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Max-Planck-Forschungsgruppe: Sensomotorische Kontrolle

Sensomotorische Kontrolle

Computersimulationen bieten uns erstaunlich realistische Fahrerlebnisse – zum Beispiel in einer Autosimulation. Dabei verändert sich das Umgebungsbild auf dem Bildschirm abhängig davon, wie stark wir das Lenkrad vor uns nach rechts oder links bewegen. Stellen wir uns nun vor, dass sich die Spielregeln ändern und wir das Lenkrad doppelt so weit nach links drehen müssen, um den gleichen Effekt zu erzielen. Es dauert nicht lange und das Gehirn passt sich an die neuen Regeln an – die Fahrt verläuft so zügig wie zuvor. Wie schafft das Gehirn diese Anpassung?

Wir möchten dieser Frage auf den Grund gehen und untersuchen dazu das Gehirn eines kleinen, durchsichtigen Wirbeltiers, der Zebrafischlarve. Genau wie wir vor einem Bildschirm sitzen und Computerspiele spielen, kann eine Zebrafischlarve vorübergehend in ein Gel eingebettet werden, sodass sie einen Bildschirm betrachtet. Die Schwanzflosse des Fisches bleibt frei beweglich. So kann sie der Fisch weiterhin so bewegen, als würde er schwimmen oder sich drehen. Selbstprogrammierte Software zur Bild-Analyse-Software ermöglicht es, dass der Fischschwanz zum "Joy-Stick" umfunktioniert wird: Bewegt sich dieser nach links, kann das Bild auf dem Bildschirm so verändert werden, als hätte sich der Fisch tatsächlich nach links bewegt. Auf diese Weise erschaffen wir einen virtuellen „Schwimmsimulator“ für den Fisch. Dies erlaubt es uns auch die Regeln zu verändern, nach denen die Bewegungen des Fisches in Veränderungen am Monitor übersetzt werden. Mit diesem Versuchsaufbau können wir erforschen, wie der Fisch lernt mit neuen Regeln umzugehen. Regeln, dank derer der Fisch mit seiner Umwelt interagieren kann.

Wie können wir dieses Lernen im Fischgehirn untersuchen? Heute steht eine Reihe genetischer Werkzeuge zur Verfügung, mit denen fluoreszierende Proteine in Nervenzellen im Fischgehirn eingeschleust werden können. Unter dem Mikroskop leuchten diese Proteine auf, sobald eine Nervenzelle aktiv wird. So wird die Aktivität im Fischgehirn sichtbar, wann immer der Fisch die Bildschirm-"Welt" beobachtet, auf das Gesehene reagiert und lernt, mit neuen Regeln umzugehen. Wir können sprichwörtlich sehen, wie der Fisch "denkt" und "lernt".

Obwohl wir die Analogie zu Computerspielen nutzen, ist das Spielen dieser Spiele nicht das Ziel unserer Forschung. Fast pausenlos verbessert unser Körper (Bewegungs)Abläufe je nachdem, ob das zuvor Getane erfolgreich war oder nicht. So müssen wir uns beispielsweise während unseres Wachstums an die neue Körpergröße und -stärke gewöhnen, nach einer Verletzung unsere Bewegungen neu justieren oder Bewegungen verfeinern, wenn wir lernen zu Laufen, ein Musikinstrument zu spielen oder für Sport trainieren.

Ziel unserer Forschung ist es daher zu verstehen, wie ein Sinneseindruck in die Berechnung von Nervennetzwerken einfließt, während diese eine Tätigkeit steuern (sensomotorische Integration) und wie diese Information verwendet wird, um ein Verhalten und seine Ausführung zu verbessern (motorisches Lernen).

 
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