Academic literature on the topic 'Konnektomik'

ZusammenfassungDas Ziel, synaptische Nervenzellnetzwerke zumindest in begrenzten Hirnteilen komplett zu vermessen, hat in den letzten Jahren erhebliche Aufmerksamkeit gewonnen. Methodische Durchbrüche haben die 3-dimensionale elektronenmikroskopische Darstellung immer größerer Gewebsblöcke realistisch werden lassen. Die Effektivität der Datenanalysemethoden solcher Bilddaten begrenzt aber noch immer die möglichen neurowissenschaftlichen Erkenntnisse. Wo steht das Feld, welche Einsichten sind gewonnen, welche absehbar? Dieser kurze Überblick berichtet vom Stand der Dinge in der zellulären Konnektomik.

ZusammenfassungUm eine Vorstellung von den in neuronalen Netzwerken ablaufenden Prozessen zu bekommen, werden häufig Vergleiche mit elektronischen Schaltkreisen angestellt. Ein fundamentaler Unterschied zu solchen fest verdrahteten Schaltkreisen besteht jedoch darin, dass sich die Struktur neuronaler Verbindungen ständig verändert. Im Folgenden diskutieren wir aktuelle Befunde, die diese dynamische Natur und die zugrunde liegenden Mechanismen deutlich machen. Die Dynamik neuronaler Netzwerke unterliegt bestimmten Regeln, die die statistischen Charakteristika der synaptischen Eigenschaften im stationären Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt erklären. Diese Regeln erlauben auch die Vorhersage der zukünftigen Zustände des Netzwerks und ergänzen Erkenntnisse, die mithilfe serieller Sektionselektronenmikroskopie an Hirnschnitten gewonnen wurden, die methodisch bedingt lediglich Informationen zu einem einzigen Zeitpunkt liefert. Wir legen dar, wie die dynamische Natur des Konnektoms mit der stabilen Funktionsfähigkeit und Langzeitspeicherung von Gedächtnisinhalten vereinbar ist und wie sie sogar Lernprozesse begünstigen könnte.

In der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) zeigen Patienten mit posttraumatischer Belastungsstörung (PTSB) Veränderungen in neuronalen Netzwerken wie dem Default-mode-, dem ventralen Aufmerksamkeits- und dem frontoparietalen Kontrollnetzwerk. Jetzt prüften Autoren mit einer speziellen EEG-Methode Veränderungen im Konnektom bei Kontrollen und Patienten mit PTSB und die Korrelation der Befunde mit klinischen Parametern.

Es ist noch weitgehend ungeklärt, mittels welcher Mechanismen die elektrische Aktivität von Nervenzellpopulationen des Gehirns Verhalten ermöglicht. Die Orientierung im Raum ist eine Fähigkeit des Gehirns, für die im Säugetier der mediale entorhinale Teil der Großhirnrinde als entscheidende Struktur identifiziert wurde. Hier wurden Nervenzellen gefunden, die die Umgebung des Individuums in einer gitterartigen Anordnung repräsentieren. Die neuronalen Schaltkreise, welche diese geordnete Nervenzellaktivität im medialen entorhinalen Kortex (MEK) ermöglichen, sind noch wenig verstanden. Die vorliegende Dissertation hat eine Klärung der zellulären Architektur und der neuronalen Schaltkreise in der zweiten Schicht des MEK der Ratte zum Ziel. Zunächst werden die Beiträge zur Entdeckung der hexagonal angeordneten zellulären Anhäufungen in Schicht 2 des MEK sowie zur Beschreibung der Dichotomie der Haupt-Nervenzelltypen dargestellt. Im zweiten Teil wird erstmalig eine konnektomische Analyse des MEK beschrieben. Die detaillierte Untersuchung der Architektur einzelner exzitatorischer Axone ergab das überraschende Ergebnis der präzisen Sortierung von Synapsen entlang axonaler Pfade. Die neuronalen Schaltkreise, in denen diese Neurone eingebettet sind, zeigten eine starke zeitliche Bevorzugung der hemmenden Neurone. Die hier erhobenen Daten tragen zu einem detaillierteren Verständnis der neuronalen Schaltkreise im MEK bei. Sie enthalten die erste Beschreibung überraschend präziser axonaler synaptischer Ordnung im zerebralen Kortex der Säugetiere. Diese Schaltkreisarchitektur lässt einen Effekt auf die Weiterleitung synchroner elektrischer Populationsaktivität im MEK vermuten. In zukünftigen Studien muss insbesondere geklärt werden, ob es sich bei den hier berichteten Ergebnissen um eine Besonderheit des MEK oder ein generelles Verschaltungsprinzip der Hirnrinde des Säugetiers handelt.
The mechanisms by which the electrical activity of ensembles of neurons in the brain give rise to an individual’s behavior are still largely unknown. Navigation in space is one important capacity of the brain, for which the medial entorhinal cortex (MEC) is a pivotal structure in mammals. At the cellular level, neurons that represent the surrounding space in a grid-like fashion have been identified in MEC. These so-called grid cells are located predominantly in layer 2 (L2) of MEC. The detailed neuronal circuits underlying this unique activity pattern are still poorly understood. This thesis comprises studies contributing to a mechanistic description of the synaptic architecture in rat MEC L2. First, this thesis describes the discovery of hexagonally arranged cell clusters and anatomical data on the dichotomy of the two principle cell types in L2 of the MEC. Then, the first connectomic study of the MEC is reported. An analysis of the axonal architecture of excitatory neurons revealed synaptic positional sorting along axons, integrated into precise microcircuits. These microcircuits were found to involve interneurons with a surprising degree of axonal specialization for effective and fast inhibition. Together, these results contribute to a detailed understanding of the circuitry in MEC. They provide the first description of highly precise synaptic arrangements along axons in the cerebral cortex of mammals. The functional implications of these anatomical features were explored using numerical simulations, suggesting effects on the propagation of synchronous activity in L2 of the MEC. These findings motivate future investigations to clarify the contribution of precise synaptic architecture to computations underlying spatial navigation. Further studies are required to understand whether the reported synaptic specializations are specific for the MEC or represent a general wiring principle in the mammalian cortex.