Das dynamische Konnektom: Ein Balanceakt
Die exakte Balance von Erregung und Hemmung ist essentiell, um die Großhirnrinde in einem gesunden und funktionellen Regime zu halten. Interessanterweise ist die Netzwerkonfiguration, i.e. das Konnektom, der Großhirnrinde auch unter basalen Bedingungen äußerst dynamisch. Es ist jedoch unklar, wie vor dem Hintergrund eines dynamischen Konnektoms die Balance von Erregung und Hemmung etabliert und aufrechterhalten wird. In diesem Antrag stellen wir die Hypothese zur "Selbstorganisation der Balance von Erregung und Hemmung" vor, die besagt, dass der Umsatz von erregenden und hemmenden Synapsen koordiniert ist, um ihren Gesamtbeitrag auszubalancieren, und dass diese Balance spontan durch die Interaktion von unterschiedlichen Plastizitätsmechanismen als ein dynamisches Gleichgewicht entsteht.
Wir wollen diese Hypothese testen, indem wir
- chronische in vivo Mikroskopie von erregenden und hemmenden Synapsen verwenden, um das dynamische kortikale Konnektom in noch nicht da gewesenem Maßstab zu vermessen,
- automatisierte Techniken zur Bildanalyse entwickeln, um gleichzeitig Änderungen in großen Populationen von erregenden und hemmenden Synapsen genau und objektiv messen zu können und
- diese Daten benutzen, um ein theoretisches Netzwerkmodell bauen und beschränken zu können, mit dem wir wiederum diese synaptischen Änderungen mit Hilfe eines Satzes von nur wenigen Lernregeln beschreiben.
Wir werden dann dieses Modell benutzen, um den Einfluss einer Verstärkung der Hemmung auf erregende und hemmende Synapsen vorherzusagen und diese Vorhersagen in vivo mit Hilfe von Diazepam, einem weitverwendeten positiven Modulator GABAerger Transmission, zu testen. Die in diesem Antrag beschriebenen Studien werden ein Licht auf die dynamische Natur des Konnektoms und die Mechanismen werfen, die die exquisite Balance zwischen Erregung und Hemmung im Gehirn entstehen lassen. Unsere Studie hat translationale Implikationen, da gezeigt wurde, dass eine unzureichende Balance von Erregung und Hemmung zu Formen psychischer Störungen wie auch der Entstehung von Epilepsie zugrunde liegen kann.
Projektleitung
FIAS: Prof. Dr. Jochen Triesch und Prof. Dr. Matthias Kaschube
Johannes Gutenberg-Universität, Mainz: Prof. Dr. Simon Rumpel
Dieses gemeinschaftliche Projekt ist Teil des Schwerpunktprogramms „Computational Connectomics“ (SPP 2041).
