Multiskalen-Adaptation in Sinnesbahnen des Gehirns

• Antragstellerin: Dr. Amalia Papanikolaou
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318826974

Das Gehirn wird ständig durch Erfahrungen verändert; diesen Vorgang nennt man erfahrungsabhängige Plastizität. Die Kenntnis der diese Plastizität ermöglichenden Mechanismen des Gehirns ist von hoher Bedeutung für das Verständnis von Wahrnehmung, Lernen und Gedächtnis, doch ebenso für das Verständnis darüber, wie sich das Gehirn nach Schädigungen oder Erkrankungen wieder erholt. Eine markante Form der schnellen erfahrungsabhängigen Plastizität ist die durch Adaptation verursachte. Adaptation ist der Prozess, in dessen Verlauf sich das Gehirn an die aktuelle sensorische Umwelt anpasst. Die Effekte der Adaptation sind während aller Stufen der Sinnesverarbeitung sichtbar sichtbar und es konnte gezeigt werden, dass sie über viele verschiedene Zeiträume hinweg auftreten. Die Mechanismen dieser Effekte und deren funktionelle Rolle bleiben jedoch unklar. Im Rahmen dieses Projekts soll die Abhängigkeit der Hirnreaktionen vom statistischen Stimulationsverlauf über verschiedene Zeiträume hinweg untersucht werden. Zur Messung der Adaptationseffekte sollen sowohl die funktionelle HF-fMRT als auch die Multielektroden-Elektrophysiologie zum Einsatz kommen, wobei das visuelle System der Maus als Modellsystem dient. Die erste Versuchsreihe wird zeigen, wie verschiedene Adaptationszeiträume über verschiedene Hierarchiestufen und Parallelströme des visuellen Systems hinweg erhalten werden. Simultane Messungen verschiedener Hirnareale werden durchgeführt, um herauszufinden, wie die Adaptation über verschiedene Zeiträume hinweg die Empfindlichkeit und Koordination von Neuronen über zwei Hauptbahnen des visuellen Systems beeinflusst: den Tractus retino-geniculo-corticalis und den Tractus retino-colliculo-corticalis. Es handelt sich um das erste Forschungsprogramm zur Untersuchung der Effekte der sensorischen Adaptation auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene. Die zweite Versuchsreihe verfolgt das Ziel, zum ersten Mal eine Beziehung zwischen Adaptation und Lernen festzustellen. Durch Multi-Unit-Elektrophysiologie und pharmakologische Methoden bei Mäusen soll untersucht werden, wie kurzfristige, durch Adaptation bedingte, Veränderungen im Gehirn in dauerhaftere Effekte umgewandelt werden. Dies wird die erste Studie, die einen kausalen Zusammenhang zwischen Adaptation und Lernen herstellt, und sie wird wertvolle Erkenntnisse über die funktionelle Rolle der visuellen Adaptation liefern. Die geplante Studie wird den beispiellosen Versuch unternehmen, eine Brücke zwischen zwei Formen der Plastizität (Adaptation und Lernen) zu schlagen, und dadurch das Verständnis der Beziehung zwischen sensorischer Kodierung und Verhalten voranbringen. Das gewonnene Wissen wird für das Verständnis der Plastizität der über mehrere Stufen des visuellen Systems hinweg verteilten Neuronen, deren Störung mit verschiedenen psychiatrischen Störungen wie Schizophrenie, Autismus-Störungen und Epilepsie in Verbindung gebracht wird, von hoher Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Samuel Solomon, Ph.D.