Einzelprojekt

2013 - „Computational Cajal" – Simulation der Struktur neuronaler Schaltkreise

Förderkennzeichen: 01GQ1406
Fördersumme: 1.351.662 EUR
Förderzeitraum: 2014 - 2019
Projektleitung: Dr. Hermann Cuntz
Adresse: Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)
Ruth-Moufang-Str. 1
60438 Frankfurt am Main

Im 19ten Jahrhundert hat der Neurowissenschaftler Santiago Ramón y Cajal damals neu entwickelte Färbemethoden genutzt um neuronale Schaltkreise sorgfältig zu beobachten und in künstlerischen Zeichnungen zu verewigen. Diese Arbeit führte zu den bisher grundlegendsten Entdeckungen in den Neurowissenschaften. Dank Innovationen in der Mikroskopietechnik und Genetik kann man heutzutage wieder neuronale Schaltkreise auf völlig neuartige Weise untersuchen. Dennoch ist weiterhin weitestgehend unbekannt, nach welchen Prinzipien sich einzelne Nervenzellen zu Schaltkreisen vernetzen. Gibt es überhaupt einen grundsätzlichen Verschaltungscode? Wie entstehen diese Verbindungen zwischen Nervenzellen? Was für Auswirkungen könnten solche Verschaltungsprinzipien auf Verrechnungen im Gehirn haben? In dem folgenden Projekt wird die Struktur des Netzwerks, wie sie in der Biologie beobachtet wird, genutzt, um die Geheimnisse von Verschaltungen und Verrechnungen im Netzwerk zu lüften. Dies ist möglich, da die Struktur sowohl von der Verschaltung, als auch von ihrer Rolle bei Verrechnungen im Gehirn gleichermaßen diktiert wird. Die Entstehung von biologischen neuronalen Schaltkreisen wird ähnlich wie Ramón y Cajal sie damals auf Papier nachzeichnete, in Modellen am Computer nachsimuliert. I.1) Methoden für quantitative morphologische Modelle mit Zeitkomponente. I.2) Morphologisches Modell der Entwicklung von der Fliegenlarve. I.3) Morphologisches Modell von struktureller Plastizität im Gyrus Dentatus. I.4) Morphologisches Modell der Entwicklung vom Kleinhirn. II.1) Mophologisches Modell von Axontrakten. II.2) Morphologisches Modell von weiteren Anordnungen in neuronalen Schaltkreisen. III.1) Morphologische Modelle und Funktion in der einzelnen Nervenzelle. III.2) Morphologische Modelle von verschiedenen typischen Eingangskonfigurationen. IV.1) Morphologische Modelle und LFP Simulationen. IV.2) Komplette morphologische Modelle von ausgewählten Schaltkreisen.