Kontrast-Adaptierung in der Kodierung natürlicher Reize durch retinale Ganglienzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Gollisch
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515774656

In natürlichen visuellen Szenerien kann der visuelle Kontrastbereich, also die Spannbreite der auftretenden Lichtintensitäten, beträchtlich variieren. Nervenzellen im visuellen System von Vertebraten adaptieren an den vorherrschenden Kontrast, und dies Kontrastadaptierung beginnt in der Retina, der ersten Station der visuellen Verarbeitung. Retinale Ganglienzellen, die Ausgabezellen der Retina, passen ihre Sensitivität sowie ihre zeitlichen Filtereigenschaften an, wenn der Kontrast sich ändert. Es darf angenommen werden, dass diese Kontrastadaptierung eine kritische Komponente bei der Kodierung natürlicher visueller Reize durch retinale Ganglienzellen ist. Die meisten Studien haben jedoch bisher Kontrast-Adaptierung mittels einfacher visueller Reize untersucht, die typischerweise periodisch zwischen zwei Kontrast-Niveaus hin und her wechseln. Natürliche Szenerien enthalten dagegen eine Bandbreite sich kontinuierlich ändernder Kontrast-Niveaus. Dieses Projekt zielt daher darauf ab, Kontrast-Adaptierung in unterschiedlichen Arten von Ganglienzellen in der Maus-Retina unter komplexen raumzeitlichen Reizen zu untersuchen. Ein spezielles Ziel wird es dabei sein, mathematische Modelle zu entwickeln, welche die Kodierung visueller Reize erfassen und dabei explizite Kontrast-Adaptierungs-Module beinhalten und welche schließlich anhand naturalistischer Reize getestet werden. Die Optimierung der Modellparameter geschieht anhand der Spiking-Aktivität von retinalen Ganglienzellen in Antwort auf diverse künstliche Reize, die entworfen werden, um unterschiedliche Aspekte der Kontrastadaptierung zu beleuchten. Die naturalistischen Reize, die verwendet werden, um die Modelle zu testen, werden Filmsequenzen enthalten sowie Bilder, die analog zu Augenbewegungen verschoben werden. Um jedoch Effekte der Lichtadaptierung, die nicht Teil des Projektthemas ist, zu minimieren, werden diese Filme verändert, indem langsame Fluktuationen der mittleren Lichtintensität herausgefiltert werden. Zur Erhebung der nötigen Daten, werden wir extrazelluläre Multielektroden-Array-Messungen der Spiking-Aktivität von Ganglienzellen in der isolierten Maus-Netzhaut durchführen und dabei die visuellen Reize auf die Fotorezeptoren der Netzhaut projizieren. Die Messungen erlauben es uns, hunderte von Ganglienzellen gleichzeitig für mehrere Stunden zu beobachten und unterschiedliche Arten von Ganglienzellen anhand ihrer charakteristischen Antworten auf Lichtreize zu klassifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen