D-USA Verbund: Die Rolle von Spontanaktivität in der Entwicklung des Cortex

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Rolle der spontanen Aktivität in der kortikalen Entwicklung besser zu verstehen. Die neuronalen Netzwerke in den sensorischen Teilen der Hirnrinde, wie z.B. im visuellen Cortex, sind häufig selbst dann aktiv, wenn kein äußerer Stimulus vorliegt. Diese sogenannte Spontanaktivität tritt bereits zu einem Zeitpunkt in der frühen Entwicklung der Hirnrinde auf, an dem sich die ersten Verschaltungen zwischen den Neuronen zu bilden beginnen. Allerdings weiß man bislang nur sehr wenig über die Muster der Spontanaktivität im frühen Cortex. Hier soll untersucht werden, ob bereits im frühen visuellen Cortex spontane Aktivitätsmuster geordnete Strukturen aufzeigen, die das Gerüst für den Aufbau sensorischer Repräsentationen im erwachsenen Gehirn liefern. Konkret wird das Forscherteam hierfür die Rolle der Spontanaktivität bei der Entstehung der Orientierungskarte im visuellen Cortex des Frettchens untersuchen, welches ein wichtiges Modellsystem für kortikale Entwicklung darstellt. Das Forscherteam wird neuartige Techniken für die Expression von hochempfindlichen Nervenaktivitätsmarkern verwenden, um spontane und visuell evozierte Aktivitätsmuster von großen Populationen von Neuronen im frühen visuellen Cortex des Frettchens über mehrere Wochen hinweg zu verfolgen. Mit Hilfe von quantitativer Musteranalyse wird das Team die Struktur der Spontanaktivität im frühen visuellen Cortex charakterisieren und ihre Beziehung zu der Orientierungskarte im reifen Cortex beschreiben. Basierend auf den empirischen Ergebnisse wird das Team ein mathematisches Modell erstellen um prüfbare Implikationen der zentralen Hypothese abzuleiten. Die beiden Forscher erhoffen sich von diesem Projekt ein quantitatives Verständnis davon, wie die Interaktion von spontaner und sensorisch getriebener neuronaler Aktivität die Entwicklung kortikaler Schaltkreise beeinflusst.