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Berlin - Hiroshima / Kusatsu

Deutsch - Japanische Kooperation in Computational Neuroscience

Heterogenität des Suprachiasmatischen Nucleus: Quantifizierung, Simulation und funktionale Analyse
(gefördert von DFG und JST)

Die zentrale Herausforderung der zirkadianen Biologie war und bleibt das Verständnis der Mechanismen zur Verhaltens- und psychologischen Anpassung bei Veränderungen des Hell-Dunkel-Zyklus. Solche Veränderungen können entweder eher plötzlich auftreten, wie im Fall der Jetlag Phasenverschiebung, oder sie können saisonal sein, was manchmal affektive Störungen als „seasonal affected disorder“ (SAD) verursacht. Bei Säugetieren, einschliesslich des Menschen, wird der zirkadiane Rhythmus des ganzen Körpers durch eine kleine Region des Hypothalamus - genannt suprachiasmatischen Nukleus (SCN) - moduliert. Kürzlich konnten an diesem Projekt beteiligte Wissenschaftler zeigen, dass der SCN durch eine starke Heterogenität sowohl in den enthaltenen Neuropeptiden als auch in der Verteilung der intrinsischen zirkadianen Perioden - die überraschend gut strukturiert und labil gegenüber der Dauer externer Belichtung sind - gekennzeichnet ist (Myung et al, 2012). Das Schicksal der Gesamt-Rhythmik der SCN-Neurone als Antwort auf einen externen Stimulus kann durch die Stärke der Kopplung zwischen SCN Neuronen determiniert werden (Abraham et al, 2010). Beide Ergebnisse liefern neue Hinweise zur Beschreibung des Mechanismus, wie Licht-Informationen im SCN durch kontrollierte Handhabung seiner Heterogenität kodiert werden. Allerdings macht es die große Anzahl an Neuronen, die für eine simultane Ableitung zur Verfügung stehen und die daraus resultierende Größe des Parametersatzes unmöglich, diese Herausforderung ohne computationale Methoden und hochentwickelte nicht-lineare mathematische Techniken, wie Bifurkationsanalyse, anzugehen. Im Rahmen dieses Projektes werden sich die entsprechenden Expertisen in computationaler und theoretischer Biologie (Deutschland) und Molekular-und Systembiologie (Japan) ergänzen.

 


An dieser Kooperation sind folgende Wissenschaftler beteiligt:

  • Dr. Grigory Bordyugov, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Hanspeter Herzel, Humboldt-Universität zu Berlin
  • Prof. Achim Kramer, Charité - Universitätsmedizin Berlin
  • Prof. Henning Sprekeler, Humboldt-Universität und Bernstein Zentrum Berlin
  • Prof. Toru Takumi Hiroshima University, Hiroshima, Japan
  • Dr. Jihwan Myung, Hiroshima University, Hiroshima, Japan
  • Dr. Isao Tokuda, Risumeikan University, Kusatsu, Japan

 

Deutscher Koordinator:

Dr. Grigory Bordyugov

Charité - Universitätsmedizin Berlin
Charitéplatz   1  
10117 Berlin

Tel.: +49 (0)30 2093 9121
E-mail: Grigory.Bordyugov@hu-berlin.de

 

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