Die kontnuierliche Stabilisierung von Gedächtnisinhalten basierend auf verschiedene adaptive Prozesses in neuronalen Netzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Tetzlaff
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419866478

Erst die Fähigkeit von Menschen und Tieren zu lernen und neue Gedächtnisinhalte zu bilden, ermöglicht es ihnen in komplexen, sich verändernden Umgebungen zu überleben. Es ist jedoch wenig darüber bekannt auf welche Weise neuronale und synaptische Prozesse miteinander interagieren müssen, damit manche Reize aus der Umgebung (bzw. deren Inhalte) gespeichert werden können, während andere außer Acht gelassen und vergessen werden. Unklar ist insbesondere, wie Gedächtnisinhalte in neuronalen Netzen stabilisiert werden können, um für längere Zeiten erhalten zu bleiben, zumal das neuronale Substrat sehr variabel ist und sich innerhalb der Lebensdauer einer Erinnerung erheblich verändern kann.In anderen Worten, Formierung, Konsolidierung und Langzeitstabilisierung von Gedächtnisinhalten sind dynamische Mechanismen, welche auf verschiedenen neuronalen und synaptischen Prozessen basieren. Diese Prozesse laufen auf unterschiedlichen Zeitskalen ab und ihre Eigendynamiken und Interaktionsdynamiken sind nur teilweise verstanden. In dem hier beschriebenen theoretischen Projekt planen wir die Entwicklung eines mathematischen Modells zur Beschreibung und Analyse von Formierung, Konsolidierung und Stabilisierung. Der zentrale Fokus liegt auf den zugrundeliegenden neuronalen und synaptischen Prozessen und ihren Interaktionen. Ziel dieser Arbeiten ist es, unser Verständnis von der Dynamik von Gedächtnisinhalten zu verbessern.Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Konsolidierung oder Stabilisierung von Gedächtnisinhalten ein mehrstufiger Prozess ist. Im ersten Schritt nehmen wir an, dass abhängig von der Intensität externer Reize, die komplexe Interaktionsdynamik zwischen der synaptischen Konsolidierung und schlaf-induzierten Netzwerkkonsoliderung zur Bildung von miteinander stark verknüpften Gruppen von Neuronen führt – sogenannte "Cell Assemblies", die im Allgemeinen das neuronale Substrat von Gedächtnisinhalten bilden – und daraufhin manche dieser Cell Assemblies verstärkt werden und andere nicht (Selektion durch Konsolidierung). Konsolidierung hält also Gedächtnisinhalte im Netzwerk länger aufrecht, sodass nun auch die sehr langsamen Prozesse der Strukturplastizität Einfluss nehmen können und die Cell Assemblies durch die Bildung neuer Synapsen noch weiter verfestigen (Langzeitstabi-lisierung). Das Ergebnis dieser Arbeiten soll daher ein Modell sein, das die Dynamik von Gedächtnisinhalten über verschiedene Zeitskalen beschreibt. Dies ermöglicht die Untersuchung der zugrundeliegenden neuronalen und synaptischen Dynamiken zur kontinuierlichen Stabilisierung von Gedächtnisinhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen