Sind die Regeln der dendritischen Verarbeitung in retinalen Ganglienzellen an die Statistik der natürlichen Umwelt angepasst?

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Berens; Professor Dr. Thomas Euler
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426723648

In der natürlichen Umgebung von Tieren ist visuelle Information in der Regel nicht gleichmäßig verteilt. Damit können unterschiedliche Bereiche der Retina auch unterschiedliche Information erhalten. Zum Beispiel wird die visuelle Welt von landlebenden Tieren vom Horizont geteilt: Für eine Maus ist es wahrscheinlicher, dass Fressfeinde im oberen Teil des Gesichtsfeldes auftauchen, während Futter eher im unteren Teil zu finden ist. Es wird angenommen, dass das visuelle System an die Statistik der natürlichen Umgebung angepasst ist, um Überlebens-relevante Information effizient und robust zu verarbeiten. Diese Anpassung zeigt sich bereits daran, dass die Retina oft in verschiedene Zonen eingeteilt ist. Schon die Verteilung und spektrale Empfindlichkeit der Photorezeptoren kann auf bestimmte Aufgaben spezialisiert sein – wie z.B. die Detektion von Raubvögeln bei Mäusen oder Jagd auf Pantoffeltierchen bei Zebrafischlarven. Wir wissen über solche regionalen Anpassungen und die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen bisher nur wenig. Dieses Wissen ist aber notwendig, um zu verstehen, wie die Retina die natürliche visuelle Umgebung verarbeitet.In diesem Projekt werden wir uns auf die Ausgangsneurone der Netzhaut, die Ganglienzellen konzentrieren. Zumindest einige Ganglienzelltypen ändern die Morphologie ihres Dendritenbaums je nach Retinaregion, was auf eine regionale Spezialisierung hinweisen könnte. Wir planen daher zunächst, die Regeln zu extrahieren, nach denen Ganglienzelldendriten Signale integrieren, um dann zu untersuchen, ob und wie sich diese Verarbeitungsregeln über die Retina verändern. Danach wollen wir analysieren, wie regionale Anpassungen die effiziente Verarbeitung von natürlichen Stimuli unterstützen könnte.Wir werden die dendritische Aktivität von Ganglienzellen in der Mäuseretina messen, die Zellen rekonstruieren und Computermodelle entwickeln. Anhand der so gewonnenen „dendritischen Integrationsprofile“ werden wir untersuchen, wie unterschiedliche Typen von Ganglienzellen synaptische Signale aus dem retinalen Netzwerk prozessieren und wie eine regional angepasste dendritische Verarbeitung dazu beitragen könnte, den in der untersuchten Retinaregion abgebildeten Teil der natürlichen Umgebung zu verarbeiten. Anhand der in unterschiedlichen Retinaregionen gemessenen Daten werden wir "minimalistische" biophysikalische Ganglienzellmodelle entwickeln, um so fundamentale Parameter zu ermitteln, die Ganglienzellfunktion bestimmen. Neben Erkenntnissen zur dendritischen Verarbeitung erwarten wir von diesem Projekt besser zu verstehen, welchen Beitrag die Ganglienzellen selbst zu den mehr als 32 parallelen Ausgangskanälen der Retina leisten (Ziel 1). Wir erwarten Erkenntnisse darüber, wie sich die Funktion der untersuchten Ganglienzelltypen über die Retina und in Abhängigkeit von der Stimulusstatistik ändert (Ziel 2) und was die zugrundeliegenden Prinzipien dieser regionalen Anpassung sind (Ziel 3).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen