Prof. Dr. Alexander Borst

Forschungsschwerpunkte: Visuelle Informationsverarbeitung, Mechanismen des Sehens, Bewegungssehen, neuronale Schaltkreise, Hassenstein-Reichardt-Detektor
Alexander Borst ist ein deutscher Genetiker und Neurowissenschaftler. Er erforscht, wie das Gehirn Informationen verarbeitet, vor allem, wie das Gehirn rechnet. Dafür untersucht er das Bewegungssehen der Fruchtfliege Drosophila und die bei diesem Modellorganismus beteiligten neuronalen Schaltkreise. Durch eine Kombination von Genetik, Elektrophysiologie und Modellierung konnte er grundlegende Mechanismen des Bewegungssehens aufklären. Die Erkenntnisse der liefern Rückschlüsse für das menschliche Sehen und können zudem für das Design autonomer, fliegender Roboter genutzt werden.
Öffnen wir die Augen, erkennen wir blitzschnell die Größe und Tiefe von Objekten, ihre Farbe und Bewegungsrichtung. Was wir sehen, ist das Ergebnis von Berechnungen. Alexander Borst untersucht mit seinem Team, wie das Nervensystem aus den Bildern, die das Auge liefert, solche Informationen errechnet. Sein Fokus liegt dabei auf dem Bewegungssehen – dem Vorgang, mit dem Nervenzellen im Sehzentrum die Bewegung wahrnehmen und Bewegungsrichtung eines Objekts errechnen. Seine Untersuchungen führt Alexander Borst an der Fruchtfliege Drosophila durch. Mittels dieses Modellorganimsus‘ gelang es ihm, die beteiligten Schaltkreise des Bewegungssehens in wesentlichen Teilen aufzuklären. Dabei entdeckte Alexander Borst Parallelen zu neuronalen Verschaltungen in der Netzhaut von Wirbeltieren.
Alexander Borst deckte auf, dass die Bewegungsrichtung in den Nervenzellen in separaten ON- und OFF-Kanälen errechnet wird und dem Modell des Hassenstein-Reichardt-Detektors folgt. Die einzelnen Lichtsinneszellen in den Facetten der Fruchfliege liefern noch keine Informationen über die Bewegungsrichtung. Erst während der Weiterleitung durch tiefer liegende Zellschichten werden dem Gehirn richtungsabhängige Signale geliefert. Alexander Borst konnte zeigen, dass in der ersten Zellschicht in einem ON-Kanal nur die Helligkeitszunahme weitervermittelt wird und in einem OFF-Kanal nur die Helligkeitsabnahme. Erst größere Nervenzellen (Tangentialzellen) in der vierten Zellschicht (Lobulaplatte) liefern richtungsabhängige Signale. Sie reagieren je nach Richtung mit einer elektrischen Erregung oder Hemmung. Um die Bewegungsrichtung zu erkennen, muss auf dem Weg von den Lichtsinnes- zu den Tangentialzellen die zeitliche Abfolge der Reize errechnet werden. Dies geschieht, indem von zwei benachbarten Lichtzellen das Signal einer der Zellen zeitlich verzögert an die Tangentialzelle geleitet wird. Aus dem Zeitabstand des verzögerten und des nicht verzögerten Signals errechnet das Gehirn die Bewegungsrichtung. Dieser Mechanismus wird mit dem Modell des Hassenstein-Reichardt-Detektors mathematisch beschrieben.
Somit gelang es Alexander Borst, die Nervenzellen zu identifizieren, die den verschiedenen Elementen des Hassenstein-Reichardt-Modells entsprechen und die Information über die Bewegungsrichtung aus den Bildern extrahieren. Um ein ganzheitliches Bild über die Informationsverarbeitung im visuellen System zu erhalten, nutzt Alexander Borst neben molekularbiologischen und neurogenetischen Ansätzen auch Computersimulation. Seine Erkenntnisse fließen auch in das Design autonomer, fliegender Roboter ein und werden genutzt, um Flugobjekte auf einem stabilen Kurs zu halten.