Einzelprojekt

2012 - Störungsresistente neuronale Netze im Motorcortex

Förderkennzeichen: 01GQ1301
Fördersumme: 1.499.640 EUR
Förderzeitraum: 2015 - 2020
Projektleitung: Dr. Ilka Diester
Adresse: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Biologie, Institut für Biologie III
Schänzlestr. 1
79104 Freiburg

Ziel dieses Projektes ist es, die lokalen Kontrollmechanismen zu verstehen, die ungewollte Bewegungen verhindern. Dies wird mit einer neuen Technik - der Optogenetik - untersucht. Mit dieser Technik können Subpopulationen von Nervenzellen durch Licht sehr präzise manipuliert und lokale neuronale Aktivitäten stark beeinflusst werden. Durch optische Stimulation bestimmter Nervenzellen können auch Bewegungen künstlich erzeugt werden. Der zeitliche Verlauf der künstlich erzeugten Bewegungen kann unerwartet komplex sein. Dies deutet daraufhin, dass neuronale Netze der  künstlich erzeugten - als Störung empfundenen - Bewegung entgegenwirken. Die zugrundeliegenden Mechanismen dafür sind unklar. Eine Hypothese ist, dass robuste neuronale Berechnungen basierend auf einer fehlerresistenten Architektur derjenigen Nervenzell-Populationen, die an der Erzeugung einer bestimmten Bewegung beteiligt sind, diese lokale Störungen unter Kontrolle bringen können. Dies könnte entweder im Motorcortex ablaufen oder subkortikale Areale (v.a. thalamische Knoten) miteinbeziehen. Diese Hypothese soll überprüft werden, indem vorläufige Befunde experimentell und rechnerisch bestätigt und in ein konzeptionelles Gerüst eingebaut werden, das die erhobenen Daten interpretiert.  Der Forschungsansatz kombiniert mehrere experimentelle Methoden, nämlich Mehrkanalableitungen von neuronalen Populationsantworten sowie optogenetische und elektrische Stimulationsmethoden. Zusätzlich werden Bewegungen in 3D rekonstruiert und mit den neuronalen Signalen korreliert. Die Versuche werden in Nagern durchgeführt. Um die gewonnenen Ergebnisse zu deuten, wird ein theoretisches Gerüst entwickelt, in das die neuen Daten nach und nach eingefügt werden. Als solches Gerüst dienen sogenannte ‚Kleine-Welt-Netzwerke‘ , die den anatomischen und funktionellen Gegebenheiten des Gehirns entsprechen.