Ansökan: Aktiv detektion av små snabba objekt

Tidsperiod:

1 januari 2013 – 31 december 2015

Projektledare:

Karin Nordström

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

1 950 000 SEK

I min grupp forskar vi på rörelsesyn. Ffa arbetar vi med s k small target movement detectors (STMDs), nerver specialanpassade för att detektera små objekt som rör sig i förhållande till bakgrunden. Det är bara 2-3 grupper i världen som forskar på STMD-nervceller, eftersom de är små och därmed tekniskt svåra att göra elektrofysiologi på. Vi använder oss främst av blomflugor. De definieras av sin förmåga att sväva stillastående, som små helikoptrar, vilket regleras av synen. Hanarna är mycket territoriella, och jagar hetsigt iväg inkräktare ur sitt territorium.

Många djur och insekter är beroende av synen för att navigera och hitta i omgivningen. T ex använder vi oss av s k optiskt flöde för att kunna cykla rakt fram, och undvika att krocka med träd el dyl. En annan typ av rörelser som många djur kan urskilja är objekt som rör sig relativt mot den övriga bakgrunden. Tänk dig t ex då du spelar brännboll, även om du springer och hela omgivningen rör sig over ditt synfält, så kan du ändå lätt urskilja bollen som rör sig relativt mot bakgrunden. Denna typ av target-detektion är svår för artificiella synsystem att klara av, trots snabba datorer, och även om våra egna ögon uppenbarligen klarar av det.

Intressant nog processas rörelsesyn på liknande sätt i flughjärnan och vår hjärnbark, vilket betyder att flugan är en utmärkt modell för att förstå processerna som tar plats även i vårt eget synsystem, trots att insekters facettögon är optiskt sämre än våra, och att de ser snabbare. Insekter kan uppenbarligen se små objekt, vilket är uppenbart då man studerar deras fantastiska förmåga att t ex hitta byten (exempelvis är trollsländor rovdjur) eller jaga varandra inför parning. Detta är helt fantastiskt med tanke på att insekter utför detta med en hjärna som är mindre än ett riskorn, använder mindre än 1 mW kraft, och har mindre än en miljon nervceller. Eftersom hjärnan är så pass liten är den mycket mer överkomlig att förstå än t ex vår egen hjärnbark.

I insekter och däggdjur skickas syninformationen från ögonen till hjärnan där det finns nervceller som är specialdesignade för att analysera omgivningens rörelser, som t ex optiskt flöde. Här finns även nerver som är specialanpassade för att detektera små objekt som rör sig i förhållande till bakgrunden, s k STMDs. Vi utför vår forskning genom att mäta från enskilda STMDs. Vi stoppar in en fin elektrod i enskilda nervceller och mäter hur de reagerar på synintryck då flugan tittar på film eller andra rörliga bilder. Vi kan sedan undersöka hur nervceller är designade för mycket specifik uppgifter. Det vi framför allt fokuserar på är hur nervceller genererar sina selektiva svar.

Rent specifikt vill vi de närmaste åren fokusera på 3 huvudfrågeställningar som på olika sätt belyser hur nervsystemet och beteendet har anpassats för att klara av komplicerade uppgifter, samt hur den naturliga omgivningen påverkar dessa anpassningar:

1. Vi vill undersöka samspelet mellan bakgrundens optiska flöde och detektionen av små snabba objekt, genom att till exempel undersöka vad som är specifikt med de bakgrunder som blomflugehannar väljer till territorium. Är det något i bakgrundens struktur som underlättar target-detektion? Vi kommer även undersöka om nervcellerna själva är optimerade för att detektera små objekt mot vissa typer av optiskt flöde.

2. Vi vill ta reda på hur STMDs påverkas av att flugan är fysiskt aktiv. Eftersom target-detektion främst fyller en funktion när blomflugehannarna svävar i sitt territorium, är det inte helt osannolikt att fysisk aktivitet påverkar hur känsliga STMDs är, ffa med tanke på att neural transmission, och svävande, är metaboliskt dyrt.

3. Vi vill undersöka om STMDs är ihopkopplade i ett nätverk, där aktivitet (eller inaktivitet) hos en STMD påverkar hur de andra reagerar. Eftersom blomflugehannar har ca. 20 typer av STMDs tror vi att de används för att påverka signaleringen i andra nervceller, och inte bara för att direkt påverka flugans beteende.