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Projekt
Mechanismen der Phasenkopplung von Hörnervenfasern: ein Modellierungsansatz
Antragsteller
Professor Dr. Peter Heil
Fachliche Zuordnung
Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Förderung
Förderung von 2012 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217863086
Ein Kennzeichen der außergewöhnlich hohen zeitlichen Präzision des Hörsystems ist die Phasenkopplung neuronaler Entladungen (Spikes) von primären Afferenzen (Hörnervenfasern) und manchen zentralen Neuronen auf die Feinstruktur akustischer Reize. Phasenkopplung zeigt sich in einer ungleichmäßigen Verteilung von Spikes über die Dauer eines Stimulus-Zyklus, hinunter bis ca. 200 µs (abhängig von der Spezies), und einer zeitlichen Streuung der Spikes von 30 µs. Phasengekoppelte Spikes erscheinen essentiell für Schalllokalisation und Wahrnehmung von Tonhöhe, einer wichtigen Eigenschaft von Musik und Sprache. Aus der Phasenkopplung primärer Afferenzen lassen sich auch Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften der Cochlea ziehen. Im Projekt haben wir bisher ein einfaches Modell entwickelt, welches die momentane Spike-Wahrscheinlichkeit über einen Stimulus-Zyklus hinweg akkurat beschreibt, und dies als Funktion der Stimulus-Frequenz und -Amplitude. Eine wesentliche Forderung des Modells ist die Existenz einer dynamischen Boltzmann-artigen Übertragungsfunktion, die sich schnell an die vorherrschende Stimulus-Amplitude anzupassen scheint. Wir haben zudem ein Modell eines dynamischen Vesikel Vorrates in den Ribbon-Synapsen der inneren Haarzelle (IHZ) entwickelt, welches Spike Statistiken der primären Afferenzen, wie Inter-Spike Intervall Verteilungen, serielle Intervall Korrelationen, Spikezahl Verteilungen, etc., während ihrer Spontanaktivität akkurat beschreibt. Wir planen jetzt diese beiden Modelle zu kombinieren und so auch die Spike Statistiken während schall-evozierter, phasen-gekoppelter Aktivität beschreibt. Außerdem ist geplant, die zeitliche Dynamik der Boltzmann Übertragungsfunktion zu mit Hilfe der Reaktionen von primären Afferenzen auf neue Multi-Amplituden Stimuli zu charakterisieren, und auf der Ebene individueller Zyklen zu untersuchen. Wir wollen zudem die allgemeinere Gültigkeit unserer Modelle durch Anwendung auf Daten von primären Afferenzen von Vögeln und bestimmten Mausmutanten mit veränderten Ribbon Synapsen überprüfen. Unsere Arbeit wird helfen, die Schlüsselmechanismen zu identifizieren, die diese bemerkenswerten Eigenschaften ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
