Neuronale Populationsdynamik und Konnektivität


Jüngste technische Fortschritte ermöglichen es, Gehirnsignale von über 100 Stellen gleichzeitig während Verhaltensaufgaben bei Affen aufzuzeichnen. Aus diesen Signalen lassen sich die Aktionspotenziale, sogenannte Spikes, zahlreicher Neuronen erkennen. Dieser erweiterte Zugang zu ganzen Neuronenpopulationen hat einen Paradigmenwechsel bewirkt – weg von der Analyse verhaltensabhängiger Aktivitätsänderungen einzelner Neuronen hin zur Untersuchung kollektiver Aktivitätsmuster, der sogenannten neuronalen Populationsdynamik.
Diese Verschiebung erforderte neue Analysetools, „Dimensionsreduktionsmethoden“, die verhaltensabhängige Muster in der kollektiven Aktivität aufdecken. Die Kombination aus gleichzeitigen Aufzeichnungen und dieser neuen Analysenmethoden hat vielfältige neue Erkenntnisse gebracht, wie ein besseres Verständnis der Initiierung und Kontrolle von Bewegungen und von Entscheidungsprozessen. Wir nutzen und entwickeln Simultanaufzeichnungen und Methoden der Dimensionalitätsreduktion um die neuronale Populationsdynamik zu untersuchen, die den Greifbewegungen der Hand, der Steuerung von Gehrin-Maschine-Schnittstellen und den Entscheidungsprozessen in verschiedenen Hirnregionen zugrunde liegt.
Die Aufzeichnung großer Neuronenpopulationen ermöglicht es auch, die Netzwerkinteraktionen dieser Neuronen zu untersuchen. Eine Vielzahl verschiedener Netzwerkinteraktionsanalysen ermöglicht es, Ko-Aktivierungen von Neuronen abzuschätzen, wie auch auf anatomische Verbindungen zwischen Neuronen zu schließen. Wir setzen diese Methoden ein, um die Struktur neuronaler Netzwerke innerhalb und zwischen Hirnregionen und ihre Bedeutung für die verhaltensbezogene Informationsverarbeitung zu untersuchen. Darüber hinaus untersuchen wir, wie die rhythmische Aktivität innerhalb dieser Netzwerke die Netzwerkkommunikation und -verarbeitung beeinflusst.