Das Human Brain Project enthüllt die neuronalen Chöre, die aus der Kakophonie der neuronalen Aktivierung entstehen

Aug 28, 2023

Damit wir sensorische Informationen in Erinnerungen umwandeln können, müssen Netzwerke miteinander verbundener Neuronen in unserem Gehirn zusammenarbeiten. Forscher des Human Brain Project (HBP) wollten die Dynamik solcher Netzwerke besser verstehen. Zu diesem Zweck untersuchten sie die Beziehungen zwischen einzelnen Neuronen und Neuronenpopulationen in mehreren Gehirnregionen von Ratten, insbesondere in den kortikalen Bereichen und im Hippocampus.

Um die Netzwerkdynamik zu untersuchen, zeichnete das Team die Aktivität der CA1-Region des Hippocampus sowie der somatosensorischen, visuellen und perirhinalen Kortizes auf, während die Tiere eine Verhaltensaufgabe in einem Labyrinth ausführten. Sie waren in der Lage, die Kopplung einzelner Neuronen an Populationsfeuerungsmuster zu quantifizieren und die Spitzenbeziehungen innerhalb und zwischen diesen Bereichen zu charakterisieren. Die Forscher der Universität Amsterdam und anderer Institutionen führten eine Reihe von Analysen zur Kopplung von Neuronen innerhalb jedes einzelnen Bereichs durch Bereich und zwischen verschiedenen Bereichsgruppen. Damit untersuchten sie, wie die Spitzenmuster einzelner Neuronen mit der Populationsfeuerungsaktivität innerhalb und zwischen diesen kortikalen und hippocampalen Bereichen korrelieren.

Zu ihren wichtigsten Erkenntnissen zählte die Beobachtung, dass die Kopplung einzelner Neuronen an ihre lokale Population in allen vier untersuchten Bereichen deutlich ausgeprägt war und im CA1-Bereich des Hippocampus stärker ausgeprägt war.

Gleichzeitig zeigte die Kopplung zwischen Bereichen variablere Profile als die Kopplung innerhalb des Bereichs, und in allen Bereichen wurden nabenartige Zellen gefunden. „Hub“- oder „Broadcasting“-Zellen sind Neuronen, die deutlich an mehr als einen Bereich gekoppelt sind. Mit anderen Worten: Sie engagieren sich nicht nur vor Ort, sondern sind auch an der Informationsverarbeitung mit entfernten Bevölkerungsgruppen beteiligt.

Schließlich wurden die Ebenen der Kopplung in verschiedenen Kontexten analysiert, beispielsweise hinsichtlich der Funktion von Zellen in räumlichen Darstellungen und unterschiedlichen Verhaltenszuständen. Dies zeigt, dass die Populationskopplung ein vielversprechendes Maß für die Netzwerkdynamik im gesamten Gehirn sein könnte.

„Aus der Kakophonie der neuronalen Aktivierung ist es erstaunlich zu sehen, wie im gesamten Gehirn Chöre von Neuronen entstehen. Was sie singen, haben wir gerade erst begonnen zu enträtseln“, sagt Reinder Dorman, Forscher an der Cognitive & Systems Neuroscience Group an der Universität Amsterdam und Erstautor des Artikels.

Die Ergebnisse wurden in Cerebral Cortex.Text von Helen Mendes veröffentlichtSpike-basierte Kopplung zwischen einzelnen Neuronen und Populationen über den sensorischen Kortex der Ratte, den perirhinalen Kortex und den Hippocampus

Reinder Dorman, Jeroen J. Bos, Martin A. Vinck, Pietro Marchesi, Julien Fiorilli, Jeanette AM Lorteije, Ingrid Reiten, Jan G. Bjaalie, Michael Okun, Cyriel MA Pennartz.

https://doi.org/10.1093/cercor/bhad111