistungen bei der Duftverarbeitung zu verstehen. In experimentellen Ansätzen werden duftevozierte Aktivitätsmuster im Gehirn von Honigbienen mit Imaging-Methoden in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung aufgenommen. Erwartet wird, dass die Daten erstmals ermöglichen, ein komplexes olfaktorisches System über seine informationstragenden Kanäle (den Glomeruli) charakterisieren zu können. Extrapolationen aus diesen Modellen und die Analyse der Kapazitätsgrenzen werden neue Sichtweisen auf die Funktionsweise des Gehirns bei der Informationsverarbeitung erzeugen und einen neuen Blick auf die Arbeitsweise des Gehirns erlauben.

Teilprojekt 2: Die Pilzkörper der Honigbiene

Das olfaktorische System der Insekten ist ein ideales Modell, um natürliche neuronale Netze in ihrer Vollständigkeit - von der sensorischen Kodierung bis zur Kontrolle des Verhaltens - zu verstehen. Die modulare Struktur der Verarbeitungsstufen reicht von den Sinneszellen über die Glomeruli in den Antennalloben zu den Mikroschaltkreisen in den Pilzkörpern. Diese Struktur ist für theoretische Modelle besonders interessant, wenn realistische Simulationen der Gehirnaktivität gesucht werden. Im experimentellen Teil werden Einzelneurone im Antennallobus und in den Pilzkörpern elektrophysiologisch und optophysiologisch charakterisiert und ihre morphologischen Verzweigungen mikroskopisch vermessen. Auf dieser Grundlage werden Modelle des olfaktorischen Systems entwickelt. Diese detailreichen Modelle werden es ermöglichen, die Kodierung von Duftidentität und Duftkonzentration entlang der verschiedenen Stufen der Duftverarbeitung zu verfolgen sowie die Veränderungen, die durch Lernen hervorgerufen werden, zu erfassen. Erwartet wird, dass die Erkenntnisse allgemeine Prinzipien der olfaktorischen Kodierung aufdecken werden, die auch auf den Menschen übertragbar sind.