Modellierung synaptischer Inputselektion innerhalb synaptischer Cluster am Dendriten

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Tetzlaff; Professor Dr. Florentin Wörgötter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492788807

Mehrere Befunde unterstützen die Vorstellung, dass synaptische Cluster an einer dendritischen Verzweigung, zusammen mit passiven und aktiven dendritischen Prozessen, Rechenoperationen wie Filterung, Gating, Routing und Multiplexing der eingehenden Informationen ermöglichen. Eine zentrale verbleibende Frage ist jedoch, wie jedes dieser dendritischen Subkompartimente "weiß", welche Synapsen - also welche seiner Eingänge - für die gewünschte Operation "nützlich" wären und welche nicht? Nützliche Synapsen sollten durch strukturelle Plastizität ausgewählt und durch synaptische Plastizität gestärkt werden, während alle anderen geschwächt und entfernt werden sollten, was zu einem Prozess der Input-Selektion führt, der die gewünschte Rechenoperation unterstützt. Wir gehen diese Frage in diesem Antrag systematisch an, indem wir ein abstraktes Modell für groß angelegte Parameteranalysen verwenden und daraus ein biologisch detailliertes Modell ableiten, um unsere Erkenntnisse mit spezifischen biophysikalischen Prozessen zu verknüpfen, die experimentell überprüfbare Vorhersagen ermöglichen. In unserem ersten Ziel nehmen wir an, dass die postsynaptische Verarbeitung einen bestimmten Operator emuliert und untersuchen, wie synaptische Cluster an einem dendritischen Zweig die Input-Selektion in Abhängigkeit vom spezifischen Operator, lokalen dendritischen Signalen wie dendritischen Spikes, sowie Plastizität durchführen. Im zweiten Ziel werden wir den Einfluss globaler dendritischer Signale, wie back-propagating Spikes, und plastischer Synapsen an dendritischen Verzweigungen auf die Operator-Ausführung und die Input-Selektion untersuchen. Wir vermuten, dass das Zusammenspiel dieser verschiedenen Prozesse komplexe Operatoren bildet, indem einzelne Operatoren, die jeweils auf einem einzelnen dendritischen Zweig realisiert werden, miteinander kombiniert und angepasst werden. Zusammengenommen wird das Ergebnis dieses Projekts ein biophysikalisch realistisches Modell der dendritischen Input-Selektion unter den Bedingungen verschiedener Operatoren liefern, begleitet von einem abstrakteren Modell, das ein allgemeineres Verständnis von Parameterabhängigkeiten ermöglicht. Dies ist neuartig, denn bisher haben Modelle der dendritischen Berechnung das Zusammenspiel zwischen dendritischer Operation und der Kombination von synaptischer und struktureller Plastizität nicht berücksichtigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen