Die Entschlüsselung von Verhaltensreaktionen

08.09.2020

Jan Ache ist das neuste Würzburger Mitglied im Emmy-Noether-Programm. Der Neurowissenschaftler will mit seiner Nachwuchsgruppe neue Impulse in der Bewegungsforschung setzen – auch mit internationalen Partnern.

Dr. Jan Marek Ache ist Spezialist für Bewegungsforschung am Biozentrum der Uni Würzburg. (Bild: Kristian Lozina / Universität Würzburg)

Menschen weichen einem heranrasenden Auto reflexartig aus, Mücken einer nahenden Fliegenklatsche. Um auf der Welt überleben zu können, müssen Mensch und Tier in der Lage sein, ihr Verhalten schnell und flexibel an unterschiedliche Situationen anzupassen. Die Schlüsselrolle spielt dabei das Gehirn: Es sucht blitzschnell die passende Antwort auf eine Situation heraus, und der Körper reagiert entsprechend. Doch die neuronale Grundlage für solche Reaktionen ist kaum erforscht. Neurowissenschaftler Jan Marek Ache von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg will hier mit seinem Team neue Akzente setzen – und wurde jetzt dafür in das Emmy-Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) aufgenommen.

Ache leitet seit Ende 2019 eine Nachwuchsgruppe am Lehrstuhl für Neurobiologie und Genetik des JMU-Biozentrums. „Die Aufnahme in das Emmy-Noether-Programm eröffnet mir und meinem Team ganz neue Möglichkeiten. Für diese Chance bin ich außerordentlich dankbar“, erklärt Ache. In den kommenden sechs Jahren wird seine Arbeit mit rund zwei Millionen Euro von der DFG gefördert. Das Programm richtet sich an herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler verschiedener Disziplinen.

Zwei Schwerpunkte für die Erforschung des Nervensystems

Ache und sein Team haben sich auf Bewegungskontrolle und „Action Selection“ spezialisiert. Sie erforschen die neuronalen Mechanismen, die es dem Nervensystem erlauben, externe Einflüsse flexibel zu verarbeiten, um für eine Situation passende Verhaltensreaktionen hervorzurufen. Als Modellsystem nutzt das Team dafür die Fruchtfliege und arbeitet vor allem mit elektrophysiologischen und optogenetischen Methoden – das bedeutet, es misst die Aktivität einzelner Nervenzellen mit winzigen Elektroden oder manipuliert diese mit Lichtpulsen, um einzelne Nervenzellen an- oder auszuschalten.

Mit den Mitteln aus dem Emmy-Noether-Programm wird Ache sein Team nun vergrößern und die Forschung vertiefen. Zwei Bereiche stehen dabei künftig im Vordergrund: Im Bereich Bewegungskontrolle und „Action Selection“ soll die Forschung am Nervensystem intensiviert werden. Im zweiten Schwerpunkt will die Nachwuchsgruppe die Regulation der Insulinausschüttung sowie die Auswirkungen von Insulin auf das Nervensystem näher untersuchen.

Teilnahme an internationalem Projekt

Ein weiteres internationales Forschungsprojekt wird Ache in den nächsten fünf Jahren bearbeiten: Seit August ist seine Nachwuchsgruppe Teil des „NeuroNex“-Konsortiums C³NS, das sich mit Kommunikation, Koordination und Kontrolle in neuromechanischen Systemen befasst. Das Projekt wird getragen von der National Science Fundation (USA), dem Medical Research Council (Großbritannien), dem Fonds de Recherche du Québec und dem Canadian Institutes of Health Research (beides Canada) sowie der DFG. Die DFG stellt Ache zu diesem Zweck weitere 660.000 Euro zur Verfügung.

Ache wird dabei mit Forscherinnen und Forschern der Universitäten Köln und Jena sowie mehreren internationalen Forschungsgruppen zusammenarbeiten. Koordiniert wird das Projekt an der Case Western Reserve University (USA). Hier sollen die Gehirnfunktionen von Insekten, Mollusken und Wirbeltieren untersucht werden, und es wird versucht, die dort vorliegenden neuromechanischen Prinzipien auf Roboter zu übertragen. Das Ziel: ein besseres Verständnis darüber, wie das Nervensystem die Steuerung von Bewegungen orchestriert und die Entwicklung besserer Roboter, die natürliche Bewegungsmuster produzieren können.

Deutschland, Großbritannien, USA und zurück

Jan Marek Ache hat an der Universität zu Köln Biologie studiert und erlangte dort seinen Bachelor- und Master-Abschluss. Für seine Master-Arbeit forschte er an der University of Leicester (Großbritannien). Anschließend promovierte er an der Universität Bielefeld und spezialisierte sich dabei auf Elektrophysiologie und biologische Kybernetik. Als Postdoc forschte er am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute (USA) und spezialisierte sich dort auf neurogenetische Methoden und Verhaltenssteuerung in Drosophila. Seit etwa einem Jahr leitet er die Nachwuchsgruppe Ache am Biozentrum der JMU.