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Humboldt-Universitaet zu Berlin - Collaborative Research Center for Theoretical Biology

Verarbeitung und Übertragung zeitlich realistisch strukturierter Signale im Hippocampus: Präzision, Variabilität und Robustheit

Verarbeitung und Übertragung zeitlich realistisch strukturierter Signale im Hippocampus: Präzision, Variabilität und Robustheit Als multimodales Konvergenzzentrum spielt der Hippocampus eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung und Speicherung von sensorischer Information, wobei verhaltensabhangige Rhythmen des lokalen Feldpotentials (LFP) auf starke oszillatorische Komponenten der neuronalen Reprasentation hindeuten. Auf Einzelzellebene werden rasche Entrainment-Phanomene beobachte, systematische Phasenverschiebungen von Aktionspotentialen relativ zum LFP weisen auf relationale Codes mit hoher zeitlicher Auflosung hin. Damit ist der Hippocampus in idealer Weise dafur geeignet, Fragen zur Prazision, Variabilitat und Robustheit neuronaler Dynamik und Codierung zu untersuchen.

Im Rahmen des hier vorgestellten Projektes wollen wir uns auf die CA3-Region des Hippocampus von Ratten und die ihr vorgeschaltete Area Dendata konzentrieren. Funf Themenkreise werden im Mittelpunkt unserer Untersuchungen stehen:
  1. Mit welcher Genauigkeit und Zuverlassigkeit koppeln Aktionspotentialen an die zeitliche Struktur exzitatorischer postsynaptischer Potentiale an? Welche Unterschiede bestehen zwischen den verschiedenen Neuronentypen und wie konnen diese auf zellularer Ebene erklart werden?
  2. Welchen Einfluss auf die Auslosung von Aktionspotentialen haben zusatzliche, zeitlich abgestimmte inhibitorische Eingange? Welche Robustheit zeigen die beobachteten Phanomene bei langsamen Variationen der biophysikalischen Parameter?
  3. Welche dynamischen und informationstheoretischen Eigenschaften weisen Moosfaser-Synapsen auf, die als Verbindung von Area Dendata zur CA3-Region eine strategische Position im Hippocampus einnehmen? Wie verhalten sie sich insbesondere bezuglich Ubertragungssicherheit, zeitlicher Prazision und Variabilitat ihrer Effizienz?
  4. Auf welchen biophysikalischen Vorgangen beruhen intrinsische Oszillationen des Membranpotentials? Welche Unterschiede bestehen zwischen Pyramidenzellen und GABAergen Interneuronen? Wie unterscheiden sich unterschwellige Prozesse von durch After-Spike-Hyperpolarisation hervorgerufenen Oszillationen? Wie wirken sich Mmebranpotential-Oszillationen auf (1-3) aus?
  5. Welche statistischen Eigenschaften weisen die Aktivitatsmuster der betrachteten Neurone unter in vivo Bedingungen auf? Welche Eigenschaften sind gegenuber Veranderungen externer Stimuli weitgehend robust, welche zeigen eine hohe Variabilitat? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus fur die Wechselwirkung intrinischer Oszillationen mit externen Eingangen und fur die assoziative Verarbeitung und Speicherung von Mustern?
Dieser Themenkomplex soll neurophysiologisch untersucht werden. Neuromodulatoren und Pharmaka werden gezielte Perturbationen der neuronalen Kinetik erlauben und dazu beitragen, wichtige Parameter der Informationsverarbeitung zu identifizieren. Daten zur Statistik unter in vivo Bedingungen werden von Kooperationspartnern bereitgestellt. Zur Datenanalyse werden neben klassischen Verfahren auch Methoden der System- und Informationstheorie eingesetzt. Bei Computersimulationen und mathematischen Analysen sollen je nach Frage abstrakte, phanomenologische und biophysikalisch realistische Modelle verwendet werden.

Beschreibung der zweiten Periode
Beschreibung der aktuellen Periode