Prospektive Kodierung bei kortikalen Pyramidenzellen


Dieser Lead-Agency Antrag ist eine Fortsetzung des SNF-Grants von W. Senn über die Theorie dendritischer Signalverarbeitung. Die Ergebnisse des bisherigen Projekts suggerieren, dass Lernen auf neuronaler Ebene durch dendritische Signale erfolgt, die somatische Aktivität voraussagen. Bisherige Ansätze haben komplexe Non-Linearitäten bei der dendritischen Verarbeitung synaptischer Signale gezeigt, jedoch ist diese Betrachtung der dendritischen Signalverarbeitung unzulänglich. Hingegen kann die Hinzunahme eines intrinsischen Voraussage-Elements den Integrationsspielraum einzelner Neurone erweitern. Der vorliegende Antrag erweitert die o.g. Hypothese um die Idee der prospektiven Kodierung. Diese beinhaltet, dass die Aktivität eines Neurons sowohl jetzige als auch zukünftige synaptische Inputs voraussagt. Wir stellen hierbei die Hypothese auf, dass basale wie auch apikale Dendriten einer Pyramidenzelle unabhängige Voraussagen über somatische Aktivität machen, basierend darauf, dass ihre synaptischen Eingänge auf dem dendritischen Baum von separaten intra- bzw. interkortikalen Quellen stammen. Eine Übereinstimmung der unterschiedlichen Voraussagen kann ein einzelnes souveränes Signal erzeugen, das einen dendritischen Kalzium Spike mit nachfolgendem Burst somatischer Aktionspotentiale hervorruft. Dies kann dann rückgekoppelt werden auf die präsynaptischen Neurone, welche es ihrerseits als Lernsignal für eigene vorgeschaltete Synapsen nutzen können. Das Projekt wird in 4 Unterprojekte gegliedert: 1. Prospektive Kodierung (Lead: AG Senn). Formulierung des Konzepts der prospektiven Kodierung und Demonstration der Äquivalenz einer unabhängigen Voraussage zukünftiger Signale im basalen und apikalen Dendriten mit einem bayesischen Cue-Combination Problem. 2. Rückwärtspropagierung in time (Lead: AG Senn). Demonstration der Nutzbarkeit eines Übereinstimmungssignals zur Voraussage zukünftiger Ereignisse für die Unterweisung von Neuronen die zu diesen Voraussagen beitragen. Anwendung der Theorie auf das non-Markovian learning Problem und auf ein vereinfachtes ball catching Problem. 3. Novelty Kodierung (Lead: AG Larkum). In vivo Test, ob ein dendritischer Kalzium Spike die Übereinstimmung zwischen voraussagenden Signalen oder zwischen Novelty Signalen generiert durch basale und apikale Dendriten repräsentiert. Verifizierung der Voraussage der Cue Combination Hypothese durch Messung der neuronalen Antworten auf ein somatosensorisches oddball Paradigma mit einer Kombination von auditorischen und somatosensorischen Stimuli. 4. Fehler korrigierende Plastizität (Lead: AG Nevian). In vitro Verifizierung der Hypothese über synaptische Plastizität und ob diese sowohl in exzitatorischen als auch in inhibitorischen Synapsen zur Fehlerkorrektur führt und somit non-Hebbian Plastizität darstellt. Testen, ob die Plastizität, welche Kalzium Spikes mit einbezieht, ein längeres Induktionsfenster hat als von der prospektiven Kodierung vorausgesagt wird.


Projektleitung
Larkum, Matthew Prof. Dr. (Details) (Neuronale Plastizität)

Laufzeit
Projektstart: 02/2015
Projektende: 05/2018

Forschungsbereiche
Kognitive Neurowissenschaft, Systemische Neurowissenschaft, Computational Neuroscience, Verhalten

Zuletzt aktualisiert 2021-12-10 um 12:47