OriginAct - Die Entstehung von räumlich kohärenter, modularer Aktivität im Neokortex

Zu verstehen, wie die Struktur von Hirnaktivität von den Eigenschaften der neuronalen Schaltkreise abhängt, ist ein Schlüsselproblem der Computational Neuroscience und der Systemneurowissenschaften. Die kortikale Aktivität bei Primaten und Karnivoren zeigt zwei grundlegende Eigenschaften: sie ist modular, d. h. sie setzt sich zusammen aus einer großen Anzahl aktiver Domänen (mit einer typischen Ausdehnung von ca. einem halben Millimeter) und sie ist räumlich kohärent, d. h. diese aktiven Domänen sind selbst noch über größere Distanzen (mehrere Millimeter) hinweg funktional miteinander verbunden. Das Ziel dieses Projektes besteht darin, mögliche Mechanismen für die Entstehung kohärenter, modularer Aktivität im Kortex anhand von Modellen zu untersuchen, experimentell überprüfbare Vorhersagen abzuleiten und diese dann in geeigneten Experimenten zu testen. Ein vielversprechender Weg zu diesem Ziel - den die hier vorgeschlagene Forschung beschreitet - besteht darin, die hochempfindliche Kalzium-Bildgebung der spontanen neuronalen Aktivität im frühen Gehirn mit adäquaten Computermodellen neuronaler Schaltkreise zu kombinieren und Vorhersagen dieser Modelle durch Manipulation spezifischer Schaltkreiskomponenten zu testen. Durch Erweiterung dieser Ansätze außerhalb des primären visuellen Kortex soll zudem ergründet werden, ob ähnliche Mechanismen auch in anderen kortikalen Arealen eine Rolle spielen. Es ist zu erwarten, dass sich die gewonnenen Einsichten zum Teil auch auf das Gehirn des Menschen übertragen lassen. Das Projekt ist zugeschnitten auf die Förderinitiative "Multilaterale Zusammenarbeit in Computational Neuroscience: Deutschland – USA – Israel – Frankreich" und basiert auf einer engen Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Neurobiologen Dr. Gordon B. Smith an der University of Minnesota (UMN), der für alle Experimente, die Teil dieser interdisziplinären Zusammenarbeit sind, verantwortlich ist.