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Neuronal dynamics governing behavior in Caenorhabditis elegans
Harris Kaplan
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Manuel Zimmer
DOI
10.25365/thesis.57702
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10773.40315.150062-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Tierverhalten ist eines der faszinierendsten und geheimnisvollsten Themen der Biologie. Die Erzeugung von Verhalten wird weithin als eine primäre Funktion des Nervensystems angesehen, dennoch bleibt unklar, wie das Gehirn die Bewegungen in ein angemessenes, organisiertes Verhalten koordiniert. In dieser Arbeit beschäftige ich mich damit, indem ich die unterschiedliche Hirndynamik beschreibe, die dem Verhaltensrepertoire des Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans) zugrunde liegt. Ich habe die neuronale Aktivität während des Verhaltens mit genetisch kodierten Kalziumindikatoren aufgezeichnet, die in bestimmten neuronalen Klassen von Interesse exprimiert wurden; die Kombination dieser Ergebnisse mit Daten aus hirnweiten Aufzeichnungen der neuronalen Aktivität bei immobilisierten Tieren ergab zwei Hauptprinzipien des Nervensystems des Wurms. Erstens wird die grundlegende Handlungssequenz des Wurms durch eine niedrigdimensionale neuronale Populationsdynamik bestimmt. Dieser Befund, der aufgrund der numerischen Einfachheit des Wurmgehirns unvorhergesehen war, etablierte den Wurm als potenzielles Modellsystem für die neuronale Populationsdynamik, wie sie beispielsweise bei Insekten und Säugetieren das Verhalten beeinflussen soll. Zweitens habe ich die oben genannten Techniken mit quantitativer Verhaltensanalyse und gezielter Manipulation spezifischer neuronaler Klassen kombiniert, um zu untersuchen, wie das Gehirn das Verhalten über mehrere Zeiträume hinweg koordiniert. Meine Ergebnisse stützen eine jahrzehntelange Hypothese in der Ethologie: dass das Verhalten auf verschiedenen Zeitskalen hierarchisch organisiert ist. Diese strenge, nicht überlappende, Top-Down-Organisation wird durch verschachtelte neuronale Dynamik erreicht, im Gegensatz zu einer hierarchischen Schaltungsarchitektur. Diese Arbeit zeigt, dass verschachtelte neuronale Dynamik ein wiederholtes dynamisches Motiv des C. elegans Nervensystems ist. Ähnliche Wechselwirkungen neuronaler Aktivität im Mehrzeitbereich wurden bei einer Vielzahl anderer Tiere, einschließlich Säugetiere, beschrieben, aber ihre funktionellen Folgen werden weiterhin diskutiert. Insgesamt bietet diese Arbeit eine detaillierte Darstellung der neuronalen Dynamik, die dem Verhalten von C. elegans zugrunde liegt, mit potenzieller Relevanz für die Funktion des Nervensystems im gesamten Tierreich.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Neuroscience Neuronal dynamics C. elegans
Autor*innen
Harris Kaplan
Haupttitel (Englisch)
Neuronal dynamics governing behavior in Caenorhabditis elegans
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
189 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Thomas Hummel ,
Yun Zhang
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC15391499
Utheses ID
50955
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |