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Informations - Kodierung

Bernstein Kooperation für Computational Neuroscience (BCOL)

Teilprojekt 1

Sinnesorgane transformieren externe Eingangssignale in elektrische Ausgangssignale. Die zugrunde liegende Signalkaskade lässt sich im Ohr von Insekten anhand des sensorischen Eingangs (schallinduzierte Schwingungen) bzw. Ausgangs (schallevozierte Spike Trains) in vivo rekonstruieren. Diese beiden komplementären Ansätze werden kombiniert mit dem Ziel, den Beitrag dezidierter sensorischer Verarbeitungsschritte auf neuronale Präzision und Variabilität zu quantifizieren. Ausgangsbasierte Rekonstruktionsmethoden werden anhand eines physikalisch definierten Modells der Signalkaskade im Drosophila-Ohr getestet. Rekonstruktionsmethoden basierend auf Summenableitungen werden unter Verwendung des Modells und dessen biologischen Vorbilds etabliert. Durch Kombination ausgangs- und eingangsbasierter Rekonstruktionsmethoden wird der Einfluss sensorischer Mechanismen auf den sensorischen Ausgang am Beispiel des Drosophila-Ohrs quantifziert. Das Projekt verspricht detailierte Einblicke in die Funktion biologischer Sensoren und deren Analyse. Potentielle Applikationen liegen in den Bereichen Sensor-Entwicklung, Netzwerkanalyse, und diagnostisches Screening.

Teilprojekt 2

Die Analyse von durch Schallreize evozierten neuronalen Antworten in Heuschrecken hat neuartige Einblicke in die Dynamik und Signalverarbeitung von auditorischen Rezeptorzellen geliefert. Innerhalb von phänomenologischen Kaskadenmodellen wurden Methoden entwickelt, um die linearen Filter und Nichtlinearitäten derartiger Signalkaskaden allein aus der Kenntnis von Eingangsstimulus und Ausgangs-Spike-Train quantitativ zu bestimmen. Jetzt sollen die einzelnen Filter direkt bestimmt werden. Dies soll durch simultane Messungen des elektrischen Outputs und des mechanischen Inputs geschehen. Durch Arbeiten an Fliegen werden Signaturen von Transduktion, Adaptation und Verstärkung in der Mechanik des Schallempfängers aufgespürt. Mit ihnen wird ein detailliertes mechanistisches Modell aufgestellt. Das resultierende Modell wird anschließend dazu dienen, allgemeine Aspekte sensorischer Kodierung zu untersuchen, wie beispielsweise den Einfluss von Rückkopplungsschleifen und die spezifischen Beiträge einzelner Signalschritte zu Adaptation und Spike-Train Variabilität.