Abteilung Genetik von Lernen & Gedächtnis

In unserer Abteilung wollen wir die Rolle des Gehirns für das Verhalten verstehen. Konkret heißt das: wie Erwerb, Speicherung und Abruf von Gedächtnissen auf der Ebene von Molekülen, Nervenzellen und neuronalen Schaltkreisen organisiert ist.

Wir verwenden Verhaltensexperimente an Larven und erwachsenen Fruchtfliegen (Drosophila), die einen experimentellen Zugriff auf diese Prozesse erlauben, und kombinieren sie mit Methoden der Transgenexpression zur Untersuchung einzelner Schaltkreiselemente im Gehirn. Da viele Gedächtnisprozesse Drosophila und dem Menschen gemeinsam sind, insbesondere in genetischer Hinsicht, ist dies biomedizinisch von Interesse. Wegen der geringen Zahl von Nervenzellen im Drosophila Gehirn ergeben sich weiterhin Erkenntnisse zu 'intelligenten' biologischen Minimalschaltkreisen, die aus technischer Sicht interessant sind.

Wir versuchen weiterhin abgeleitete psychologische Prozesse – wie gedächtnis-basierte Erwartungen – als Verhaltensleistungen zu begreifen und zu verstehen, wie diese Prozesse im Gehirn zustande kommen. Dieser Aspekt unserer Forschung verbindet Verhaltensanalysen mit psychologischen Fragestellungen.

Dieser kombinierte Ansatz soll den Anwendungsbereich der Hirnforschung auf den psychologischen Bereich ausdehnen. Eine solche Erweiterung der "Zuständigkeit" der Hirnforschung auf das subjektiven Erleben – zu der auch die Identifizierung der Grenzen dieser Zuständigkeit gehört – ist eines der zentralen wissenschaftlichen Probleme unserer Zeit.

  • Leiter

    Leiter

    Nach dem Diplomstudium in Biologie an der Freien Universität Berlin und einem Gastaufenthalt an der Ohio State University promovierte Bertram Gerber 1998, betreut durch Randolf Menzel, zum Duftlernen der Honigbiene an der Freien Universität Berlin.

    Es folgte bis 2000 ein Aufenthalt als post-doc im Labor von Reinhard Stocker an der Université Fribourg, Schweiz. Während dieser Zeit etablierte Gerber die Maden der Taufliege Drosophila als Modell der Lern- und Gedächtnisforschung. Er wechselte dann als Gruppenleiter an die Universität Würzburg an den von Martin Heisenberg geleiteten Lehrstuhl. Die Forschung seiner Gruppe widmete sich dort den neurogenetischen Mechanismen des Lernens bei Drosophila, unter anderem mit optogenetischen Methoden die in Würzburg von André Fiala und Georg Nagel etabliert wurden. Weiterhin erfolgten Entdeckungen zur Rolle präsynaptischer Proteinen für das Lernen, gemeinsam mit Erich Buchner, Birgit Michels und Timo Saumweber, und gemeinsam mit Hiromu Tanimoto und Martin Heisenberg die Entdeckung, dass das Abklingen von Schmerzreizen auf Drosophila eine belohnende Wirkung hat. Das zugrunde liegende Phänomen des timing-dependent valence reversal hat sich in den folgenden Jahren in Zusammenarbeit mit Ayse Yarali, Christian König, Thomas Niewalda, Paul Pauli, Marta Andreatta und Markus Fendt als allgemeines Prinzip auch bei Ratten und beim Menschen bestätigt. Ein weiterer Gegenstand der Habilitation im Jahre 2005 war die Erkenntnis, gemeinsam mit Thomas Hendel und Michael Schleyer, dass gelerntes Verhalten nicht automatisch durch gelernte Reize abgerufen wird, sondern im Hinblick auf die erwarteten Ergebnisse 'zielgerichtet' zum Ausdruck kommt.

    Nach der Berufung als Professor für Genetik an die Universität Leipzig im Jahr 2011 erfolgte der Wechsel der Arbeitsgruppe nach Magdeburg, wo Gerber seit 2012 die Abteilung Genetik am LIN leitet und eine Professur für Genetik des Verhaltens an der Otto-von Guericke-Universität Magdeburg innehat. Seine aktuelle Forschung beschäftigt sich mit der Verarbeitung von Belohnungs- und Strafreizen, mit der Analyse des synaptischen Konnektoms der Drosophila, mit der Suche nach Wirkstoffen zur Verbesserung der Merkfähigkeit, und mit der Darstellung psychologischer Tatsachen im Verhalten, so beispielsweise gedächtnis-basierter "Erwartungen", und wie sie im Gehirn zustande kommen.

  • Mitglieder

    Mitglieder

    Leiter  
    Prof. Dr. Bertram Gerber+49-391-6263-92261bertram.gerber@lin-magdeburg.de
    Sekretariat  
    Christina Kolbe+49-391-6263-92251christina.kolbe@lin-magdeburg.de
    Wissenschaftliche Mitarbeiter  
    Dr. Christian König-Bethke christian.koenig@lin-magdeburg.de
    Dr. Birgit Michels+49-391-6263-93411birgit.michels@lin-magdeburg.de
    Dr. Michael Schleyer+49-391-6263-93421michael.schleyer@lin-magdeburg.de
    Dr. Naoko Toshima+49-391-6263-92241naoko.toshima@lin-magdeburg.de
    Doktoranden  
    Nino Mancini+49-391-6263-93421nino.mancini@lin-magdeburg.de
    Juliane Thöner+49-391-6263-93411juliane.thoener@lin-magdeburg.de
    Alice Weiglein+49-391-6263-92241alice.weiglein@lin-magdeburg.de
    Technische Mitarbeiter und Laborservice  
    Bettina Kracht+49-391-6263-92241bettina.kracht@lin-magdeburg.de
    Dr. Thomas Niewalda+49-391-6263-93421thomas.niewalda@lin-magdeburg.de
    Holger Reim+49-391-6263-93411holger.reim@lin-magdeburg.de
    Diana Walther+49-391-6263-93261diana.walther@lin-magdeburg.de
    Heidemarie Wickborn heidi.wickborn@lin-magdeburg.de
    Gast  
    Afshin Khalili  

     

  • Projekte

    Projekte

    Unserer Arbeit liegt die Einsicht zugrunde, dass das Verständnis von Verhalten und Gehirnfunktion unvollständig bleibt, wenn man die psychologischen Verschränkungen des Verhaltens und der Aktivität im Nervensystem nicht im Blick behält. Wir versuchen daher zu begreifen, wie sich grundlegende psychologische Vorgänge – zum Beispiel Gedächtnis, Erwartung, Wissen – im Verhalten abbilden, und wie diese Vorgänge im Gehirn zustande kommen. Unsere aktuellen Projekte konzentrieren sich auf folgende Fragen:

    Ein Schmerzreiz ist unangenehm, aber es ist 'schön wenn der Schmerz nachlässt'. Entsprechendes gilt für Belohnungen, die man gern bekommt aber nur ungern wieder missen möchte. Welche Lerneffekte ergeben sich aus solchen Erfahrungen? Wie kommen die in ihrer Valenz entgegengesetzten Lerneffekte bezüglich des Auftretens und des Abklingens von Belohnungs- oder Strafreizen zustande?

    Durch welche Mechanismen können Tiere entscheiden ein Gedächtnis in gelerntes Verhalten umzusetzen – oder nicht?

    Welche höheren Gehirnfunktionen lassen sich den durch das Konnektom (der Kartierung jeder einzelnen synaptischen Verbindung im ‘Gedächtniszentrum' der Drosophila) neu entdeckten neuronalen Verbindungen zuordnen?

    Weiterhin arbeiten wir daran, neue Substanzen zu entdecken welche bei Drosophila, Nagern und gegebenenfalls auch beim Menschen die Merkfähigkeit verbessern beziehungsweise im Alter erhalten, und wie diese Verbesserungen zustande kommen.

  • Laufende Drittmittelprojekte

    Laufende Drittmittelprojekte

    2012-2019
    DFG grant (SFB 779)
    "Neurobiologie motivierten Verhaltens"
    www.sfb779.de


    2017-2019
    DFG grant (Sachbeihilfe)
    "Bildung und Abruf von Belohnungs-spezifischen Gedächtnissen"
    http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/312910282?language=de


    2018-2021
    DFG grant (FOR 2705)
    "Entschlüsselung eines Gehirn-Schaltkreises: Struktur, Plastizität und Verhaltensfunktion des Pilzkörpers von Drosophila"
    www.dfg.de/gefoerderte_projekte/programme_und_projekte/listen/projektdetails/index.jsp?id=365082554


    2017-2019
    JSPS Overseas Research Fellowships

    Dr. Naoko Toshima


    2019
    GIF Young Scientist Grant

    The Role of Dopamine in Timing-Dependent Valence Reversal
    Dr. Michael Schleyer

  • Publikationen

    Publikationen

    2019

    Weiglein A, Gerstner F, Mancini N, Schleyer M, Gerber B. 2019. One-trial learning in larval Drosophila. Learning and Memory. 26(4):109-120. https://doi.org/10.1101/lm.049106.118

    Gerber B, König C, Fendt M, Andreatta M, Romanos M, Pauli P, Yarali A. 2019. Timing-dependent valence reversal: a principle of reinforcement processing and its possible implications. Current Opinion in Behavioral Sciences. 26:114-120. https://doi.org/10.1016/j.cobeha.2018.12.001

    Kudow N, Kamikouchi A, Tanimura T. 2019. Softness sensing and learning in Drosophila larvae. Journal of Experimental Biology. https://doi.org/10.1242/jeb.196329

    Coors A, Brosch M, Kahl E, Khalil R, Michels B, Laub A, Franke K, Gerber B, Fendt M. 2019. Rhodiola rosea root extract has antipsychotic-like effects in rodent models of sensorimotor gating. Journal of Ethnopharmacology. 235:320-328. https://doi.org/10.1016/j.jep.2019.02.031

    Thum AS, Gerber B. 2019. Connectomics and function of a memory network: the mushroom body of larval Drosophila. Current Opinion in Neurobiology. 54:146-154. https://doi.org/10.1016/j.conb.2018.10.007

     

    2018

    Michels B, Zwaka H, Bartels R, Lushchak O, Franke K, Endres T, Fendt M, Song I, Bakr M, Budragchaa T, Westermann B, Mishra D, Eschbach C, Schreyer S, Lingnau A, Vahl C, Hilker M, Menzel R, Kähne T, Leßmann V, Dityatev A, Wessjohann L, Gerber B. 2018. Memory enhancement by ferulic acid ester across species. Science Advances. 4(10). https://doi.org/10.1126/sciadv.aat6994

    Schleyer M, Fendt M, Schuller S, Gerber B. 2018. Associative learning of stimuli paired and unpaired with reinforcement: Evaluating evidence from maggots, flies, bees, and rats. Frontiers in Psychology. 9(AUG). https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.01494

    König C, Khalili A, Ganesan M, Nishu AP, Garza AP, Niewalda T, Gerber B, Aso Y, Yarali A. 2018. Reinforcement signaling of punishment versus relief in fruit flies. Learning and Memory. 25(6):247-257. https://doi.org/10.1101/lm.047308

    Saumweber T, Rohwedder A, Schleyer M, Eichler K, Chen Y-C, Aso Y, Cardona A, Eschbach C, Kobler O, Voigt A, Durairaja A, Mancini N, Zlatic M, Truman JW, Thum A, Gerber B. 2018. Functional architecture of reward learning in mushroom body extrinsic neurons of larval Drosophila. Nature Communications. 9(1). https://doi.org/10.1038/s41467-018-03130-1

    Henschke JU, Ohl FW, Budinger E. 2018. Crossmodal connections of primary sensory cortices largely vanish during normal aging. Frontiers in Aging Neuroscience. 10(MAR). https://doi.org/10.3389/fnagi.2018.00052

     

    2017

    Chen YC, Mishra D, Gläß S, Gerber B. 2017. Behavioral evidence for enhanced processing of the minor component of binary odor mixtures in larval Drosophila. Frontiers in Psychology. 8(NOV). Available from: 10.3389/fpsyg.2017.01923

    Eichler K, Li F, Litwin-Kumar A, Park Y, Andrade I, Schneider-Mizell CM, Saumweber T, Huser A, Eschbach C, Gerber B, Fetter RD, Truman JW, Priebe CE, Abbott LF, Thum AS, Zlatic M, Cardona A. 2017. The complete connectome of a learning and memory centre in an insect brain. Nature. 548(7666):175-182. Available from: 10.1038/nature23455

    Almeida-Carvalho MJ, Berh D, Braun A, Chen YC, Eichler K, Eschbach C, Fritsch PMJ, Gerber B, Hoyer N, Jiang X, Kleber J, Klämbt C, König C, Louis M, Michels B, Miroschnikow A, Mirth C, Miura D, Niewalda T, Otto N, Paisios E, Pankratz MJ, Petersen M, Ramsperger N, Randel N, Risse B, Saumweber T, Schlegel P, Schleyer M, Soba P, Sprecher SG, Tanimura T, Thum AS, Toshima N, Truman JW, Yarali A, Zlatic M. 2017. The Ol1mpiad: Concordance of behavioural faculties of stage 1 and stage 3 Drosophila larvae. Journal of Experimental Biology. 220(13):2452-2475. Available from: 10.1242/jeb.156646

    Toshima N. 2017. Nutritional homeostasis and decision-making on feeding behaviour in insects. Hikaku seiri seikagaku. 46-52.

    Paisios E, Rjosk A, Pamir E, Schleyer M. 2017. Common microbehavioral "footprint" of two distinct classes of conditioned aversion. Learning and Memory. 24(5):191-198. Available from: 10.1101/lm.045062.117

    Michels B, Saumweber T, Biernacki R, Thum J, Glasgow RDV, Schleyer M, Chen YC, Eschbach C, Stocker RF, Toshima N, Tanimura T, Louis M, Arias-Gil G, Marescotti M, Benfenati F, Gerber B. 2017. Pavlovian conditioning of larval Drosophila: An illustrated, multilingual, hands-on manual for odor-taste associative learning in maggots. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 11. Available from: 10.3389/fnbeh.2017.00045

    Kudow N, Miura D, Schleyer M, Toshima N, Gerber B, Tanimura T. 2017. Preference for and learning of amino acids in larval Drosophila. Biology Open. 6(3):365-369. Available from: 10.1242/bio.020412

    Gerber B, Aso Y. 2017. Localization, diversity and behavioral expression of associative engrams in Drosophila. Menzel R, editor. In Learning and Memory: A Compreshensive Reference. Oxford: Elsevier Limited. pp. 463-473.

     

    2016

    Croset V, Schleyer M, Arguello JR, Gerber B, Benton R. 2016. A molecular and neuronal basis for amino acid sensing in the Drosophila larva. Scientific Reports. 6:art. no. 34871. Available from: 10.1038/srep34871

    Zwaka H, Münch D, Manz G, Menzel R, Rybak J. 2016. The circuitry of olfactory projection neurons in the brain of the honeybee, Apis mellifera. Frontiers in Neuroanatomy. 10(SEP). Available from: 10.3389/fnana.2016.00090

    Rohwedder A, Wenz NL, Stehle B, Huser A, Yamagata N, Zlatic M, Truman JW, Tanimoto H, Saumweber T, Gerber B, Thum AS. 2016. Four Individually Identified Paired Dopamine Neurons Signal Reward in Larval Drosophila. Current Biology. 26(5):661-669. Available from: 10.1016/j.cub.2016.01.012

    Kleber J, Chen YC, Michels B, Saumweber T, Schleyer M, Kähne T, Buchner E, Gerber B. 2016. Synapsin is required to "boost" memory strength for highly salient events. Learning and Memory. 23(1):9-20. Available from: 10.1101/lm.039685.115

     

    2015

    Niewalda T, Michels B, Jungnickel R, Diegelmann S, Kleber J, Kähne T, Gerber B. 2015. Synapsin determines memory strength after punishment- and relief-learning. Journal of Neuroscience. 35(19):7487-7502. Available from: 10.1523/JNEUROSCI.4454-14.2015

    Schleyer M, Reid SF, Pamir E, Saumweber T, Paisios E, Davies A, Gerber B, Louis M. 2015. The impact of odor-reward memory on chemotaxis in larval Drosophila. Learning and Memory. 22(5):267-277. Available from: 10.1101/lm.037978.114

    Schleyer M, Miura D, Tanimura T, Gerber B. 2015. Learning the specific quality of taste reinforcement in larval Drosophila. eLife. 2015(4). Available from: 10.7554/eLife.04711.001

     

    2014

    Saumweber T, Cano C, Klessen J, Eichler K, Fendt M, Gerber B. 2014. Immediate and punitive impact of mechanosensory disturbance on olfactory behaviour of larval Drosophila. Biology Open. 3(10):1005-1010. Available from: 10.1242/bio.20149183

    Pamir E, Szyszka P, Scheiner R, Nawrot MP. 2014. Rapid learning dynamics in individual honeybees during classical conditioning. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8(SEP). Available from: 10.3389/fnbeh.2014.00313

    Chen YC, Gerber B. 2014. Generalization and discrimination tasks yield concordant measures of perceived distance between odours and their binary mixtures in larval Drosophila. Journal of Experimental Biology. 217:2071-2077. Available from: 10.1242/jeb.100966

    Niewalda T, Jeske I, Michels B, Gerber B. 2014. 'Peer pressure' in larval Drosophila?. Biology Open. 3(7):575-82. Available from: 10.1242/bio.20148458

    König C, Schleyer M, Leibiger J, El-Keredy A, Gerber B. 2014. Bitter-sweet processing in larval Drosophila. Chemical Senses. 39(6). Available from: 10.1093/chemse/bju016

    Gerber B, Yarali A, Diegelmann S, Wotjak CT, Pauli P, Fendt M. 2014. Pain-relief learning in flies, rats, and man: Basic research and applied perspectives. Learning and Memory. 21(4):232-252. Available from: 10.1101/lm.032995.113

     

    2013

    Diegelmann S, Preuschoff S, Appel M, Niewalda T, Gerber B, Yarali A. 2013. Memory decay and susceptibility to amnesia dissociate punishment- from relief-learning. Biology Letters. 9(4). Available from: 10.1098/rsbl.2012.1171

    Mishra D, Chen YC, Yarali A, Oguz T, Gerber B. 2013. Olfactory memories are intensity specific in larval Drosophila. Journal of Experimental Biology. 216(9):1552-1560. Available from: 10.1242/jeb.082222

    Diegelmann S, Klagges B, Michels B, Schleyer M, Gerber B. 2013. Maggot learning and synapsin function. Journal of Experimental Biology. 216(6):939-951. Available from: 10.1242/jeb.076208

    Das A, Gupta T, Davla S, Prieto-Godino LL, Diegelmann S, Reddy OV, Raghavan KV, Reichert H, Lovick J, Hartenstein V. 2013. Neuroblast lineage-specific origin of the neurons of the Drosophila larval olfactory system. Developmental Biology. 373(2):322-337. Available from: 10.1016/j.ydbio.2012.11.003

    Schleyer M, Diegelmann S, Michels B, Saumweber T, Gerber B. 2013. 'Decision Making' in larval Drosophila. In Invertebrate learning and memory: Handbook of Behavioral Neuroscience. Pages 41-55: Elsevier. Available from: 10.1016/B978-0-12-415823-8.00005-8

    Mayer LR, Diegelmann S, Abassi Y, Eichinger F, Pflugfelder GO. 2013. Enhancer trap infidelity in Drosophila optomotor-blind. Fly. 7(2). Available from: 10.4161/fly.23657

    Gerber B, Biernacki R, Thum J. 2013. Odor-taste learning Assays in Drosophila larvae. Cold Spring Harbor Protocols. 8(3):213-223. Available from: 10.1101/pdb.prot071639

    Sadanandappa MK, Redondo BB, Michels B, Rodrigues V, Gerber B, VijayRaghavan K, Buchner E, Ramaswami M. 2013. Synapsin function in GABA-ergic interneurons is required for short-term olfactory habituation. Journal of Neuroscience. 33(42):16576-16585. Available from: 10.1523/JNEUROSCI.3142-13.2013

     

    2012

    Gerber B. 2012. Neurobiologie der Freiheit?. Neuroforum. 18(4):302-303.

    Andreatta M, Fendt M, Mühlberger A, Wieser MJ, Imobersteg S, Yarali A, Gerber B, Pauli P. 2012. Onset and offset of aversive events establish distinct memories requiring fear and reward networks. Learning and Memory. 19(11):518-526. Available from: 10.1101/lm.026864.112

    El-Keredy A, Schleyer M, König C, Ekim A, Gerber B. 2012. Behavioural analyses of quinine processing in choice, feeding and learning of larval Drosophila. PLoS ONE. 7(7). Available from: 10.1371/journal.pone.0040525

    Gerber B. 2012. Is there a neurobiology of the free will? Can neurobiology help to resolve the age-old discussions about freedom, cause and chance?. EMBO Reports. 13(1):17-19. Available from: 10.1038/embor.2011.229

     

    2011

    Eschbach C, Cano C, Haberkern H, Schraut K, Guan C, Triphan T, Gerber B. 2011. Associative learning between odorants and mechanosensory punishment in larval Drosophila. Journal of Experimental Biology. 214(23):3897-3905. Available from: 10.1242/jeb.060533

    Schleyer M, Saumweber T, Nahrendorf W, Fischer B, von Alpen D, Pauls D, Thum A, Gerber B. 2011. A behavior-based circuit model of how outcome expectations organize learned behavior in larval Drosophila. Learning and Memory. 18(10):639-653. Available from: 10.1101/lm.2163411

    Niewalda T, Völler T, Eschbach C, Ehmer J, Chou WC, Timme M, Fiala A, Gerber B. 2011. A combined perceptual, Physico-Chemical, and imaging approach to 'Odour-Distances' suggests a categorizing function of the Drosophila antennal lobe. PLoS ONE. 6(9). Available from: 10.1371/journal.pone.0024300

    Eschbach C, Vogt K, Schmuker M, Gerber B. 2011. The similarity between odors and their binary mixtures in Drosophila. Chemical Senses. 36(7):613-621. Available from: 10.1093/chemse/bjr016

    Saumweber T, Weyhersmüller A, Hallermann S, Diegelmann S, Michels B, Bucher D, Funk N, Reisch D, Krohne G, Wegener S, Buchner E, Gerber B. 2011. Behavioral and synaptic plasticity are impaired upon lack of the synaptic protein SAP47. Journal of Neuroscience. 31(9):3508-3518. Available from: 10.1523/JNEUROSCI.2646-10.2011

    Chen YC, Mishra D, Schmitt L, Schmuker M, Gerber B. 2011. A behavioral odor similarity "space" in larval Drosophila. Chemical Senses. 36(3):237-249. Available from: 10.1093/chemse/bjq123

    Michels B, Chen YC, Saumweber T, Mishra D, Tanimoto H, Schmid B, Engmann O, Gerber B. 2011. Cellular site and molecular mode of synapsin action in associative learning. Learning and Memory. 18(5):332-344. Available from: 10.1101/lm.2101411

  • Lehre & Praktika

    Lehre & Praktika

    Im MSc-Studiengang "Integrative Neuroscience" sind wir federführend für die Vorlesung "Learning & Memory" verantwortlich.

    Des Weiteren organisieren wir die Vorlesung "Introduction to nervous systems" im BSc-Studiengang "Philosophie, Neurowissenschaften, und Kognition".

    Für Studenten dieser Fachrichtungen, sowie für interessierte Psychologen, Physiker oder Informatiker, bieten wir nach Absprache forschungsorientierte Praktika an.

  • Mitarbeit von Studentischen Hilfskräften

    Mitarbeit von Studentischen Hilfskräften

    Zur Durchführung unserer Forschungsprojekte, oder zur Realisierung neuer und gegebenenfalls eigener Forschungsideen, sind Initiativbewerbungen als Studentische/Wissenschaftliche Hilfskraft jederzeit willkommen!

  • Hugo-Junkers-Preis

    Hugo-Junkers-Preis

    Hugo-Junkers-Preisverleihung 2018: Prof. Dr. Bertram Gerber (LIN), Prof. Dr. Ludger Wessjohann (IPB), Dr. Birgit Michels (LIN), Prof. Dr. Volkmar Leßmann (OVGU), Dr. Katrin Franke (IPB), Dr. Thomas Endres (OVGU) und Prof. Dr. Alexander Dityatev (v.l.n.r.) belegen den 3. Platz in der Kategorie "Innovativste Vorhaben der Grundlagenforschung" für ihre Rhodiola-Forschung.

    Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

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