Projektbeschreibung
Wie Informationsströme im Gehirn funktionieren
Nervenzellen im Gehirn bilden Neuronenverbände, also größere Funktionsstrukturen, deren Kommunikation untereinander für Informationsströme sorgt und motorisches Verhalten sowie kognitive Funktionen erzeugt. Doch wie genau der Mechanismus funktioniert, der Informationen durch die Neuronenverbände im Gehirn fließen lässt, ist noch immer ungeklärt. Das EU-finanzierte Projekt BrainInformationFlow wird anhand des experimentellen Modells der Zebrafischlarven die Dynamik des Gesamtgehirns untersuchen. Mithilfe von Optogenetik und Mikroskopie werden Struktur und Organisation der Hirnkonnektivität entschlüsselt. Besonders berücksichtigt werden dabei die Stabilität der Schaltkreise im Gehirn und die Kompensationsmechanismen bei Unterbrechung des Informationsflusses. Die Projektergebnisse könnten wichtige Erkenntnisse über pathologische Mechanismen liefern, die Erkrankungen des Nervensystems zugrunde liegen.
Ziel
How information is processed and flows through the brain to generate motor behaviours and cognitive functions is a paramount question in neurosciences. Donald Hebb proposed that individual neurons cooperate to form larger functional structures (neuronal assemblies) that communicate between them through phase sequences. Recent experiments support the existence of assemblies but how does the information flow between these neuronal assemblies, across the entire brain, remains elusive.
I propose to use the zebrafish larva as the experimental model that in combination with optogenetics and light-sheet microscopy, enables monitoring whole-brain dynamics, with single-neuron resolution in an intact behaving vertebrate. Taking advantage of a multidisciplinary approach involving cutting-edge optical techniques, genetics, optogenetics, and mathematical methods from graph theory and statistical mutual information, I intend to shed light on basic principles underlying the flow of information across the entire brain. Specifically, I will study the following aims:
* Description of the connectivity structure and organization across the whole brain.
* Testing the existence of bottlenecks and surrogate connectivity between neuronal assemblies.
* Network connectivity robustness: circuit and physiological compensations following flow of information interruption.
In recent years, zebrafish became an important model for human diseases (e.g. Parkinson's, Rett's syndrome, or autism). Thus, my findings may contribute to the understanding of information flow anomalies associated with neurological disorders, and therefore open new doors for the design of novel treatments, still impossible to envision using more complex animal models.
Wissenschaftliches Gebiet
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75230 Paris
Frankreich