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Comparative Connectomics: Revealing change and conservation in whole brain circuits across evolution

Projektbeschreibung

Die Schaltkreise hinter dem Verhalten abbilden

Verhaltensweisen von Tieren ist unglaublich vielfältig, doch wir wissen sehr wenig darüber, wie sich das Gehirn entwickelt hat, um diese Vielfalt hervorzubringen. Was ändert sich und was bleibt gleich? Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt CircuitEvolution wird diese Fragen beantworten, indem es untersucht, wie sich die Gehirnverdrahtung bei verschiedenen Arten im Zuge der Verhaltensentwicklung verändert. Mithilfe hochauflösender Elektronenmikroskopie werden Forschende die vollständigen Gehirne von sieben Fruchtfliegenarten in unterschiedlichen evolutionären Abständen kartieren. Durch den Vergleich neuronaler Schaltkreise im gesamten Gehirn wird das Team sowohl konservierte Strukturen als auch neu entwickelte Strukturen identifizieren, die mit Eigenschaften wie Balzverhalten, Sehvermögen sowie Geruchssinn in Zusammenhang stehen. Durch die Verbindung von Neurowissenschaft, Genetik und statistischer Physik leistet das Projekt Pionierarbeit auf einem neuen Gebiet: der vergleichenden Konnektomik des gesamten Gehirns. Die Ergebnisse sollen Einblicke in die Entwicklung von Nervensystemen und deren Auswirkungen auf die Gestaltung von KI-Systemen bieten.

Ziel

Animals display remarkable diversity in their behaviors, yet very little is known about how nervous systems evolve to generate such
variation. CircuitEvolution will answer two fundamental questions:
1. How does brain wiring change across species as novel behavioral traits evolve?
2. What core features of brain circuits are deeply conserved across species?
We will use electron microscopy connectomics, the only method that enables unbiased, brain-wide structural analysis of the synaptic
connectivity between all neurons. Building on recent rapid progress in Drosophila melanogaster, the frontier of whole brain
connectomics, we will target drosophilids at a strategically selected range of evolutionary divergences. Two PIs (Cardona, Jefferis) are
pioneers in Drosophila connectomics, and our third PI (Ruta) and collaborators (Prieto-Godino, Benton) have pioneered molecular
genetic investigation of behavioral and circuit evolution across drosophilids. Crucially, with our fourth PI (statistical physicist, Sales
Pardo), we will identify conserved and divergent neurons and circuits across increasingly distant species, developing new inference
methods for connectome alignment, simplification, and neuron annotation. Working together on this project we can develop a new
field of whole-brain comparative connectomics.
With cutting edge technology, we will obtain and share multiple connectomes for 7 species. These unique datasets will allow
comparisons across species, sexes and developmental stages and support three areas of biological investigation within this grant:
olfactory circuits, courtship behavior and the conserved core of the insect brain. This will generate many hypotheses that will be
tested experimentally by the PIs, collaborators and laboratories worldwide. The insights and methods will have a major impact on
understanding conserved and evolving circuit function across phyla all the way to mammalian brains and impact the design of
artificial intelligence systems.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy Grants

Alle im Rahmen dieses Finanzierungsinstruments finanzierten Projekte anzeigen

Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2024-SyG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

UNITED KINGDOM RESEARCH AND INNOVATION
Netto-EU-Beitrag
€ 7 951 198,50
Adresse
POLARIS HOUSE NORTH STAR AVENUE
SN2 1FL SWINDON
Vereinigtes Königreich
Region
South West (England) Gloucestershire, Wiltshire and Bristol/Bath area Swindon
Aktivitätstyp
Research Organisations
Links
Gesamtkosten
€ 7 951 198,50

Begünstigte (5)