SANTA BARBARA / LONDON (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie von Forschern der UC Santa Barbara zeigt, dass inhibitorische Neuronen in Fruchtfliegen nicht nur Bewegungen unterdrücken, sondern auch rhythmische Bewegungen erzeugen können. Diese Entdeckung könnte die Entwicklung von Robotik und biomimetischen Designs revolutionieren, indem sie zeigt, wie einfache inhibitorische Regeln komplexe Bewegungen ermöglichen.
In der traditionellen Sichtweise des Gehirns fungieren exzitatorische Neuronen als Gaspedale, die Bewegungen auslösen, während inhibitorische Neuronen als Bremsen wirken, die Bewegungen stoppen. Doch Forscher der UC Santa Barbara haben dieses Verständnis auf den Kopf gestellt. Ihre Studie zeigt, dass ein spezifischer Schaltkreis inhibitorischer Neuronen in Fruchtfliegen tatsächlich die rhythmischen Beinbewegungen erzeugt und koordiniert, die für das Putzen verwendet werden. Durch das strategische ‘Anwenden und Lösen der Bremsen’ auf gegensätzliche Muskeln erzeugen diese Neuronen die Hin- und Herbewegung, die für komplexe, angeborene Verhaltensweisen erforderlich ist.
Diese Forschung nutzte die bahnbrechende Veröffentlichung der vollständigen Gehirnkarte der erwachsenen Drosophila im Jahr 2024, die 50 Millionen Synapsen umfasst. Die Entdeckung, dass rhythmische Bewegungen vollständig durch inhibitorische Signale gesteuert werden können, ohne dass ein dediziertes exzitatorisches ‘Start’-Signal für jede einzelne Gliedmaßenbewegung erforderlich ist, ist besonders bemerkenswert. Diese Erkenntnisse könnten die Robotik und das Design koordinierter mechanischer Gliedmaßen revolutionieren, indem sie zeigen, wie einfache, lokale Inhibitionsregeln komplexe, flüssige Bewegungen erzeugen können.
Ein Großteil der Grundlagenarbeit wurde von UCSB-Studenten geleistet, die jahrelang manuell Neuronen nachzeichneten und Daten überprüften. Die Forscher untersuchen nun, wie diese Schaltkreise es einer Fliege ermöglichen, nahtlos von einem komplexen Verhalten (wie dem Gehen) zu einem anderen (wie dem Putzen) zu wechseln, ohne anzuhalten. Diese Erkenntnisse könnten auch auf komplexere Organismen übertragen werden und bieten potenzielle Anwendungen in der Robotik und der Entwicklung biomimetischer Systeme.
Die Studie zeigt, dass inhibitorische Neuronen, die traditionell als Bewegungsunterdrücker angesehen werden, tatsächlich in der Lage sind, Bewegungen zu erzeugen und zu koordinieren. Diese Neuronen wirken, indem sie die ‘Bremsen’ auf einen Muskel anwenden und gleichzeitig die Bremsen vom antagonistischen Muskel lösen. Da diese Neuronengruppen reziprok verbunden sind, können sie die Abwechslung zwischen Streckung und Beugung induzieren, was zu diesen sich wiederholenden Bewegungen führt. Die Koordination ist eine der Hauptfunktionen dieser Neuronen, die die Sequenz des Bremsens und Lösens bewahren.
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