Räumliche Integration visueller Signale in retinalen Ganglienzellen der Maus

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Gollisch
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247302823

Die Ganglienzellen der Netzhaut integrieren visuelle Signale über ihre räumlichen rezeptiven Felder. Diese räumliche Integration wird oft durch eine lineare Filteroperation beschrieben. Diverse kürzlich untersuchte Beispiele haben jedoch gezeigt, dass einige Ganglienzelltypen ihre spezifischen funktionellen Eigenschaften erhalten, indem sie Signale über ihre rezeptiven Felder in besonderer, nichtlinearer Weise integrieren. Allerdings ist bisher wenig bekannt über die funktionellen Charakteristika dieser räumlichen Nichtlinearitäten. Ein zentrales Problem der experimentellen Erfassung dieser Nichtlinearitäten ist, dass sie getrennt werden müssen von darauffolgenden nichtlinearen Transformationen, wie etwa der Ganglienzell-intrinsischen Transformation der integrierten Signale in Spikemuster. Zu diesem Zweck haben wir kürzlich die Methode der Messung von Iso-Antwort-Reizen zur Untersuchung der räumlichen Integration in Ganglienzellen vorgestellt. Indem wir unterschiedliche räumliche Muster identifizieren, die jeweils die gleiche Antwort einer gemessenen Ganglienzelle hervorrufen, können wir die zugrunde liegenden Nichtlinearitäten ableiten. Nachdem wir diese Methode verwendet haben, um die räumliche Integration von Ganglienzellen der Salamander-Retina zu charakterisieren, haben wir nun die Techniken zur Spike-Erkennung und zum sogenannten spike sorting verfeinert. Dies erlaubt uns, die Analysen auf ein Säugetiersystem auszudehnen, die Netzhaut der Maus. Die Untersuchungen werden darauf abzielen, nicht nur die räumliche Integration im Zentrum des rezeptiven Felds zu charakterisieren, sondern auch in der Umgebung des rezeptiven Feldes sowie in der Interaktion von Zentrums- und Umgebungssignalen, um schließlich ein umfassendes Bild der räumlichen Integration in der Retina zu erhalten. Basis der Untersuchungen werden extrazelluläre Ableitungen neuronaler Aktivität in Ganglienzellen der isolierten Maus-Retina sein. Die visuelle Stimulation der Retina wird in einem closed-loop Szenario an die einkommenden Daten gekoppelt werden, um eine aktive Suche nach solchen Stimulus-Mustern zu ermöglichen, die die gleiche, vordefinierte Antwortrate einer Zelle liefern. Darüber hinaus werden wir die identifizierten räumlichen Integrationseigenschaften mit der Typifizierung von Ganglienzell-Unterklassen verknüpfen. Schließlich werden wir untersuchen, welche funktionelle Bedeutung die Integrationseigenschaften für das Sehen haben. Dazu werden wir mathematische Modelle der räumlichen Integration entwickeln und deren Verhalten mit üblichen linearen Filtermodellen und mit Ableitungen von Ganglienzellen unter Stimulation mit natürlichen Bildern vergleichen. Insgesamt zielen diese Untersuchungen darauf ab, eine neue Perspektive auf die Signalverarbeitung durch rezeptive Felder zu ermöglichen und die Bedeutung nichtlinearer räumlicher Integration in der Retina exemplarisch darzulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen