Ausbreitung eines Kalziumsignals in einer Nervenzelle des Fliegenhirns
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Simulation zur Messung der Aktivität bewegungssensitiver Nervenzellen im Fliegenhirn

Blitzschnell können Fliegen ihre Flugbahn korrigieren, wenn plötzlich Hindernisse auftauchen – sehr zum Ärger all jener, die die lästigen Brummer mit einem Handstreich zu vertreiben suchen. Gerade mal 60 Nervenzellen in den optischen Zentren jeder Hirnhälfte, den so genannten Lobula-Platten, verrechnen die Bewegungsreize und geben die entsprechenden Signale an den Flugmotor weiter. Die Forscher können die großen Tangentialzellen der Stubenfliege dabei gezielt mit der Elektrode anstechen und elektrisch ableiten. Darüber hinaus lassen sie sich auf diesem Wege auch mit einem fluoreszierenden Farbstoff beladen. Im vorliegenden Fall handelt es sich um den Kalziumindikator Calcium Green. In der Zelle frei werdendes Kalzium bindet an den Farbstoff und lässt ihn fluoreszieren. Die Intensität des Fluoreszenzsignals wird gemessen und in eine entsprechende Farbkodierung übersetzt: Sie zeigt dann von blau über grün, gelb und rot die steigende Kalziumkonzentration an. Da das Kalzium gleichzeitig Auskunft gibt über die elektrische Aktivität der Zelle, können die Forscher das Aktivitätsmuster der Zelle auch räumlich auswerten.

Informationen über Bewegungen in der Senkrechten werden von den so genannten Vertikalzellen in der Lobula-Platte verarbeitet. Eine solche Vertikalzelle lässt sich stimulieren, indem man vor dem Auge der Fliege einen schwarzer Balken auf einem Monitor von oben nach unten laufen lässt. Diese Abwärtsbewegung entspricht der so genannten Vorzugsrichtung der Zelle und löst ein positives elektrisches Signal aus, welches die Forscher über die Ableitelektrode erfassen. In diesem Fall wird die Nervenzellmembran depolarisiert. Gleichzeitig steigt die Kalziumkonzentration an, aber immer nur lokal an jenen dendritischen Verzweigungen, die mit der aktuellen Position des sich bewegenden Balkens im visuellen Feld der Fliege korrespondieren. Deswegen laufen die Farbveränderungen in der Simulation entlang des Dendritenbaumes quasi von oben links nach unten rechts. Bei Bewegungsumkehr, also einer Aufwärtsbewegung des Balkens, wird die Nervenzelle hyperpolarisiert und es gibt kein signifikantes Kalziumsignal.