Ongoing dynamics of neocortex: modelling amplitude and phase (BMBF-Bernsteingruppe Magdeburg)

Ein wichtiges Ziel der Neurowissenschaft in den vergangenen Jahren war,  die neuronale Dynamik  kortikaler Netzwerke besser zu verstehen. Die Schlüsselfrage bei diesem Thema ist die Verarbeitung des Inputs in kortikale. Aktuell wird intensiv darüber diskutiert, wie Amplitude und Phase fortlaufender kortikaler Aktivität durch den Input definiert und moduliert wird. Der Input in ein kortikales Areal kann im allgemeinen  entweder  von der Peripherie ( bottomup ) oder von höheren kortikalen Arealen ( top-down ) kommen. Die detaillierten Mechanismen der Generierung neokortikaler Oszillationen ist Gegenstand aktueller Diskussionen. So gehen einige Modelle zur Erzeugung von Gamma-Oszillationen von einer Interaktion von glumaterger pyramidaler Neuronen mit GABAergen Interneuronen (siehe Whittington et. al. 1995; Haider et al., 2006) während andere die Relevanz  von thalamocortikaler Schleifen betonen. Das aktuelle Bernstein-Projekt konzentriert sich auf die Klärung dieser Alternative. Ein weiterer derzeit ungelöster Punkt besteht in der Frage, wie ereigniskorrelierte Potentiale ( EKP) erzeugt werden. Dabei ist insbesondere unklar, ob EKP in erster Linie durch ein phase-reset der Hintergrundaktivität  (Brandt & Jansen 1991; Makeig et al. 2002; Klimesch et al. 2004) oder durch einen durch den Stimulus auslösenden  Anstieg  der EEG Aktivität ensteht (Schroeder et al. 1995). Die skizzierten Fragen werden u.a. durch explizite Modellierung der Stimulus-induzierten neuralen Aktivität und Vergleich dieser Ergebnisse mit  intrakraniellen Ableitungen bearbeitet.

Haider B, Duque A, Hasenstaub AR, McCormick DA (2006) Neocortical network activity in vivo is generated through a dynamic balance of excitation and inhibition. J Neurosci 26: 4535-4545.

Brandt ME , Jansen BH (1991) The relationship between prestimulus-alpha amplitude and visual evoked potential amplitude. Int J Neurosci 6: 261-268.

Ongoing dynamics of neocortex: modelling amplitude and phase

This project addresses the relationship between ongoing ( background )and stimulus-related ( evoked , induced ) activity in mammalian neocortex. The centrepiece of this project is a generic model of cortical functional architecture and activity modes that are explicit with respect to the biophysical and physiological mechanism and the computational principles thereby implemented.