Der Zusammenhang von hippocampalen CA3 Sequenzen und Ortsrepräsentationen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Hippocampus von Säugetieren findet man zeitlich aufeinander abfolgende neuronale Aktivierung von Neuronen, die sich als Repräsentation einer räumlichen Trajektorie interpretieren lassen. Die Funktion derartiger “Sequenzen” ist allerdings nicht hinreichend erforscht. Manche Theorien vermuten dass diese Sequenzen mit Planung und Navigation zusammenhängen, andere sehen einen Bezug zur Gedächtniskonsolidierung. Es gibt allerdings auch Hinweise, dass zumindest manche dieser Sequenzen bereits auftreten, noch bevor das Tier eine entsprechende Erfahrung in einer räumlichen Umgebung gemacht hat, aber posthoc als Trajektorie dort interpretiert werden können. Dies läßt vermuten, dass die senso-motorische Erfahrung während Sie passiert auf diese bereits vorhandenen Sequenzen abgebildet werden könnte. Im abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde nun ein computationales Modell entwickelt, welches die Plausibilität eines derartigen Mechanismuses nachweist und gleichzeit experimentelle Vorhersagen macht. Diese Vorhersagen wurden ebenfalls in bereits vorhandenen Daten überprüft. So zeigt unsere Modellierung und Analyse, dass manche Sequenzen besonders sichtbar sind, wenn ein Tier sich in einer bestimmeten Richtung fortbewegt, und dass dies hauptsächliche in der CA3 Region des Hippocampus zu finden ist. Ausserdem konnten wir zeigen, dass bereits vorher existierende Sequenzen nützlich sind um räumliche Repräsentationen zu lernen die für Navigationsaufgaben geeignet sind. Außerdem zeigte unsere Modellierung, dass intrinsische Sequenzen auch vor dem Hintergrund einer stärkeren senso-motorisch getriebenen Aktivität detektierbar sind und so als Landmarken-Signale, die unabhängig von der Trajketorie sind, genutzt werden können. Kleine Modulationen hippocampaler Ortzell-Akivität haben somit einen reliablen, von der Encodierung der Trajektorie unabhängigen, Informationsgehalt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Model for Navigation in Unknown Environments Based on a Reservoir of Hippocampal Sequences.
Leibold, Christian
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A model for navigation in unknown environments based on a reservoir of hippocampal sequences. Neural Networks, 124, 328-342.
Leibold, Christian
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Directional Tuning of Phase Precession Properties in the Hippocampus.
Yiu, Yuk-Hoi; Leutgeb, Jill K. & Leibold, Christian
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Distinct directional modulations of hippocampal theta scale spike timing in areas CA1 and CA3. Cosyne 2021
Y.-H. Yiu, J.K. Leutgeb & C. Leibold
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Graded remapping of hippocampal ensembles under sensory conflicts. Cell Reports, 36(11), 109661.
Fetterhoff, Dustin; Sobolev, Andrey & Leibold, Christian
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Directional Tuning of Phase Precession Properties in the Hippocampus. The Journal of Neuroscience, 42(11), 2282-2297.
Yiu, Yuk-Hoi; Leutgeb, Jill K. & Leibold, Christian
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Neural Kernels for Recursive Support Vector Regression as a Model for Episodic Memory.
Leibold, Christian
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Neural kernels for recursive support vector regression as a model for episodic memory. Biological Cybernetics, 116(3), 377-386.
Leibold, Christian
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Theta Sequences in a 2D Space: An Integrated Model of Extrinsic and Intrinsic Encoding in the Hippocampus. Bernstein Conference 2023; IV 134
Y.-H. Yiu & C. Leibold
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A theory of hippocampal theta correlations accounting for extrinsic and intrinsic sequences. eLife, 12.
Yiu, Yuk-Hoi & Leibold, Christian
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A Theory of Hippocampal Theta Correlations: Extrinsic and Intrinsic Sequences.
Yiu, Yuk-Hoi & Leibold, Christian
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Encoding 2D space with extrinsic and intrinsic theta sequences: A hippocampus model. SFN 2023; PSTR438.14 / VV48
Y.-H. Yiu & C. Leibold
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Rigid theta sequences in the hippocampal CA3 area shape phase precession directionality in 2-D space. 7th HBP Student Conference, Madrid
Y.-H. Yiu, J. Leutgeb & C. Leibold
