Konsistente neuronale Netzwerkaktivität durch konvergente Komodulation

• Antragstellerin: Dr. Anna Caren Schneider
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421701165

Neuromodulatoren ändern neuronale und synaptische Funktion und verleihen somit Netzwerkaktivität und Verhalten Flexibilität. Die Expression von Modulatorrezeptoren und ihren Zielproteinen, wie z.B. Ionenkanälen, variiert beträchtlich zwischen Individuen. Der Einfluss von Modulatoren auf die Netzwerkaktivität muss trotz dieser Variabilität konsistent sein. Neuromodulation muss also nicht nur Flexibilität verleihen, sondern auch Stabilität. Zu jeder Zeit werden Netzwerke von mehreren Modulatoren beinflusst. Ich schlage vor, dass diese Komodulation zur stabilen Netzwerkaktivität beiträgt. Daher ist es wichtig, ihre Interaktionen von subzellulären und zellulären Effekten bis zur Netzwerkaktivität zu analysieren.Unterschiedliche Modulatoren können auf unterschiedliche Teilpopulationen von Neuronen wirken und daher unterschiedliche Netzwerkaktivität auslösen. Zusätzlich zu dieser Divergenz auf Netzwerkebene können sie auch unterschiedliche subzelluläre Komponenten als Ziele haben, wobei viele Modulatoren auf dieselben Ziele konvergieren können. Wenn die interindividuelle Variabilität der Wirkungen einzelner Modulatoren unabhängig voneinander ist, kann Komodulation die Variabilität verringern, wenn der Gesamteffekt der Durchschnitt der einzelnen Effekte ist.Ich werde die Hypothese zu prüfen, dass konvergente Komodulation die interindividuelle Variabilität verringert. Als Modell wird das rhythmische pylorische Netzwerk des stomatogastrischen Ganglions von Krabben dienen, ein etabliertes Modellsystem für Neuromodulation. Modulatoren beinflussen Netzwerke auf unterschiedlichen Ebenen: subzelluläre Komponenten (intrinsische und synaptische Leitfähigkeiten), neuronale Erregbarkeit und synaptische Funktion, und Netzwerkaktivität. Ich plane, die Variabilität unter verschiedenen Modulatorkombinationen auf allen Ebenen zu untersuchen. Das Ziel ist es herauszufinden wie sehr Variabilität auf jeder Ebene verringert wird, und ob die Verringerung der Variabilität auf der Netzwerkebene automatisch aus der Verringerung der Variabilität der Komponenten hervorgeht.Ich werde drei Neuropeptide benutzen, die überlappende Teilpopulationen pylorischer Neurone modulieren. Diese Peptide konvergieren auf synaptische Verbindungen und auf denselben, die neuronale Erregbarkeit erhöhenden, Einwärtsstrom. Die individuellen Effekte dieser Neuropeptide sind detailliert beschrieben, aber nicht der Einfluss ihrer Komodulation auf Variabilität. Ich werde die Netzwerkaktivität quantifizieren und Experimente mit Spannungs- und Stromklemme durchführen, um die Variabilität von Ionenströmen, neuronaler Erregbarkeit und synaptischer Funktion zu messen. Ausserdem werde ich mit „dynamic clamp” modulatoraktivierte Leitfähigkeiten imitieren, um ihren Einfluss auf die Variabiliät zu testen. Die durch diese Experimente gewonnenen Erkentnisse über Komodulation sind relevant für alle neuronalen Netzwerke, da sie einen neuen Ansatz liefern, um konstante Netzwerkaktivität zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Dirk Bucher; Professor Dr. Farzan Nadim