Universität zu Köln

Der Geruchssinn ist eine grundlegende und universelle Sinnesmodalität, die es Tieren ermöglicht, Nahrungsquellen zu lokalisieren, Gefahren zu meiden und Paarungspartner zu identifizieren. Darüber hinaus können Gerüche durch Erfahrung einen prädiktiven Wert erlangen, der es den Tieren ermöglicht, auf relevante Aspekte ihrer Umgebung zu schließen und diese vorauszusehen. Daher sind Geruchswahrnehmung und -lernen sowohl für das Überleben als auch für die Fortpflanzung entscheidend. Ein Verständnis darüber, wie das Gehirn Geruchsinformationen verarbeitet und erlernt, gibt Einblicke in die Grundprinzipien neuronalen Funktionen. In dieser Arbeit untersuchen wir die Mechanismen der Geruchsverarbeitung und des Lernens im kompakten, aber hoch entwickelten Gehirn der Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Mit Hilfe von Computermodellierung auf mehreren Abstraktionsebenen wollen wir die biologischen Prinzipien, die sensorische Repräsentation, Lernen und Gedächtnis bestimmen, formalisieren und erforschen. Auf der Ebene der Schaltkreise untersuchen wir, wie spezifische Netzwerkmotive die Gedächtnisbildung, -aktualisierung und -erweiterung unterstützen, einschließlich der Mechanismen, die Extinktionslernen und Lernen zweiter Ordnung zugrunde liegen. Auf zellulärer Ebene untersuchen wir die Rolle hemmender Interaktionen bei der Verarbeitung binärer Geruchsmischungen in frühen olfaktorischen Schaltkreisen. Auf der Grundlage von ultrastrukturellen Konnektomdaten analysieren wir, wie sensorische Informationen integriert werden, und entwickeln Computermodelle, um zu untersuchen, wie diese Schaltkreise Geruchsrepräsentationen formen. Auf molekularer Ebene entwickeln wir ein phänomenologisches Modell der synaptischen Übertragungsdynamik, die durch die unterschiedliche Expression synaptischer Proteinisoformen bestimmt wird. So können wir untersuchen, wie die molekulare Zusammensetzung die Kurzzeitplastizität steuert und den Informationsfluss bei der synaptischen Auflösung moduliert. Mit diesen interdisziplinären Ansätzen wollen wir das Verständnis der olfaktorischen Berechnung und des Gedächtnisses verbessern, indem wir eine Brücke zwischen molekularen Mechanismen, Schaltkreisdynamik und Verhaltensergebnissen schlagen. Letztendlich zielt diese Arbeit darauf ab, allgemeine Prinzipien der Hirnfunktion aufzudecken, die über das olfaktorische System hinausgehen und übertragbare Einsichten zur neuronaler Berechnung bieten.

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