ModSynTrans - Mechanistische stochastische Modellierung und Implikationen von Informationsübertragung zwischen Nervenzellen

Die aktionspotentialgetriggerte Freisetzung von Botenstoffmolekülen ist die zentrale Komponente in der Kommunikation zwischen Nervenzellen und damit ein wesentliches Element der Hirnfunktion. Die Freisetzung der Botenstoffe (=Neurotransmission) ist nicht deterministisch, also vollkommen sicher vorhersagbar. Sie unterliegt stattdessen verschiedenen Störeinflüssen, zum Beispiel dem zeitlich unpräzisen Eintreffen von Aktionspotentialen, der probabalistischen Vesikelfusion, und dem verrauschten und daher unpräzisen Wiederauffüllen der Botenstoff-Pools. Dadurch wird der Prozess probabilistisch. Wie sich die Störeinflüsse in ihrer Gesamtheit auf die Wiedergabequalität der Kommunikation zwischen Nervenzellen auswirken, ist ein faszinierendes und ungelöstes Grundproblem. Der Hauptansatz des Projekts ist die Anwendung des mathematischen Formalismus stochastischer Hybridsysteme (SHSs). SHSs sind dynamische Systeme, die die Interaktion zwischen kontinuierlichen (zeitgetriebenen) und diskreten (ereignisgetriebenen) Dynamiken umfassen. Per SHSs sollen die Störeinflüsse quantifiziert und kontinuierliche Dynamik mit diskreten zufälligen Ereignissen der Botenstofffreisetzung kombiniert werden, um somit synaptische Übertragungsprozesse zu modellieren. Über die Integration der mathematischen Modelle mit experimentall per Elektrophysiologie in Hirnschnitten gewonnenen Datensätzen wird eine Plattfom geschaffen, mit der Modellvoraussagen getestet, neue Hypothesen formuliert und die synaptischen Übertragungsprozesse an unterschiedlichen auditorischen und hippocampalen Synapsen aufgeklärt werden können.