In diesem Projekt untersuchen wir welche Sinneseindrücke Drosophila Larven lernen können. Durch die Etablierung von umfangreichen Verhaltenstests analysieren wir die belohnenden und bestrafenden Eigenschaften dieser Stimuli und die Beständigkeit der etablierten Gedächtnisformen.

Larvenlernen

Larvenlernen

Vorhaben

Seit mehr als 50 Jahren wird Drosophila melanogaster als Modellsystem zur Untersuchung des assoziativen Duftlernens und Gedächtnisses eingesetzt. Anfänglich wurde Drosophila als Organismus verwendet, der einen einfachen Zugang zu Genen ermöglichte. In den letzten Jahrzehnten wurde jedoch verstärkt Wert auf die Entwicklung neurogenetischer Werkzeuge gelegt. Folglich bietet Drosophila heute die Möglichkeit molekulare Genetik mit der neurowissenschaftlichen Systemanalyse zu integrieren.

Verschiedene Faktoren habe auch die Drosophila Larve zu einem geeignetem Modellorganismus in der neurowissenschaftlichen Forschung gemacht:

  1. Das larvale Gehirn besteht nur aus ca 10.000 Nervenzellen.
  2. Robuste Verhaltenstests sind verfügbar.
  3. Transgene Techniken sind etabliert, die die Manipulation von einzelnen Nervenzellen erlauben.
  4. Eine vollständige Rekonstruktion aller Nervenzellen und synaptischen Verbindungen ist zeitnah verfügbar.


Vorgehen

In einem standardisierten Verhaltensversuch erhalten die Larven ein zweigeteiltes reziprokes Training: Eine erste Gruppe an Larven wird zusammen mit einem Belohnungsreiz oder Bestrafungsreiz (unkonditionierter Stimulus - US) einem Duft A ausgesetzt (konditionierter Stimulus 1 - CS1). Anschließend werden die Tiere Duft B ausgesetzt (konditionierter Stimulus 2 - CS2) ohne gustatorischem Reiz. Parallel erhält eine zweite Gruppe von Larven ein reziprokes Training: Duft A ohne gustatorischen Reiz und anschließend Duft B mit gustatorischer Belohnung. Im folgenden werden beide Gruppen auf ihre Präferenz für Duft A und Duft B getestet. Eine erhöhte Vorliebe für den belohnten Duft bedeutet dabei assoziatives Lernen - dargestellt als Performance Index (PI). In aktuellen Experimenten soll nun analysiert werden, welche Stimuli die Larve als Belohnung (z.B Zucker, Ethanol, Aminosäuren) und als Bestrafung (z.B Salz, Bitterstoffe, hohe Temperaturen) wahrnimmt.


Ziel

Ziel dieses Projekts ist es durch die Variation einzelner Parameter zu testen, wie groß und welcher Art die Lernkapazität der Drosophila Larve ist: Was kann die Larve mit ihrem einfachen Gehirn alles lernen? Wie lange kann sich die Larve Dinge merken? Kann eine Larve verschiedene Dinge gleichzeitig lernen?

Publikationen

  • Appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae
    Apostolopoulou AA, Widmann A, Rohwedder A, Pfitzenmaier JE, Thum AS.
    J Vis Exp. 2013 Feb 18;(72):4334.
    DOI: 10.3791/4334
  • Reversal learning in Drosophila larvae
    Mancini N, Hranova S, Weber J, Weiglein A, Schleyer M, Weber D, Thum AS, Gerber B.
    Learn Mem. 2019 Oct 15;26(11):424-435.
    DOI: 10.1101/lm.049510.119
  • Odor-taste learning in Drosophila larvae
    Widmann A, Eichler K, Selcho M, Thum AS, Pauls D.
    J Insect Physiol. 2018 Apr;106(Pt 1):47-54.
    DOI: 10.1016/j.jinsphys.2017.08.004

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