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
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
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A01 - Die Rolle GABAerger Interneurontypen des Gyrus Dentatus in der langfristigen Informations-kodierung durch Prinzipalzellen
(Teilprojektleiterin
Bartos, Marlene
)
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A02 - Räumliches Kodieren GABAerger Interneurone im MEC beim räumlichen Lernen und die Kontribution von elektrischer Kopplung in diesem Prozeß
(Teilprojektleiterin
Monyer, Hannah
)
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A03 - Untersuchung der Rolle GABAerger Interneurontypen des medialen präfrontalen Kortex bei der Kontext- und Regelkodierung mittels 2P-Bildgebung und holographischer Stimulation
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bödecker, Joschka
;
Diester, Ilka
)
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A04 - Inhibitorische Kontrolle der thermischen Wahrnehmung in posterior Insula der Maus
(Teilprojektleiter
Poulet, Ph.D., James F.A.
)
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A05 - Die Rolle GABAerger Interneurontypen in der Kodierung visueller Bewegung
(Teilprojektleiterin
Veit, Julia
)
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A06 - Wie plastische Inhibition Mustertrennug ermöglicht
(Teilprojektleiter
Leibold, Christian
)
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A07 - Komplementäre inhibitorische Kontrolle der dendritischen Top-Down Informationsverarbeitung im auditiven Kortex
(Teilprojektleiter
Letzkus, Ph.D., Johannes
)
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A08 - Optimierung von inhibitorischen Schaltkreisen für die flexible Integration von Informationsquellen
(Teilprojektleiter
Sprekeler, Henning
)
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B01 - Dendritische Mechanismen, die einem reduzierter räumlichen Code im Gyrus Dentatus zugrunde liegen
(Teilprojektleiter
Elgueta, Claudio
;
Kulik, Akos
)
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B02 - Neuverdrahtung von hemmenden GABAergen Zellen, die während der räumlichen Kodierung rekrutiert werden
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Haberl, Matthias
;
Viana da Silva, Ph.D., Silvia
)
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B03 - Modulation corticaler Hemmung durch transkranieller Magnetstimulation im Neocortex von Nagern und Menschen
(Teilprojektleiter
Geiger, Jörg
;
Vlachos, Andreas
)
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B04 - Untersuchung der Topologie des Mikroschaltkreises von „schnell-feuernden“ Interneuronen im Neokortex von Maus und Mensch
(Teilprojektleiter
Geiger, Jörg
)
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B05 - Interneurone mit unterschiedlicher intrinsischer Dynamik: Kritische Netzwerkzustände und Homöostase
(Teilprojektleiterin
Schreiber, Susanne
)
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B06 - Rolle der Wechselwirkungen zwischen Mikroglia und Interneuronen für die Funktion neuronaler Netzwerke
(Teilprojektleiter
Madry, Christian
;
Sauer, Jonas-Frederic
)
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B07 - Anatomischer Aufbau inhibitorischer Mikroschaltkreise im humanen Temporallappen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Grosser, Sabine
;
Vida, Imre
)
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B08 - Der Einfluss der aktiven dendritischen Eigenschaften von Interneuronen auf die neuronale Informationskodierung im Neokortex
(Teilprojektleiter
Larkum, Matthew
)
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INF - Forschungsdatenmanagement für kollaborative Datenanalyse
(Teilprojektleiter
Binder, Harald
;
Schmoranzer, Jan
)
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V01 - Zentrales Verwaltungsprojekt
(Teilprojektleiterin
Bartos, Marlene
)
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Z01 - Maschinelles Lernen für Populationsdaten
(Teilprojektleiter
Binder, Harald
;
Sprekeler, Henning
)
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Z02 - Licht- und elektronenmikroskopische Bildgebung und morphometrische Analyse GABAerg hemmender Schaltkreise und Signalmoleküle
(Teilprojektleiter
Kulik, Akos
;
Vida, Imre
)