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Mechanisms and Functions of Brain- Body- Environment Interactions in C. elegans

Description du projet

Comprendre les mécanismes de contrôle du comportement environnemental dans le cerveau

Des enregistrements de l’activité neuronale à grande échelle ont révélé que les modèles d’activité neuronale répandus dans le cerveau codent les paramètres du mouvement. Les représentations comportementales au niveau du cerveau sont également impliquées dans le traitement sensoriel. Ces résultats sont communs à tout le règne animal, des vers aux mammifères, mais les mécanismes sous-jacents demeurent inconnus. Le projet elegansBrainBodyEnvi, financé par le CER, utilisera le ver rond Caenorhabditis elegans comme modèle animal pour appliquer au cerveau une combinaison d’imagerie Ca2+ à résolution unicellulaire, et de manipulation génétique chez des animaux en liberté. L’étude du ver permet de comprendre les fonctions universelles des représentations comportementales à l’échelle du cerveau. L’objectif est d’établir des principes fondamentaux et de formuler des hypothèses de travail pour de futures études d’organismes modèles et de cerveaux plus complexes.

Objectif

Recent large-scaRecent large-scale neuronal activity recordings in awake, behaving animals revealed a new, unexpected neuroscientific principle: widespread neuronal activity patterns across the brain encode parameters of movement. Surprisingly, these brain-wide behavior representations even extend to areas that are implicated in the processing of sensory information (e.g. the visual cortex in mice). Thus, a large fraction of the brains activity seems to be dedicated to representing the animals current, ongoing behavior. These observations have been made across the animal kingdom including worms, flies and mammals, suggesting a universal principle; however, the underlying mechanisms and functions remain unknown. In this proposal, we take advantage of the tractable model organism C. elegans to tackle this problem, combining brain-wide single cell resolution Ca2+-imaging in freely behaving animals with genetic circuit manipulation tools. It was previously recognized that the brain operates in a closed loop, actively sensing its body and its environment and making predictions of movement outcomes to optimally control behavior. Here, we propose to reconcile these long-standing concepts with the new observations of brain-wide behavior representations. Our core hypothesis is that sensory to motor transformation is a distributed process incorporating multiple functions like gain-control, re-afference prediction and predictive processing. Our team is at the forefront of scientific innovation and discoveries in this field, and we thereby are making substantial contributions to this currently ongoing paradigm shift in our understanding of how the brain operates. Studying these phenomena in worms offers a unique and timely opportunity to rapidly uncover the universal functions of brain wide behavioral representations. We therefore aim to make fundamental predictions and to formulate new working hypotheses for similar studies in larger model organisms with more complex brains.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-ADG

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Institution d’accueil

UNIVERSITAT WIEN
Contribution nette de l'UE
€ 3 500 000,00
Coût total
€ 3 500 000,00

Bénéficiaires (1)