Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stabilität im Neuronenfeuer

16.11.2015

Kortikale Interneurone verringern das Rauschen in neuronalen Antworten

Wissenschaftler des Bonner Forschungszentrums caesar haben in Zusammenarbeit mit dem Bernstein Center for Computational Neuroscience, dem Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik und dem Max Planck Florida Institute for Neuroscience einen möglichen Mechanismus entdeckt, wie Nervenzellen im Kortex bei der Umwandlung von sensorischen Signalen in neuronale Aktivität starke Schwankungen vermeiden.


Rekonstruktion einzelner Neuronen aus dem Kortex einer Ratte

Um Vorhersagen machen zu können, verwendeten die Forscher Computermodelle und überprüften diese anschließend in vivo an elektrophysiologischen Messungen.

Selbst einfachste sensorische Signale aktivieren im Kortex Millionen von Synapsen. Bislang war unklar, wie die wichtigsten Nervenzellen im Kortex, die Pyramidenzellen, diese mitunter stark verrauschten Ausgangssignale in eine stabile elektrophysiologische Antwort umwandeln.

Um sich der Antwort auf diese Frage zu nähern, untersuchten Wissenschaftler der Abteilung Behavior and Brain Organisation vom Bonner Forschungszentrum caesar, einem Institut der Max-Planck-Gesellschaft, wie Neurone aus der obersten Kortexschicht (L1) mit Neuronen aus tieferliegenden Schichten interagieren.

Warum ist diese oberste Kortexschicht so besonders? Sie enthält nur hemmende Neurone und Dendriten von erregenden Neuronen aus tieferen Schichten. In dieser obersten Schicht befinden sich nur wenige hemmende Neuronen. Diese sind aber perfekt angeordnet, um ihre Funktion auszuüben. Der genaue Mechanismus war bislang unklar, insbesondere bei Antworten auf sensorische Signale.

Mit Patch-Clamp-Methoden gelang es den Wissenschaftlern zunächst, die 3D-Morphologie der L1-Interneuronen zu rekonstruieren und die daraus gewonnenen anatomischen und elektrophysiologischen Informationen in ein bestehendes biophysikalisches Modell des somatosensorischen Kortex zu integrieren.

Computersimulationen anhand dieses Modells legten die Hypothese nahe, dass die hemmenden Interneurone die Variabilität der neuronalen Antworten auf die sensorischen Eingangssignale herabsetzen und so die Robustheit der neuronalen Muster kontrollieren, zumindest in den Dendriten.

Diese aus dem theoretischen Modell abgeleiteten Hypothesen konnten in vivo an Ratten durch eine Kombination von elektrophysiologischen und bildgebenden Verfahren mit Hilfe der 2-Photonen-Mikroskopie bestätigt werden:

Unterdrückten die Wissenschaftler die Aktivität der L1-Interneuronen, so konnten sie beobachten, dass die neuronalen Antworten über mehrere Messungen hinweg deutlich stärkeren Schwankungen unterworfen waren als bei aktiven Interneuronen. Hingegen blieb die Struktur der Signale unverändert.

Durch welchen Mechanismus wird dies bewerkstelligt? Durch weitere Simulationen wurde deutlich, dass distale dendritische Hemmung der Mechanismus ist, der am besten zu den Daten passt. Auf diese Weise können Interneurone kontrollieren, wie die Dendriten der Pyramidenzellen die sensorischen Eingangssignale verarbeiten.

„Eine distale dendritische Hemmung stellt möglicherweise ein – quer durch alle Sinnesmodalitäten – universelles Organisationsprinzip im Kortex dar, um gezielt die Robustheit der neuronalen Antwortmuster auf sensorische Ausgangssignale zu kontrollieren“, so Jason Kerr, einer der wissenschaftlichen Direktoren bei caesar.


Originalpublikation
Egger, R., Schmitt, A.C., Wallace, D.J., Sakmann, B., Oberlaender, M. & Kerr, J.N. (2015) “Robustness of sensory-evoked excitation is increased by inhibitory inputs to distal apical tuft dendrites“, Proc. Natl. Acad. Sci. USA [Epub ahead of print]

DOI: 10.1073/pnas.1518773112


Kontakt
Dr. Jason Kerr
Abteilung Behavior and Brain Organisation
Forschungszentrum caesar – ein Institut der Max-Planck-Gesellschaft
Ludwig-Erhard-Allee 2
53175 Bonn, Deutschland
+49 (0)228 9656-103
jason.kerr(at)caesar.de

Weitere Informationen:

http://www.caesar.de/1387.html?&L=2

Dr. Jürgen Reifarth | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Demographie beeinflusst Brutfürsorge bei Regenpfeifern
25.04.2018 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics