Computergestützte Connectomics-Analyse der Synapsenabstimmung während der Entwicklung.

• Antragsteller: Andre Ferreira Castro, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551026198

Das Verständnis, wie verschiedene Plastizitätsmechanismen während der Entwicklung zusammenwirken, um funktionale Schaltkreise zu erzeugen, stellt eines der wichtigsten offenen Probleme in der Neurowissenschaft dar. Diese Herausforderung wird durch die technischen Schwierigkeiten bei der Gewinnung anatomischer Daten über feinskalige Konnektivität noch verschärft. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt, mit einem Schwerpunkt auf das leicht zugängliche Insektengehirn, zielt darauf ab, die Mechanismen der synaptischen Plastizität zu untersuchen, welche die synaptische Abstimmung neuronaler Schaltkreise steuern. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu klären, wie neuronale Schaltkreise durch eine Kombination aus aktivitätsabhängigen und -unabhängigen Mechanismen gewünschte synaptische Verbindungen erreichen. Die zu entwickelnden Arbeitsabläufe und Modelle werden es mir ermöglichen, zu untersuchen, wie verschiedene Plastizitätsmechanismen zur synaptischen Abstimmung während der Entwicklung beitragen. Das Projekt wird mit den folgenden zwei Zielen durchgeführt: Ziel 1: Ich werde strukturelle synaptische Daten unter Nutzung von elektronenmikroskopischen Datensätzen eines vollständigen Motorschaltkreises von sowohl Wildtyp-Drosophila-Larven als auch Mutanten generieren. Die Mutanten werden zum Teil keine Aktivität oder verschobene neuronale Positionen aufweisen. Dies wird ein bedeutender Fortschritt im Feld sein, da keine vergleichbare vorherige Analyse bei irgendeinem Organismus existiert. Ich werde die Synapsengrößen – ein Indikator für die synaptische Stärke - über einen gesamten, gut charakterisierten neuronalen Schaltkreis mit Nanometerauflösung quantifizieren. Dieser Ansatz ermöglicht es mir, verschiedene Plastizitätsregeln zu bewerten, die aus dicht rekonstruierten konnektomischen Datensätzen experimentell ermittelt wurden. Ziel 2: Ich werde anatomische Spuren von plastizitätsabhängigen Mechanismen auf der Grundlage der aus Ziel 1 gewonnenen Daten analysieren. Diese Analyse wird die Entwicklung von computergestützten Modellen unterstützen, die das Zusammenspiel zwischen aktivitätsabhängigen und -unabhängigen Mechanismen bei der Feinabstimmung synaptischer Verbindungen erläutern. Ich werde diese computergestützten Modelle nutzen, um verschiedene in der Synapsenabstimmung implizierte Plastizitätsmechanismen zu testen, wodurch aktuelle Modelle der neuronalen Schaltkreisentwicklung herauszufordert werden. Insbesondere wird die Kombination des Datensatzes mit synaptischer Auflösung zusammen mit computergestützter Modellierung ein mechanistisches Verständnis der neuronalen Schaltkreisabstimmung liefern. Dieser Ansatz ermöglicht es mir, die Rolle einzelner Plastizitätsmechanismen innerhalb unserer Modelle zu analysieren – eine Aufgabe, die durch experimentelle Methoden allein schwer zu bewältigen ist.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle