Trotz der enormen Fortschritte der neurobiologischen Forschung ist weitgehend ungeklärt, wie neuronale Aktivitätsmuster im Gehirn auf synaptischer Ebene kodiert und gespeichert werden.

Synapsen sind die zentralen Schaltstellen, an denen Informationen zwischen Neuronen ausgetauscht werden. Da der Informationsgehalt direkt durch die Stärke der synaptischen Übertragung beeinflusst wird, können Synapsen als Information-kodierende Einheiten angesehen werden. Dabei kann Information sowohl in der Stärke der Synapsen als auch in ihrer Vernetzung kodiert und gespeichert werden.

Offen ist die Frage, ob einzelne Synapsen zu dauerhaften Veränderungen neuronaler Schaltkreise, die durch Lernen und Gedächtnisbildung entstehen, beitragen. Wir interessieren uns daher für die Rolle von Synapsen bei der Bildung und Speicherung von Gedächtnisspuren im Gehirn und entwickeln optogenetische Methoden, mit denen wir Synapsen der Schaffer-Kollateralen im Hippocampus in vitro und in vivo untersuchen.

Versuchsanordnung

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Synaptische Vernetzung hippocampaler Schaltkreise

Wie beeinflusst synaptische Plastizität synaptische Konnektivität? Um dieser Frage nachzugehen, untersuchen wir einzelne, funktionell identifizierte Synapsen der Schaffer-Kollateralen in organotypischen Hippocampus-Schnittkulturen über mehrere Tage hinsichtlich ihrer Funktion und Stabilität. Siehe auch DFG Forschergruppe FOR 2419 .

Synapsen von Schaffer-Kollateralen

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Synapsen von Schaffer-Kollateralen in vivo

Eine Kernfrage unserer Forschung ist, ob und wie Gedächtnisspuren – oder Engramme – in synaptischen Netzwerken kodiert und gespeichert werden. Dazu wollen wir einzelne Synapsen, die an der Bildung spezifischer Gedächtnisinhalte beteiligt sind, im Hippocampus lebender Mäuse identifizieren und manipulieren. Dieses Projekt wird durch einen ERC Starting Grant gefördert.

Optogenetische Tools

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Entwicklung optogenetischer Werkzeuge

Die präzise Manipulation neuronaler Schaltkreise erfordert verbesserte optogenetische Tools insbesondere für eine effizientere Unterdrückung von Aktionspotentialen in Neuronen. In Kooperation mit dem Labor von Peter Hegemann entwickeln wir lichtgesteuerte Anionen-Kanäle und setzen sie für die Untersuchung von Neuronen und neuronalen Schaltkreisen ein. Siehe auch DFG Schwerpunktprogramm SPP 1926 .