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

Descrizione del progetto

Comprendere i meccanismi che regolano il controllo del comportamento ambientale a livello cerebrale

Registrazioni dell’attività neuronale su larga scala hanno messo in evidenza che schemi diffusi di attività neuronale nel cervello sono responsabili della codificazione dei parametri di movimento. Inoltre, nell’elaborazione sensoriale sono coinvolte anche le rappresentazioni del comportamento a livello cerebrale. Sebbene questi risultati siano universalmente validi nel regno animale, dai vermi ai mammiferi, i meccanismi a loro sottostanti sono tuttora sconosciuti. Il progetto elegansBrainBodyEnvi, finanziato dal CER, si avvarrà del nematode Caenorhabditis elegans come animale modello per applicare una combinazione di immaginografia basata su ioni di calcio con risoluzione a singola cellula a livello cerebrale e manipolazione genetica in animali che si comportano liberamente nel loro ambiente naturale. Questo studio sui vermi fornisce un’occasione per chiarire le funzioni universali delle rappresentazioni del comportamento a livello cerebrale. L’obiettivo è quello di fornire principi fondamentali e di formulare ipotesi di lavoro per lo svolgimento di futuri studi su organismi e cervelli modello più complessi.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2021-ADG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITAT WIEN
Contributo netto dell'UE
€ 3 500 000,00
Indirizzo
UNIVERSITATSRING 1
1010 Wien
Austria
Regione
Ostösterreich Wien Wien
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 3 500 000,00

Beneficiari (1)