Sind die Regeln der dendritischen Verarbeitung in retinalen Ganglienzellen an die Statistik der natürlichen Umwelt angepasst?
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im natürlichen Habitat von Tieren sind unterschiedliche visuelle Informationen in verschiedenen Teilen des Gesichtsfeldes vorhanden und fallen daher auf verschiedene Netzhautregionen. So wird beispielsweise die Welt vieler Versuchstiere durch den Horizont halbiert: Bei Mäusen tauchen Raubtiere eher im oberen Gesichtsfeld auf, während Nahrung eher im unteren Gesichtsfeld zu finden ist. Um überlebenswichtige Informationen effizienter und robuster zu kodieren, wird angenommen, dass das visuelle System an die Statistiken der natürlichen Umgebung angepasst ist. Diese Anpassung beginnt bereits in der Netzhaut, die oft in verschiedene Zonen unterteilt werden kann: In diesen scheint beispielsweise die spektrale Zusammensetzung der Photorezeptorenpopulation auf bestimmte Aufgaben spezialisiert zu sein, wie z.B. die Erkennung von Raubvögeln bei Mäusen oder die Jagd auf Paramecien bei Zebrafischlarven. Derzeit beginnen wir gerade erst diese regionalspezifischen Anpassungen zu verstehen. Ohne eine genaue Kenntnis der regionalen Schaltkreise und der zugrundeliegenden Anpassungsmechanismen ist es jedoch schwierig, ein umfassendes Verständnis davon zu erlangen, wie die Retina die natürliche visuelle Umgebung eines Tieres verarbeitet. In diesem Projekt konzentrierten wir uns auf die Ausgangsneuronen des retinalen Netzwerks, die retinalen Ganglienzellen. Bei diesen Zellen können Veränderungen in der dendritischen Morphologie auf regionale Spezialisierungen hinweisen. Daher untersuchten wir die Regeln, nach denen die Dendritenbäume der Ganglienzellen die Eingangssignale der präsynaptischen Schaltkreise integrieren. Wir fragten, ob und wie sich diese Regeln abhängig vom Ort auf der Netzhaut verändern, und wie solche Anpassungen zu einer effizienten Verarbeitung der natürlichen visuellen Umgebung beitragen könnten. Mit Hilfe funktioneller Bildgebung von Ganglienzelldendriten, morphologischer Rekonstruktion und computergestützter Modellierung untersuchten wir, wie verschiedene Typen von Ganglienzellen in der Maus die synaptischen Eingangssignale der vorgeschalteten Schaltkreise verarbeiten. Hier interessiert uns besonders, wie regionale Variationen im dendritischen Integrationsprofil eines Ganglienzelltyps zur Kodierung der natürlichen Szene beitragen können, die auf die entsprechenden Netzhautregionen fällt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Type-specific dendritic integration in mouse retinal ganglion cells. Nature Communications, 11(1).
Ran, Yanli; Huang, Ziwei; Baden, Tom; Schubert, Timm; Baayen, Harald; Berens, Philipp; Franke, Katrin & Euler, Thomas
-
Analytic Pearson residuals for normalization of single-cell RNA-seq UMI data. Genome Biology, 22(1).
Lause, Jan; Berens, Philipp & Kobak, Dmitry
-
Estimating smooth and sparse neural receptive fields with a flexible spline basis. Neurons, Behavior, Data analysis, and Theory, 5(3).
Huang, Ziwei; Ran, Yanli; Oesterle, Jonathan; Euler, Thomas & Berens, Philipp
-
Retinal horizontal cells use different synaptic sites for global feedforward and local feedback signaling. Current Biology, 32(3), 545-558.e5.
Behrens, Christian; Yadav, Shubhash Chandra; Korympidou, Maria M.; Zhang, Yue; Haverkamp, Silke; Irsen, Stephan; Schaedler, Anna; Lu, Xiaoyu; Liu, Zhuohe; Lause, Jan; St-Pierre, François; Franke, Katrin; Vlasits, Anna; Dedek, Karin; Smith, Robert G.; Euler, Thomas; Berens, Philipp & Schubert, Timm
-
Compound models and Pearson residuals for single-cell RNA-seq data without UMIs.
Lause, Jan; Ziegenhain, Christoph; Hartmanis, Leonard; Berens, Philipp & Kobak, Dmitry
-
Sustained ON alpha retinal ganglion cells in the temporal retina exhibit task-specific regional adaptions in dendritic signal integration.
Oesterle, Jonathan; Ran, Yanli; Stahr, Paul; Kerr, Jason ND; Schubert, Timm; Berens, Philipp & Euler, Thomas
