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Neuronal implementation of cognitive maps for navigation

Description du projet

Cartographier la connectivité des réseaux neuronaux pour la cognition

Le comportement intelligent repose sur des modèles internes de simulation et de planification, les cellules de lieu et de grille du système hippocampique-entorhinal formant des cartes cognitives de l’environnement. La récente découverte de nombreuses cellules de lieu dans le télencéphale du poisson zèbre a permis de mieux appréhender ces mécanismes. Le projet COGNECTOMICS, financé par le CER, fera appel la microscopie électronique en volume et le profilage transcriptomique pour cartographier la connectivité neuronale au niveau synaptique dans de petits cerveaux. Il explorera la manière dont les interactions entre des sous-ensembles de neurones spécifiques contribuent aux propriétés fonctionnelles des cellules de lieu et comment les structures de réseau influencent l’activité de la population. Le projet examinera également le développement et la maturation des circuits neuronaux et étudiera le rôle des cartes cognitives dans les comportements liés aux prévisions générées en interne.

Objectif

Intelligent behavior is based on internal models of the world that enable mental simulations and strategic planning. A leading model to study such “cognitive maps” are networks of place cells and grid cells in the mammalian hippocampal-entorhinal system. These neurons are active at defined locations and collectively represent a physical environment as a low-dimensional topographic map in neural activity space. However, a mechanistic understanding of the underlying computations and their biological implementation remains elusive. Using new methods for brain-wide activity imaging during behavior, members of our team discovered an abundance of place cells in the telencephalon of zebrafish. We will combine this approach with volume electron microscopy to reconstruct large-scale connectivity in the same brains at synaptic resolution and with transcriptomic profiling to identify molecular cell types, taking advantage of small brain size. The joint analysis of network connectivity and population dynamics will allow us to determine how functional properties of place cells are established by interactions between specific subsets of neurons across brain areas, and how network structure constrains population activity to topographically organized attractor manifolds. The results will disambiguate computational models that make conflicting assumptions about network connectivity. We will further explore the emergence of cell types during development and the concomitant structural and functional maturation of neuronal circuits. The relevance of cognitive maps for neuronal computations and behaviors involving internally generated predictions will be explored by activity measurements in a virtual reality and by functional manipulations of genetically targeted neurons. Capitalizing on the unique combination of expertise among team members, this project is expected to fundamentally advance our mechanistic understanding of biological and potentially artificial intelligence.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-SyG

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Institution d’accueil

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
Contribution nette de l'UE
€ 6 664 840,00
Coût total
€ 6 664 840,00

Bénéficiaires (2)