Bernstein Fokus Lernen - Insekten inspirieren Roboter: Integration of memory, situational value, and behaviour options in Drosophila (01GQ1342)
Projektleiter:
Finanzierung:
Bund;
Folgeprojekt zu 01GQ0942
Wir untersuchen, wie eine einfache Entscheidung, charakterisiert durch die Integration des 'Dreiklangs' aus (i) einer aktivierten Gdächtnisspur, (ii) einer Bewertung der gegenwärtigen Situation und (iii) der dem Tier offen stehenden Verhaltensweisen, neuronal organisiert ist, und wie eine solche Entscheidung sich in einem rechnerischen Modell abbilden lässt. Wir bearbeiten diese Frage anhand der Entscheidung larvaler Drosophila ein bereits angelegtes Gedächtnis für die Verknüpfung eines Duftes mit einer Futterbelohnung in gelerntes Verhalen umzusetzen - oder dies eben gerade nicht zu tun.
Gedächtnis und Situation
Aufgrund unserer eigenen Vorarbeiten gehen wir davon aus, dass die Gedächtnisspur für die Verknüpfung eines Duftreizes mit einer Zuckerbelohnung in den sog. Pilzkörpern lokalisiert ist. Die Art und Weise, wie die Duftinformation an die Pilzkörper weitergeleitet wird, ist weitgehend bekannt. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Janelia Farm Research Campus des Howard Hughes Medical Institute (Ashburn, VA, USA) untersuchen wir, genau welche Zellen die Belohnungsinformation zu den Pilzkörpern übertragen, und welche Nervenzellen am Abruf der Gedächtnisspur beteiligt sind. Zu diesem Zweck sind sowohl umfangreiche Verhaltensexperimente wie auch eine detaillierte, ultrastrukturelle (i. e. elektronenmikroskopische) Aufklärung der Verbindungen zwischen den beteiligten Nervenzellen notwendig. Die durch die Zusammenarbeit mit der Janelia Farm möglich gewordene Präzision dieser Analysen ist besonders zu begrüßen - macht aber auch hinsichtlich des Verhaltens und der ultrastrukturellen Arbeiten viel freudige, zusätzliche Mühe.
Diese Studien geben Aufschluss darüber, wie erfahrungsabhängige Veränderungen an genau bestimmten Orten eines Schaltkreises für angepasste Verhaltensänderungen sorgen können.
Verhalten
Wir werden detaillierte Analysen der Bewegungsmuster von trainierten gegenüber untrainierten Larven durchführen, um die spezifischen 'Verhaltensmodule' zu identifizieren, die durch das Lernen verändert werden. So erfahren wir, welche 'Verhaltensmodule' dann in einem Roboter modifiziert werden sollten.
Modellbildung
Wir werden prüfen, ob Gleichungen von Lernmodellen des Rescorla-Wagner-Typs verwendet werden können, um die Entscheidung der Larven hinsichtlich der Frage 'Sollte eine konditionierte Reaktion gezeigt werden - oder nicht?' zu beschreiben. Dabei wird eine zentrale Rolle spielen, ob und wie sich die entsprechenden rechnerischen Vorgänge auf die experimentell aufgeklärten Schaltkreise abbilden lassen.
Wir untersuchen, wie eine einfache Entscheidung, charakterisiert durch die Integration des 'Dreiklangs' aus (i) einer aktivierten Gdächtnisspur, (ii) einer Bewertung der gegenwärtigen Situation und (iii) der dem Tier offen stehenden Verhaltensweisen, neuronal organisiert ist, und wie eine solche Entscheidung sich in einem rechnerischen Modell abbilden lässt. Wir bearbeiten diese Frage anhand der Entscheidung larvaler Drosophila ein bereits angelegtes Gedächtnis für die Verknüpfung eines Duftes mit einer Futterbelohnung in gelerntes Verhalen umzusetzen - oder dies eben gerade nicht zu tun.
Gedächtnis und Situation
Aufgrund unserer eigenen Vorarbeiten gehen wir davon aus, dass die Gedächtnisspur für die Verknüpfung eines Duftreizes mit einer Zuckerbelohnung in den sog. Pilzkörpern lokalisiert ist. Die Art und Weise, wie die Duftinformation an die Pilzkörper weitergeleitet wird, ist weitgehend bekannt. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Janelia Farm Research Campus des Howard Hughes Medical Institute (Ashburn, VA, USA) untersuchen wir, genau welche Zellen die Belohnungsinformation zu den Pilzkörpern übertragen, und welche Nervenzellen am Abruf der Gedächtnisspur beteiligt sind. Zu diesem Zweck sind sowohl umfangreiche Verhaltensexperimente wie auch eine detaillierte, ultrastrukturelle (i. e. elektronenmikroskopische) Aufklärung der Verbindungen zwischen den beteiligten Nervenzellen notwendig. Die durch die Zusammenarbeit mit der Janelia Farm möglich gewordene Präzision dieser Analysen ist besonders zu begrüßen - macht aber auch hinsichtlich des Verhaltens und der ultrastrukturellen Arbeiten viel freudige, zusätzliche Mühe.
Diese Studien geben Aufschluss darüber, wie erfahrungsabhängige Veränderungen an genau bestimmten Orten eines Schaltkreises für angepasste Verhaltensänderungen sorgen können.
Verhalten
Wir werden detaillierte Analysen der Bewegungsmuster von trainierten gegenüber untrainierten Larven durchführen, um die spezifischen 'Verhaltensmodule' zu identifizieren, die durch das Lernen verändert werden. So erfahren wir, welche 'Verhaltensmodule' dann in einem Roboter modifiziert werden sollten.
Modellbildung
Wir werden prüfen, ob Gleichungen von Lernmodellen des Rescorla-Wagner-Typs verwendet werden können, um die Entscheidung der Larven hinsichtlich der Frage 'Sollte eine konditionierte Reaktion gezeigt werden - oder nicht?' zu beschreiben. Dabei wird eine zentrale Rolle spielen, ob und wie sich die entsprechenden rechnerischen Vorgänge auf die experimentell aufgeklärten Schaltkreise abbilden lassen.
Schlagworte
Drosophila, Roboter, Verhalten
Kontakt
Prof. Dr. Bertram Gerber
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Naturwissenschaften
Brenneckestraße 6
39118
Magdeburg
Tel.:+49 391 626392261
weitere Projekte
Die Daten werden geladen ...