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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Funktion neuronaler Schaltkreise

Leiter der Arbeitsgruppe: Prof. Dr. Dirk Feldmeyer

Die Arbeitsgruppe "Funktion neuronaler Schaltkreise" beschäftigt sich mit strukturellen und funktionellen Aspekten synaptischer Transmission und ihrer Modulation auf der Ebene von neuronalen Netzwerken, einzelnen Neuronen und Synapsen des Neokortex während der Entwicklung und im adulten Zustand.

Als Modellsystem dient hierbei der somatosensorische Kortex der Nager und hier spezifisch das so genannte Barrel-Feld. In akuten Hirnschnitten werden individuelle neuronale Schaltkreise in einer kortikalen Kolumne, der Funktionseinheit des Neokortex, im Detail untersucht. Unser Langzeitziel ist die strukturelle und funktionelle Organisation von Neuronen und deren synaptischen Verbindungen in einer kortikalen Kolumne in ihrer Gesamtheit aufzuklären und letztendlich zu modellieren.
Es ist bis heute relativ ungeklärt, wie die endgültige Verschaltung der kortikalen Kolumne entsteht. Die Fragen, die die Arbeitsgruppe in diesem Zusammenhang bearbeitet, sind, inwieweit transiente und persistierende neuronale Verbindungen in frühe Netzwerke eingebunden sind und welche Rolle sie bei der Etablierung der kortikalen Kolumne spielen.

AG Funktion neuronaler Schaltkreise

Neocorticales Acetylcholin (ACH) verstärkt Singale durch Erhöhung der Amplitude und dem Verhältnis von Signal zu Hintergrundrauschen. Bislang wurde angenommen, daß dieser Effekt auf die erhöhte Fähigkeit kortikaler Neuronen Transmitter freizusetzen zurückzuführen ist. Spiny neurons in Schicht 4 des Barrel Cortex bildet eine Ausnahme, wie wir mit Ganzzellableitungen zeigen konnten. Im Gegensatz zu Schicht 2/3 Pyramidenzellen werden Spiny Neurons, Ziel thalamokortikaler Eingänge, durch ACH gehemmt. ACH kann durch diese unterschiedlichen, schichtspezifischen Effekte in Schicht 4 als ein Filter schwacher Signaleingänge fungieren.

Auf der Basis von in vitro und in vivo Daten wurde ein mathematisches Modell einer synaptischen Verbindung in einer kortikalen Kolumne, der kleinsten informations-verarbeitenden Einheit des Neokortex erstellt. Dies ist ein erster Schritt in der Beschreibung, wie ein neuronales Netzwerk eingehende sensorische Signale darstellt.

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Legende

Monosynaptische Verbindung im somatosensorischen Kortex. Eine präsynaptische Sternzelle der Lamina 4 (Dendriten, rot; Axon, blau) bildet exzitatorischen Synapsen mit ihrer postsynaptischen Zielzelle, einer Pyramidenzelle der Lamina 2/3 (Dendriten, schwarz; Axon, grün). Zwei benachbarte kortikale 'Barrel' sind grau markiert; die kortikale Schichtung ist am Ende des Films auf der linken Seite sichtbar.


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