Erweiterung der Standard-Gleichgewichtstheorie für kortikale Netzwerke: Multiple Zeitskalen in kortikalen Dynamiken

Die Gleichgewichtshypothese wurde entwickelt, um zeitliche Irregularitäten kortikaler Aktivität zu beschreiben. Die jetzige Form dieses sogenannten Standardmodells (SM) kann jedoch die auf mittleren Zeitbereichen zwischen zehn und mehreren hundert Millisekungen zu beobachtenden Aktivitätsfluktuationen nicht erklären. Das Ziel des vorliegenden kollaborativen und interdisziplinären Projektantrags ist es, das SM in dieser Hinsicht zu erweitern. Konkret sollen drei bislang vernachlässigte Aspekte untersucht und in das SM integriert werden: zelluläre Heterogenität, Effekte finiter Netzwerkgrößen sowie Konnektivitätsmuster. Untersuchungsgegenstand des Projekts sind die Auswirkungen dieser drei Aspekte auf die Aktivitätsdynamik jenseits von Membranzeitkonstanten und auf die Gleichgewichtsbedingung. Die im genannten Zeitbereich zu beobachtenden Fluktuationsmuster spielen eine wichtige Rolle für die Steuerung motorischer Aktivität und haben möglicherweise direkte Auswirkungen auf das Verhalten, da viele willkürliche Bewegungen die Modulation kortikaler Aktivität voraussetzen. Im Rahmen der experimentellen Kollaboration sollen daher im Detail die Effekte dieser Fluktuationen innerhalb des kortikalen motorischen Systems von Primaten untersucht werden. Im theoretischen Teil des Projekts werden mittels Methoden der statistischen Mechanik und der nicht-linearen Dynamik analytische und numerische Lösungsansätze zu diesen Fragen entwickelt, welche dann von den experimentellen Partnern in in-vivo-Experimenten überprüft werden.