Forschungsgruppe Berechnung Neuronaler Schaltkreise

Julijana Gjorgjieva

Die effiziente Übertragung von Informationen über neuronale Schaltkreise erfordert ein kompliziertes Gleichgewicht zwischen den intrinsischen Eigenschaften einzelner Neuronen und den synaptischen Verbindungen zwischen ihnen. Wie werden Neuronen und Netzwerke abgestimmt, um dieses Gleichgewicht zu erreichen und die Entstehung zuverlässiger Berechnungen zu ermöglichen? Wir sind an zwei Aspekten der Schaltkreisorganisation interessiert: wie sie durch die Interaktion von Eigenschaften einzelner Neuronen und synaptischer Plastizität (wie beim Lernen und der Schaltkreisentwicklung) zustande kommt; und an den Organisationsprinzipien, die sie über die längere Zeitskala der Evolution erreichen.

Unsere Arbeit basiert auf rechnerischen und mathematischen Ansätzen, um zu verstehen, wie Aktivität, die spontan im Schaltkreis oder durch die externe Umgebung erzeugt wird, die Netzwerkorganisation und -dynamik formt. Wir untersuchen die Interaktion und den Einfluss einer Vielzahl von Mechanismen, darunter synaptische Plastizität, intrinsische zelluläre Eigenschaften, sensorisches Rauschen und biophysikalische Beschränkungen auf die Erzeugung von erwachsenen Funktionen und Berechnungen.

Unsere Arbeit wird durch enge experimentelle Kooperationen unterstützt, die auf verschiedenen Tiermodellen, vom Nager bis zur Fruchtfliege, basieren und einen direkten Zugang zu einzelnen neuronalen Schaltkreiskomponenten ermöglichen. Computergestützte und theoretische Ansätze erlauben es uns, auf prinzipielle Weise zu untersuchen, wie mehrere Prozesse, die auf der Ebene einzelner Neuronen oder ihrer synaptischen Verbindungen wirken, ihre Wirkung koordinieren, um Schaltkreiseigenschaften zu organisieren. So bieten unsere Modelle eine Testumgebung für die Erforschung neuer Stimuli und die Ausrichtung zukünftiger Experimente, die es ermöglichen, die richtigen neuronalen Populationen aufzuzeichnen und zu manipulieren.

Spezifische Interessen umfassen:

• Verwendung informationstheoretischer und statistischer Inferenzansätze zum Verständnis der Vielfalt sensorischer Populationsreaktionen
• Verknüpfung von Einzelzelleigenschaften mit der Netzwerkdynamik im sich entwickelnden Säugetierkortex
• Erforschung des Zusammenspiels synaptischer Plastizitätsregeln während der Netzwerk-Homöostase
• Untersuchung der Beziehung zwischen neuronalen Schaltkreisen für das Kriechen in Drosophila-Larven und verschiedenen Verhaltensstrategien, die während der Erkundung verwendet werden