Contextual modulation of neural responses in the bat auditory cortex
Final Report Abstract
Das Projekt untersuchte, wie akustischer Kontext die sensorische Verarbeitung im auditorischen Kortex beeinflusst, wobei Fledermäuse als Modellsystem dienten. Im Verlauf des Projekts entstanden zwei Publikationen, die wesentliche Fortschritte für das Verständnis kontextabhängiger neuronaler Kodierung lieferten. Die erste Studie zeigte, dass neuronale Antworten auf natürliche Laute stark vom vorangehenden akustischen Kontext abhängen (https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0873-21.2021). Insbesondere können Neurone, die bei isolierter Darbietung von Reizen unselektiv erscheinen, innerhalb natürlicher Lautsequenzen hoch selektiv werden (und umgekehrt). Diese Ergebnisse stellen traditionelle Ansätze infrage, die auf vereinfachten Stimuli basieren, und legen nahe, dass auditorische Verarbeitung in natürlichen Umgebungen grundsätzlich kontextabhängig ist. Ein begleitendes Computermodell zeigte zudem, dass sich diese Effekte durch konvergierende thalamokortikale Eingänge mit unterschiedlicher Frequenzabstimmung und Adaptationsdynamik erklären lassen. Die zweite Studie erweiterte diese Ergebnisse, indem sie untersuchte, wie Anästhesie die kontextabhängige Verarbeitung beeinflusst (https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002013). Durch die Kombination von in-vivo-Messungen und computergestützter Modellierung konnte gezeigt werden, dass Anästhetika wie Ketamin asymmetrische, frequenzspezifische Effekte auf kortikale Eingänge ausüben. Diese Befunde verdeutlichen, dass Ergebnisse aus anästhesierten Präparationen nicht ohne Weiteres auf den wachen Zustand übertragbar sind, und liefern einen mechanistischen Rahmen zur Interpretation solcher Unterschiede. Darüber hinaus ermöglichte das Projekt die Erhebung vorläufiger Daten dazu, wie endogene kortikale Oszillationen auditorische Antworten modulieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Phase niederfrequenter Aktivität die Antwortstärke systematisch beeinflusst und somit den internen Gehirnzustand als weitere Form von Kontext hervorhebt. Insgesamt zeigt das Projekt, dass sensorische Repräsentationen im auditorischen Kortex nicht statisch sind, sondern dynamisch durch sowohl externe (sensorische Vorgeschichte) als auch interne (Gehirnzustand) Kontextfaktoren geformt werden, mit weitreichenden Implikationen für das Verständnis neuronaler Informationsverarbeitung.
Publications
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Acoustic Context Modulates Natural Sound Discrimination in Auditory Cortex through Frequency-Specific Adaptation. The Journal of Neuroscience, 41(50), 10261-10277.
López-Jury, Luciana; García-Rosales, Francisco; González-Palomares, Eugenia; Kössl, Manfred & Hechavarria, Julio C.
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A neuron model with unbalanced synaptic weights explains the asymmetric effects of anaesthesia on the auditory cortex. PLOS Biology, 21(2), e3002013.
López-Jury, Luciana; García-Rosales, Francisco; González-Palomares, Eugenia; Wetekam, Johannes; Pasek, Michael & Hechavarria, Julio C.
