FOR 5289: Von Impr?zision zu Robustheit in der Assemblierung Neuronaler Schaltkreise

Warum Impr?zision und Robustheit? Die Spezifit?t synaptischer Konnektivit?t ist von zentraler Bedeutung für die Untersuchung der Entwicklung und Funktion des Gehirns. Dagegen werden Impr?zisionen h?ufiger assoziiert mit fehlerhafter Entwicklung und reduzierter Funktion. In den meisten Studien zur neuronalen Entwicklung spielt Impr?zision haupts?chlich eine Rolle in der Form von Fehlerbalken und der Hoffnung auf signifikante Unterschiede zwischen Kontrolle und experimentellen Durchschnitten. Und doch ist die Entwicklung neuronaler Schaltkreise in vielen Aspekten impr?zise, und adulte Schaltkreise sind nicht nur pr?zise, sondern auch flexibel und fehlertolerant, also robust. Die Kern-Hypothese unserer Forschungsgruppe ist, dass Impr?zisionen bestimmter Prozesse auf einer niedrigeren Ebene (von Molekülen bis zu Zellen) essentiell sind für die Robustheit der Schaltkreis-Assemblierung auf h?heren Ebenen (von Zellen bis zum Verhalten). W?hrend es viele Beispiele gibt die diese Idee unterstützen, ist uns keine dedizierte Intitiative wie RobustCircuit bekannt die sich auf die Bedeutung von impr?ziser Entwicklung auf die Robustheit neuronaler Schaltkreis-Konnektivit?t und Funktion fokussiert. In unserer Forschungsgruppe beabsichtigen wir die Erforschung verschiedener Formen von Impr?zision bei der Assemblierung von neuronalen Schaltkreisen sowie die Unterscheidung von Impr?zision als unvermeidbarem Hintergrundrauschen oder als notwendigem Bestandteil der Entwicklung und Funktion. Neuronale Schaltkreise sind vielen Impr?zisionen ausgesetzt: molekulares Rauschen, subzellul?re stochastische Dynamik, variable axonale und dendritische Verzweigungen, zellul?re Heterogenit?t, ungenaue Kodierung der synaptischen Partnerwahl, um nur einige zu nennen. Um eine vergleichbare und integrative Einsicht basierend auf Messungen solcher verschiedener Impr?zisionen zu erreichen, beabsichtigen wir ausgew?hlte neuronale Schaltkreise in einem einzigen Modellorganismus zu untersuchen, Drosophila melanogaster. Die neuronalen Schaltkreise der Fliege sind gut dokumentiert und erlauben eine quantitative Studie von Impr?zisionen und Robustheit auf einer Skala die von Molekülen, über subzellul?re Strukturen, Neurone und Schaltkreise bis zum Verhalten reicht. Das Ziel von RobustCircuit ist die Rolle von Impr?zisionen w?hrend der Entwicklung für die Robustheit neuronaler Schaltkreise durch den Vergleich und die Integration von Beispielen verschiedener Neuronen-Typen und auf eine Skala von Molekülen bis zum Verhalten zu charakterisieren. Unser integrativer Ansatz is ausgelegt um einen quantitativen Vergleich und eine Analyse durch gemeinsame Computer-Modelle bis zum Ende einer ersten F?rderperiode zu ereichen. Unsere Langzeitperspektive ist die Erweiterung auf andere Modellsysteme.