Neue Forschungsgruppe am caesar: Neural Information Flow

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Der Umriss des Pharynx des Wurmes und die 20 Neuronen des Pharynxnetzwerkes. Die zwei Neuronenpaare die die Engstelle (bottleneck) bilden sind angegeben. | Quelle: Dr. Monika Scholz | Download

Das wissenschaftliche Spektrum des Forschungszentrums caesar in Bonn wächst weiter. Ab sofort nimmt die Max-Planck-Forschungsgruppe „Neural Information Flow“ ihre Arbeit auf. Geleitet wird sie von der Neurowissenschaftlerin Dr. Monika Scholz, welche von der US-Eliteuniversität Princeton in die Bonner Rheinaue wechselt. In ihrer neuen Gruppe „Neural Information Flow“ untersucht sie das Nervensystem des Fadenwurmes C. elegans.

Scholz studierte zwischen 2008 und 2012 Physik in Würzburg und Dresden. 2017 promovierte sie in Biophysik an der renommierten University of Chicago. Ihre Forschungstätigkeit setzte sie anschließend als PostDoc an der Universität Princeton fort. Die zukünftige Arbeit ihrer Gruppe am caesar baut auf ihren langjährigen Studien an C. elegans auf und konzentriert sich auf die grundlegenden Prinzipien von Informationsübertragung und -verarbeitung im Nervensystem von Tieren.

Einfache Gehirnstruktur ermöglicht Antworten auf grundlegende Fragen

Neuronale Netze, sowohl künstliche als auch biologische, erfüllen wichtige Funktionen: Sie helfen bei der Steuerung autonom fahrender Autos, ermöglichen es Erinnerungen zu speichern und kontrollieren Bewegung. Ziel der Neurowissenschaften ist es, zu verstehen, wie das komplizierteste dieser Netzwerke, das menschliche Gehirn, solche Aufgaben löst. Da die Anzahl der menschlichen Neuronen mit ca. 100 Milliarden zu groß ist, greift man im Labor auf einfachere Organismen zurück. Der Evolution ist es zu verdanken, dass die Lösungsstrategien, die ein Fisch oder Wurm nutzt, denen einer Ratte oder eines Menschen ähneln. Experimente mit einfachen Tieren helfen, allgemeine Prinzipien zu entdecken.

C. elegans wurde vor ca. 50 Jahren von Nobelpreisträger Sidney Brenner als Modellorganismus etabliert. Die Würmer fressen Bakterien und Mikroorganismen, welche sie bei der Nahrungssuche in ihrem Umfeld erbeuten. Das Fressverhalten des Wurmes wird von nur 20 Neuronen im Kopf des Wurms kontrolliert – was die Forschung erleichtert.

Im Fokus: die Integration verschiedener Verhalten

Die Futtersuche ist wissenschaftlich besonders interessant. Hier lässt sich erforschen, wie ein Gehirn zwei verschiedene Verhalten miteinander koordiniert: Fressverhalten und Bewegung. Entdeckt ein Wurm eine Bakterienkolonie, verlangsamt er sich und fängt an zu fressen. Dabei muss das Gehirn des Wurmes Informationen verschiedener Art integrieren, zum Beispiel über die Menge und Qualität des Futters und seine derzeitige Geschwindigkeit. Die Fressneuronen müssen mit den Bewegungsneuronen kommunizieren, um beide Verhaltensprozesse zu koordinieren. Für Wissenschaftler eine gute Gelegenheit, diesen Informationstransfer zu erforschen. Da der Wurm transparent ist, lassen sich seine Neurone mit fluoreszierenden Proteinen markieren, die umso stärker leuchten, je aktiver ein Neuron ist. Spezielle Mikroskope zeichnen die neuronale Aktivität auf. Da die Architektur des Hirns von C. elegans (Konnektom) bekannt ist, lassen sich die erhobenen Daten mithilfe von Modellen aus der Informations- und der Kontrolltheorie interpretieren. Solche Modelle helfen, grundlegende Prinzipien aus den Daten zu extrahieren – um Strategien zu identifizieren, wie das Gehirn Verhalten koordiniert und wichtige von unwichtigen Informationen trennt.

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Über das Forschungszentrum caesar

Das Center of Advanced European Studies and Research (caesar) ist ein Forschungsinstitut in Bonn, das Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Neuroethologie betreibt und die neuronalen Mechanismen untersucht, die Tierverhalten zugrunde liegen. Das Institut wird durch eine gemeinnützige Stiftung privaten Rechts finanziert. Stifter sind die Bundesrepublik Deutschland und das Land Nordrhein-Westfalen. caesar ist eng mit der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) assoziiert und teilt deren wissenschaftliche Prinzipien. Der Präsident der MPG ist Vorsitzender des Stiftungsrates, die caesar-Direktoren sind wissenschaftliche Mitglieder der MPG.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Monika Scholz
Max Planck Forschungsgruppenleiterin
„Neural Information Flow“
E-Mail: monika.scholz@caesar.de

Weitere Informationen:
https://www.caesar.de/de/forschung/forschungsgruppen/neural-information-flow/research-focus-nif-de.html Zur Website der Forschungsgruppe