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Forschende der Universität Leipzig haben wichtige Erkenntnisse über die Lernprozesse im Gehirn von Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) gewonnen. In einer neuen, gerade im Fachjournal PNAS veröffentlichten Studie zeigen sie, dass eine bestimmte Klasse von Neuronen, die oktopaminergen Neurone, eine zentrale Rolle beim Lernen spielen. Bei den Fliegen beeinflusst Oktopamin das Belohnungs- und Bestrafungssystem im Gehirn, bei dem Dopamin der zentrale Neurotransmitter ist.
Durch die Oktopamin-abhängige Modulation können die Tiere ihre Erinnerungen besser anpassen, flexibler lernen und neue Informationen berücksichtigen. Das funktioniert ähnlich wie bei Menschen, wenn sie aus Erfahrungen lernen und sich an neue Situationen anpassen.
„Mit speziellen genetischen Methoden konnten wir die oktopaminergen Neurone gezielt aktivieren. Interessanterweise reicht dies schon aus, um sowohl positive als auch negative Erinnerungen zu bilden“, erklärt Samantha Aurich aus der Arbeitsgruppe Tier- und Verhaltensphysiologie. Sie ist eine von drei Doktorandinnen der Universität Leipzig, die Erstautorinnen der Studie sind. Dabei sei entscheidend, wann diese Zellen während des Lernprozesses aktiviert werden: Je nach Zeitpunkt entsteht entweder eine Erinnerung an etwas Gutes (Belohnung) oder an etwas Schlechtes (Bestrafung), betont sie. Die oktopaminergen Neurone wirken dabei wie Schaltzentralen: Sie beeinflussen verschiedene Typen von dopaminergen Neuronen, die dann entweder ein Signal für Belohnung oder für Bestrafung an das Gedächtniszentrum im Gehirn senden. So steuern sie, welche Art von Erinnerung entsteht.
„Früher dachte man, dass dopaminerge Neurone nur für die Vermittlung einer Bestrafung und oktopaminerge Neurone nur für die Vermittlung einer Belohnung zuständig seien. Heute wissen wir aber: Unterschiedliche Typen dopaminerger Neurone sind essenziell bei der Vermittlung von sowohl Belohnungs- als auch Bestrafungsinformation“, sagt Prof. Dr. Andreas Thum der Arbeitsgruppe Genetik. Oktopamin spiele dabei eine wichtige Rolle: „Es beeinflusst diese Vermittlung der Information und steuert so, welche Art von Erinnerung entsteht“, ergänzt Prof. Dr. Dennis Pauls aus der Arbeitsgruppe Tier- und Verhaltensphysiologie.
Diese Erkenntnisse ordnen sich in die bisherige umfangreiche Forschung an der Universität Leipzig zu den neuronalen Grundlagen des Gedächtnisses und Verhaltens der Fruchtfliege ein. Besonders interessiert die Wissenschaftler:innen gerade, wie die Insekten alte Erfahrungen mit ihrem aktuellen physiologischen Zustand verknüpfen, damit sie flexibel auf neue Situationen reagieren können – zum Beispiel, ob sie etwas als gut oder schlecht empfinden. In den vergangenen Jahren hat sich an der Universität Leipzig ein lebendiger und ständig wachsender Schwerpunkt in der Neurobiologie und Neurophysiologie entwickelt. Das zeigt sich beispielsweise im neu gegründeten DFG-Graduiertenkolleg „NeuroTune“, das sich auf die Funktionsweise des Gehirns konzentriert. Es gehört zum Potenzialbereich „Molecular and Cellular Communication“.
Die beteiligten Forschungsteams bringen langjährige Expertise in der Gedächtnisforschung bei Fliegen, der Untersuchung von Botenstoffen im Gehirn (sogenannten Neuromodulatoren) sowie modernen Methoden wie der Optogenetik mit. Außerdem verfügen sie über umfangreiche Erfahrungen in genetischer, molekularer und physiologischer Gehirnforschung. Diese Kombination aus Fachwissen und interdisziplinärer Zusammenarbeit ermöglicht es, komplexe Fragen über das Lernen und Gedächtnis auf einer tiefen, wissenschaftlich fundierten Ebene zu untersuchen. Diese Grundlagenforschung ist eine wichtige Basis für zukünftige Anwendungen wie etwa in der Medizin, bei der Entwicklung neuer Therapien für neurologische Erkrankungen.
Prof. Dr. Dennis Pauls
Institut für Biologie der Universität Leipzig
Telefon: +49 341 97-36776
dennis.pauls@uni-leipzig.de
Prof. Dr. Andreas Stephan Thum
Institut für Biologie der Universität Leipzig
Telefon: +49 341 97-36961
andreas.thum@uni-leipzig.de
"Selective octopaminergic tuning of mushroom body circuits during memory formation", Doi.org/10.1073/pnas.2517403123, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2517403123
https://www.uni-leipzig.de/en/grk-neurotune DFG-Graduiertenkolleg „NeuroTune“
Taufliege
Copyright: Colourbox
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Taufliege
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