Zusammenfassung: Forscher enthüllten, wie das Gehirn der Fruchtfliege Erinnerungen an vergangene Belohnungen in umsetzbare Verhaltensweisen umwandelt und die Fliege zur Nahrung führt. Eine wichtige Gehirnregion, der Pilzkörper, integriert Geruchsinformationen und weist Gerüchen Werte zu, der Zusammenhang mit motorischen Aktionen war jedoch unklar.
Diese Studie identifiziert eine Ansammlung von Neuronen, sogenannte UpWiNs, die diese Signale verarbeiten und die Fliege dazu bringen, sich gegen den Wind in Richtung der Quelle attraktiver Gerüche zu bewegen. Diese Erkenntnisse bieten ein tieferes Verständnis dafür, wie Erinnerungen das Verhalten durch komplizierte neuronale Schaltkreise beeinflussen.
Wichtige Fakten:
- Fruchtfliegen drehen sich gegen den Wind, um Gerüche aufzuspüren, geleitet von Erinnerungen an vergangene Belohnungen.
- Der Pilzkörper im Fliegengehirn verarbeitet Gerüche und ordnet ihnen positive oder negative Werte zu.
- Ein neu identifizierter Neuronencluster, UpWiNs, spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung dieser Geruchserinnerungen in Aufwindbewegungen.
Quelle: HHMI
Neue Forschungen von Janelia-Wissenschaftlern und Mitarbeitern an der University of North Carolina in Chapel Hill zeigen, wie eine Gruppe von Neuronen im Gehirn der Fruchtfliege Erinnerungen an vergangene Belohnungen in Handlungen umwandelt und der Fliege so hilft, sich auf der Suche nach Nahrung zurechtzufinden.
Wie andere Insekten drehen sich Fliegen in den Wind oder gegen den Wind, um die Quelle attraktiver Gerüche zu lokalisieren. Das Geruchssystem der Fliege erkennt und spürt Gerüche, die der Wind mit sich bringt, und führt die Fliege so zur Belohnung.
In der Fliege verarbeitet und integriert eine Gehirnregion namens Pilzkörper Geruchsinformationen. Mehrere Kompartimente im Pilzkörper wirken parallel, um einem Geruchsreiz positive oder negative Werte zuzuordnen. Wie diese Signale jedoch in motorische Aktionen umgesetzt werden, ist unbekannt.
Die neue Forschung zeigt, dass Belohnungsgedächtnisse, die in verschiedenen Kompartimenten des Pilzkörpers gebildet werden, unterschiedliche Verhaltensweisen hervorrufen, wobei nur einige davon die Aufwärtsbewegung der Fliege antreiben. Die Studie identifiziert eine Gruppe von Neuronen – Upwind Neurons oder UpWiNs – die hemmende und erregende Eingaben aus diesen Kompartimenten integrieren und so dazu führen, dass sich die Fliege dreht und in den Wind bewegt.
Die neue Forschung liefert Erkenntnisse darüber, wie erlernte positive und negative Werte nach und nach in konkrete gedächtnisgesteuerte Handlungen umgewandelt werden. Den Forschern zufolge senden die UpWiNs auch erregende Signale an dopaminerge Neuronen, um Lernen höherer Ordnung zu ermöglichen.
Diese Ergebnisse helfen zu erklären, wie parallele dopaminerge Neuronen und Gedächtnissubsysteme interagieren, um gedächtnisbasierte Aktionen und Lernen auf der Ebene einzelner neuronaler Schaltkreise zu steuern.
Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung
Autor: Nanci Bompey
Quelle: HHMI
Kontakt: Nanci Bompey – HHMI
Bild: Das Bild stammt von Neuroscience News
Ursprüngliche Forschung: Offener Zugang.
„Neuronale Schaltkreismechanismen zur Umwandlung erlernter olfaktorischer Valenzen in windorientierte Bewegung“ von Yoshinori Aso et al. eLife
Abstrakt
Neuronale Schaltkreismechanismen zur Umwandlung erlernter olfaktorischer Valenzen in windorientierte Bewegung
Es ist kaum bekannt, wie das Gehirn Erinnerungen nutzt, um zukünftiges Handeln zu steuern. Beim olfaktorischen assoziativen Lernen bei Drosophila agieren mehrere Kompartimente des Pilzkörpers parallel, um einem Reiz eine Wertigkeit zuzuweisen.
Hier zeigen wir, dass appetitliche Erinnerungen, die in verschiedenen Fächern gespeichert sind, unterschiedliche Grade der Fortbewegung gegen den Wind induzieren.
Mithilfe eines Photoaktivierungsbildschirms einer neuen Sammlung von Split-GAL4-Treibern und EM-Connectomics haben wir eine Gruppe von Neuronen identifiziert, die postsynaptisch zu den Pilzkörper-Ausgabeneuronen (MBONs) liegen und eine robuste Aufwindsteuerung auslösen können.
Diese UpWind-Neuronen (UpWiNs) integrieren hemmende und erregende synaptische Eingaben von MBONs appetitanregender bzw. aversiver Gedächtniskompartimente. Nach der Bildung des Appetitgedächtnisses reagieren UpWiNs verstärkt auf belohnungsvorhersagende Gerüche, während die Reaktion des hemmenden präsynaptischen MBON eine Depression erfährt.
Das Blockieren von UpWiNs beeinträchtigte das Appetitgedächtnis und verringerte die Fortbewegung gegen den Wind beim Apportieren. Die Photoaktivierung von UpWiNs erhöhte auch die Chance, an einen Ort zurückzukehren, an dem die Aktivierung beendet wurde, was auf eine zusätzliche Rolle bei der olfaktorischen Navigation schließen lässt.
Somit geben unsere Ergebnisse Aufschluss darüber, wie erlernte abstrakte Valenzen durch divergente und konvergente Netzwerke, eine neuronale Architektur, die häufig im Gehirn von Wirbeltieren und Wirbellosen zu finden ist, schrittweise in konkrete gedächtnisgesteuerte Aktionen umgewandelt werden.