TRR 384:  Hemmende Neurone: ihre Rolle in der Gestaltung des kortikalen Codes

Fachliche Zuordnung Medizin
Förderung Förderung seit 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514483642
 

Projektbeschreibung

Das Gehirn ermöglicht uns, mit einer Effizienz und Flexibilität zu fühlen, zu handeln, zu lernen und zu erinnern, Informationen zu speichern, die Maschinen weit übertrifft. Gleichzeitig verursachen Gehirnfehlfunktionen eine Reihe verheerender kognitiver Defizite. Kognitive Funktionen hängen vom Kortex ab. Er besteht zu ~80% aus exzitatorischen Prinzipalneuronen (PNs). Ihre Aktivitäten nehmen eine zentrale Rolle in der Informationskodierung ein w.z.B. Ortszellen des Hippocampus und PNs sensorischer Areale, die Merkmale der Außenwelt kodieren (Einzelzellcode). Ableitung zahlreicher Neurone zeigten, dass Populationen von PNs gemeinsam Information repräsentieren (Populationscode). Die Aktivität von PNs wird von GABAergen hemmenden Interneuronen geprägt, einer kleineren, aber sehr vielfältigen Klasse kortikaler Zellen. Die Hemmung hat sich kürzlich zu einem wesentlichen Faktor in der Kontrolle kortikaler Netzwerkaktivitäten herauskristallisiert. Interneurone bestimmen nicht nur ob, sondern auch wann und wo einzelne PNs feuern, um Informationen zu kodieren. Das sich abzeichnende Bild deutet darauf hin, dass, während PNs den Informationsgehalt tragen, hemmende Interneurone Schlüsselmechanismen anbieten, die Aktivitäten neuronaler Subpopulationen in Raum und Zeit formen und dadurch Informationskodierung gestalten. Angetrieben von dieser Hypothese, zielt die vorgeschlagene Initiative darauf ab zu untersuchen, auf welche Weise Interneurone kortikale Netzwerkberechnungen bestimmen und dadurch Populationscods formen. Interneurone sind durch diverse Morphologien, synaptische Eigenschaften, Konnektivitäten und Aktivitäten gekennzeichnet und können in Abhängigkeit von Bearbeitungsanforderungen den kortikalen Kode gestalten. Unter Verwendung von Mausmodellen und menschlichem Gewebe werden wir kortikale Areale einbeziehen, die für kognitive Funktionen bedeutend sind. Durch die Kombination optischer und elektrischer Ableitungen mit pharmako- und optogenetischen Methoden zur Modulation neuronaler Aktivität, Verhaltensquantifizierung, Netzwerkmodellen und hochdimensionalen Datenanalysen, wird der vorgeschlagene SFB/TRR multidisziplinäre Einblicke in eine Reihe neurowissenschaftlicher Fragen liefern: Wie beeinflussen Interneurone kortikale Codes in Abhängigkeit von Erfahrung? Wie tragen strukturell-funktionelle Eigenschaften von Interneuronen zur Informationskodierung bei? Wie wird die Kodierung von Information in PN-Populationen durch Interneurone geformt? Die Auseinandersetzung mit diesen Fragen wird von den Synergien unserer Mitglieder getragen und basiert auf unseren Methoden, Konzepten und computergestützten und translationalen integrativen Ansätzen. Das vorgeschlagene Thema ist hochaktuell, wie aus dem kontinuierlichen Anstieg relevanter Veröffentlichungen in den letzten 10 Jahren hervorgeht. Unsere gemeinsame Arbeit wird zum grundlegenden Verständnis der Hemmung in der Codierung von Information in neuronalen Netzen und komplexen Gehirnfunktionen beitragen.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Mitantragstellende Institution Charité - Universitätsmedizin Berlin; Freie Universität Berlin; Humboldt-Universität zu Berlin
Beteiligte Hochschule Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg; Technische Universität Berlin
Beteiligte Institution Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
Sprecherin Professorin Dr. Marlene Bartos