Retinale Ensemblekodierung bewegter Stimuli
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Alle dem Gehirn zur Verfügung stehende visuelle Information wird von Ensembles retinaler Ganglienzellen (RGCs) übermittelt. Jedoch sind die retinalen Mechanismen der Kodierung visueller Information und insbesondere der Kombination mehrere Reizdimensionen (z.B. Lichtintensität, Wellenlänge, Geschwindigkeit) weitgehend unbekannt. Dieser grundlegenden Frage sind wir in diesem Teilprojekt nachgegangen, indem wir ein Spektrum von Kodierungshypothesen auf ihre Eignung zur Kodierung bewegter Reize testeten. Hierfür wurde die tatsächliche Reizsituation mit der Stimulusrekonstruktion verglichen, die wir aus den mit einem Multielektrodenarray (MEA) gemessenen RGC-Antworten vorhergesagt haben. So konnten wir zeigen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit über Speziesgrenzen hinweg besser durch einen Ratenkode repräsentiert wird, die Beschleunigung dagegen eher durch die Zeitstruktur der RGC-Antworten. Dieser Befund eröffnete die Möglichkeit, die gleichzeitige Kodierung mehrerer kombinierter Stimulusdimensionen zu verstehen. Hier zeigte sich, dass die Kodierungsleistung entscheidend von der Zusammenführung der Antworten einer Zellpopulation abhängen. Während die Integration aller RGC-Antworten eine sehr schnelle Stimulusschätzung nach einer Reizänderung ermöglicht, liefert die Zusammenführung von Antworten des gleichen Zelltyps eine höhere Schätzgenauigkeit. Im Rahmen dieses Projekts wurde des weiteren in fachübergreifenden Zusammenarbeiten Methodenentwicklung sowohl im Bereich von Verhaltensmessungen als auch im Kontext von Datenanalyse vorangetrieben. Insbesondere wurde eine Verhaltensapparatur zur Messung optomotorischer Reaktionen frei beweglicher Mäuse entwickelt und die Baupläne der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Die großen Datenmengen der retinalen Multielektrodenableitungen bildeten die Grundlage für eine interdisziplinäre Zusammenarbeit mit dem Bereich der angewandten Mathematik. Gemeinsam wurden Methoden der Erkennung von Reizänderungen und der Schätzung von Reizeigenschaften basierend auf neuronalen Antworten entwickelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) Aberrant function and structure of retinal ribbon synapses in the absence of complexins 3 and 4. J Cell Sci 22:1352-1361
Reim K, Regus-Leidig H, Ammermüller J, Radyushkin K, El Kordi A, Ehrenreich H, Brandstätter JH, Brose N
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(2012) Automated measurement of spectral sensitivity of motion vision during optokinetic behavior. Neurocomputing 84:3946
Kretschmer F, Ahlers MT, Ammermüller J, Kretzberg J
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(2012) High speed coding for velocity by archer fish retinal ganglion cells. BMC Neuroscience 13:69-82
Kretschmer V, Kretschmer F, Ahlers MT, Ammermüller J
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(2012) Munc13-independent vesicle priming at mouse photoreceptor ribbon synapses. J Neurosci 32:8040-8052
Cooper B, Hemmerlein M, Ammermüller J, Imig C, Reim K, Lipstein N, Kalla S, Kawabe H, Brose N, Brandstätter JH, Varoqueaux F
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(2012) The absence of Complexin 3 and Complexin 4 differentially impacts the ON and OFF pathways in mouse retina. Europ J Neurosci 36:2470-2481
Landgraf I, Mühlhans J, Dedek K, Reim K, Brandstätter JH, Ammermüller J
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(2013) A system for precise temperature control of isolated nervous tissue under optical access: its application to multi electrode recordings. J Neurosci Methods 219:83-91
Ahlers MT, Ammermüller J
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(2013) OMR-Arena: Automated Measurement and Stimulation System to Determine Mouse Visual Thresholds Based on Opto-motor Responses. PLoS ONE. 01/2013; 8(11):e78058
Kretschmer F, Kretschmer V, Kunze VP, Kretzberg J
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(2013) „Vision", Chapter 18, 363-425, in Galizia, Ledo (eds) Neurosciences, Springer 2013
Kretzberg, Jutta; Ernst, Udo
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(2014) Bivariate cumulative probit model for the comparison of neuronal encoding hypotheses. Biometrical Journal. 56(1): 23-43, 1/2014
Hillmann J, Kneib T, Koepcke L, Juárez Paz LM, Kretzberg J
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(2016) Single and multiple change point detection in spike trains: Comparison of different CUSUM methods. Frontiers Volume 10, Article 51
Koepcke L, Ashida G, Kretzberg J
