Teilprojekt eines Verbundes

DrosoExpect - Verstärkungslernen und -erwartung bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster

Das BMBF ist Partner der multilateralen Förderinitiative „Collaborative Research in Computational Neuroscience (CRCNS)“ der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF). In diesem Rahmen fördert das BMBF den deutschen Partner in gemeinsamen Projekten deutscher und amerikanischer Forschungsgruppen.

Im Verbundprojekt DrosoExpect arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Neurobiologie und der Universität Köln mit einer amerikanischen Arbeitsgruppe an der Arizona State University und einer französischen Arbeitsgruppe am Paris-Saclay Insitute of Neuroscience zusammen.

Im Vergleich zum Menschen bestehen die Gehirne von Insekten aus sehr viel weniger Nervenzellen – und doch hat die jüngste Forschung eine verblüffende Komplexität der neuronalen Schaltkreise im Insektengehirn aufgedeckt. Ziel von DrosoExpect ist es, Vorstellungen aus der Lernpsychologie auf diese neu entdeckten Schaltkreise abzubilden. Bisher hat man sich z. B. weitgehend darauf konzentriert, was Tiere lernen, wenn sie eine Belohnung oder Bestrafung erhalten, wie im Falle der bekannten Pawlowschen Lernexperimente mit Hunden. Im Gegensatz dazu wollen die Forscher von DrosoExpect untersuchen, wie Insekten erlernen, unter welchen Umständen sie keine Belohnung oder Bestrafung erhalten (engl. conditioned inhibition). Anatomische und verhaltensbiologische Arbeiten werden mit der optogenetischen Kontrolle belohnender oder bestrafender Nervenzellen im Gehirn kombiniert und in ein realistisches computergestütztes Modell der Verhaltenssteuerung überführt. Das Projekt wird so Einblicke in die Fähigkeit des zahlenmäßig einfachen und doch hochkomplex verschalteten Gehirns der Fruchtfliege liefern und so als Beispiel 'biologischer Intelligenz' dienen.

Teilprojekte

Experimentelle Arbeiten

Förderkennzeichen: 01GQ2103B
Gesamte Fördersumme: 178.948 EUR
Förderzeitraum: 2022 - 2025
Projektleitung: Prof. Bertram Gerber
Adresse: Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN)
Brenneckestr. 6
39118 Magdeburg

Experimentelle Arbeiten

Insekten haben Gehirne - wie sonst würden Ameisen oder Bienen nach Hause finden oder eine Fliege uns entkommen? Im Vergleich zum Menschen bestehen ihre Gehirne aber aus sehr viel weniger Nervenzellen - und doch hat die jüngste Forschung eine verblüffende Komplexität der neuronalen Schaltkreise im Insektengehirn aufgedeckt. Wozu ist all diese Komplexität gut? Ziel ist es daher, Vorstellungen aus der Lernpsychologie auf diese neu entdeckten Schaltkreise abzubilden. Bisher hat man sich z. B. weitgehend darauf konzentriert, was diese Tiere lernen wenn sie eine Belohnung oder Bestrafung erhalten, ganz wie im Falle der bekannten Pawlowschen Lernexperimente mit Hunden. Im Gegensatz dazu soll untersucht werden wie Insekten erlernen unter welchen Umständen sie eine Belohnung oder Bestrafung eben gerade nicht erhalten (engl. conditioned inhibition). Anatomische und verhaltensbiologische Arbeiten werden mit der optogenetischen Kontrolle belohnender oder bestrafender Nervenzellen im Gehirn kombiniert und in ein realistisches computergestütztes Modell der Verhaltenssteuerung überführt. Das Projekt wird so Einblicke in die Fähigkeit des zahlenmäßig einfachen und doch hochkomplex verschalteten Gehirns der Fruchtfliege liefern und so als Beispiel 'biologischer Intelligenz' dienen. Die erarbeiteten Computermodelle können dann als Vorbild für eine effektive und energieeffiziente Verhaltenssteuerung herangezogen werden, was eine Entwicklung gleichermaßen 'intelligenter' autonomer Roboter inspirieren kann. Die experimentellen Arbeiten werden unter Federführung von Prof. Bertram Gerber am Leibniz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg durchgeführt, die computergestützten Modellierungen werden von Prof. Martin Nawrot an der Universität zu Köln angeleitet. Wissenschaftlicher Verbundpartner ist Prof. Brian H. Smith von der Arizona State University, USA, Kooperationspartnerin ist Dr. Tihana Jovanic vom Institut Pasteur in Paris, Frankreich.