Entwicklungsabhängige Optimierung visuell kortikaler Funktionen durch kortiko-thalamische Rückkopplung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Julijana Gjorgjieva, Ph.D.; Professor Dr. Knut Kirmse
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562183930

Neuronale Spontanaktivität im sich entwickelnden visuellen System setzt bereits lange Zeit vor dem Beginn des Sehens ein. Es wird weithin davon ausgegangen, dass diese präsensorische Aktivität als Trainingssignal fungiert, welches die Ausreifung neuronaler Schaltkreise u. a. im primären visuellen Kortex (V1) steuert. Jedoch ist die Bedeutung der präsensorischen Aktivität für die regelgerechte Entwicklung von sensorischen Funktionen und Netzwerkdynamiken, welche der visuellen Verarbeitung in vivo zugrunde liegen, weitgehend unbekannt. Das sich entwickelnde visuelle System wurde klassischerweise als Feedforward-System analysiert und modelliert, in dem visuelle Reize von der Netzhaut empfangen und synaptisch an den visuellen Thalamus und V1 weitergeleitet werden. Diese Sichtweise ist jedoch unvollständig, da die kortiko-thalamische Rückkopplung bereits in frühen Entwicklungsstadien funktionell ist. Wir fokussieren uns im vorliegenden Projekt auf das visuelle System der Maus in vivo und postulieren, dass (i) Nervenzellen in V1 die Eigenschaften ihrer rezeptiven Felder sowie reife Netzwerkdynamiken anhand ihrer Spontanaktivität vor Augenöffnung erlernen und dass (ii) kortiko-thalamische Projektionsneuronen zu diesem entwicklungsbedingten Lernen durch positives Feedback entscheidend beitragen. Wir werden diese Hypothesen in einem integrierten experimentell-theoretischen Ansatz überprüfen. Hierfür werden wir die funktionelle Bildgebung neuronaler Schaltkreise sowie zelltypspezifische Manipulationen in Mausmodellen mit der mathematischen Datenanalyse und Modellierung neuronaler Netzwerke wechselseitig kombinieren. Wir erwarten, dass das vorliegende Projekt neuartige Einblicke in die kausalen Mechanismen der kortiko-thalamischen Rückkopplung während der Entwicklung des visuellen Systems liefert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen