Erweiterung der Standard Gleichgewichtstheorie für kortikale Netzwerke: Multiple Zeitskalen in kortikalen Dynamiken

• Antragstellerin: Dr. Farzad Farkhooi
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321340255

Die Gleichgewichtshypothese wurde im Computational Neuroscience entwickelt, um zeitliche Irregularitäten in der Aktivität kortikaler Netzwerke zu beschreiben. Die jetzige Form dieses sogenannten Standardmodells (SM) kann jedoch die auf mittleren Zeitskalen, in der Größenordnung zwischen zehn und mehreren hundert Millisekungen, zu beobachtenden Fluktuationen in der Aktivität nicht erklären. Der vorliegende interdisziplinäre Projektantrag hat das Ziel, das SM in dieser Hinsicht zu erweitern. Konkret sollen drei bislang vernachlässigte biophysikalische Eigenschaften integriert werden: Konnektivitätsmuster in der Netzwerkstruktur, langsame und heterogene zelluläre Dynamiken, sowie nichtlineare Verarbeitungsprozesse im Dendritenbaum. Diese drei bislang vernachlässigten biophysikalischen Attribute sollen daraufhin untersucht werden, ob und inwieweit sie die Dynamik kortikaler Netzwerke auf Zeitskalen jenseits der Membranzeitkonstanten beeinflussen können. Um unser Modell mit experimentellen Beobachtungen in Einklang zu bringen, müssen zusätzlich die synaptischen Kopplungsstärken geeignet skaliert werden. Das vorgeschlagene Projekt wird daher auch den Einfluss unterschiedlicher Skalierungen für realistische kortikale Netzwerke untersuchen. Zur Erreichung dieser Ziele verwenden wir Methoden aus der statistischen Mechanik, der nichtlinearen Dynamik und der stochastischen Analysis in Kombination mit numerischen Simulationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen