AG Kognitive Neurophysiologie

Der Hippocampus und der entorhinale Cortex, die Teil des medialen Temporallappens (MTL) sind, unterstützen Gedächtnis- und räumliche Navigationsfunktionen. Unsere Forschung konzentriert sich auf neuronale Berechnungen, die den kognitiven Funktionen der MTL zugrunde liegen, und kombiniert elektrophysiologische In-vitro- und In-vivo-Aufnahmen mit Computersimulationen. Da die MTL maßgeblich an der Alzheimer-Krankheit und der Temporallappen-Epilepsie beteiligt ist, ist das Studium der neuronalen Berechnung in der MTL nicht nur für das Verständnis der kognitiven Funktionen und ihrer technischen Anwendungen von zentraler Bedeutung, sondern auch für die Entwicklung von Behandlungen für Demenz und Epilepsie.

  • Leiter

    Leiter

    Motoharu Yoshida hat Informationstechnologie am Kyushu Institute of Technology in Fukuoka (Japan) studiert und promoviert. Anschließend hat er als Postdoc an der McGill University am Montreal Neurological Institute und der Boston University am Center for Memory and Brain geforscht.

    Danach hat Yoshida an der Ruhr-Universität in Bochum als Junior-Professor gearbeitet. Seit 2016 ist er am LIN und am DZNE Magdeburg.

  • Mitglieder

    Mitglieder

    Leiter  
    Dr. Motoharu Yoshida+49-391-6263-94011motoharu.yoshida@lin-magdeburg.de
    Technische Mitarbeiter und Laborservice  
    Dr. Antonio Reboreda Prieto+49-391-6263-94501antonio.prieto@lin-magdeburg.de
    Doktorand  
    Yacine Brahimi+49-391-6263-94491yacine.brahimi@lin-magdeburg.de
    Simone Calabrese       +49-391-6263-94501 simone.calabrese@lin-magdeburg.de
    Frederik Theissen+49-391-6263-94491frederik.theissen@lin-magdeburg.de
    Gäste  
    Alyssa Price  
    Babak Saber Marouf  

     

  • Projekte

    Projekte

    Das zeitliche Assoziationsgedächtnis

    Die Fähigkeit, zeitlich auseinanderliegende Ereignisse miteinander in Verbindung zu bringen, erfordert einen intakten Hippocampus. Aktuell liegt unser Hauptfokus auf der Rolle der rezeptor-aktivierten Kationenkanäle (TRPC-Kanäle) im Hippocampus, die diese Fähigkeit – das zeitliche Assoziationsgedächtnis – unterstützen. TRPC-Kanäle kommen reichlich in den hippocampalen Pyramidenzellen vor (Abb. 1A). Wir haben vor kurzem gezeigt, dass TRPC-Kanäle die dynamischen Eigenschaften der hippocampalen Pyramidenzellen modulieren, was als persistierendes Feuern (Abb. 1B) bekannt ist. Computersimulationen haben gezeigt, dass die TRPC-Kanäle eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der neuralen Netzwerkaktivität spielen, indem sie es ermöglichen, dass das persistierende Feuern gleichzeitig neben den Thetawellen besteht. Wir planen, unser Verständnis für die Beteiligung der TRPC-Kanäle auf Verhaltensebene zu erweitern, indem wir die TRPC-Kanäle in vivo manipulieren.


    Räumliche Navigation

    Von den Gitterzellen im medialen entorhinalen Cortex (MEC) glaubt man, dass sie die räumliche Navigation unterstützen. Es wird angenommen, dass das Feuern der Gitterzellen durch Pfadintegration entsteht. Dies ist die Fähigkeit, die räumliche Darstellung durch idiothetische Informationen zu aktualisieren. Die Schicht II des MEC besteht hauptsächlich aus zwei verschiedenen Zellarten: Pyramidenzellen und Sternzellen. Allerdings sind die zellulären Mechanismen zur Unterstützung der Pfadintegration und Gitterzellenbildung immer noch unbekannt. Die Schwingungseigenschaften der MEC-Schicht-II-Neuronen und das persistierende Feuern könnten die Pfadintegration unterstützen (Abb. 2). Wir haben vor kurzem gezeigt, dass die Eigenschaften der MEC-Schicht-II-Neuronen, wie die zum Beispiel die Spike-Adaptionsrate, entlang der dorso-ventralen Achse verschieden sind. Dies weist darauf hin, dass diese Zelleigenschaften möglicherweise Unterschieden im Abstand der Gitterzellen unterliegen.


    Gedächtniskodierung und -konsolidierung

    Man nimmt an, dass der MTL die Gedächtnisbildung durch zwei verschiedene Prozesse unterstützt: Enkodierung und Konsolidierung. Hippocampale Neuronen verändern ihren Feuermodus von „Ortszellen“- oder „Zeitzellen“-Aktivität während der Enkodierung zur zeitlich komprimierten „Wiedergabe“-Aktivität während der Konsolidierung. Die vorherrschende Theorie besagt, dass der Spiegel des Neuromodulators Acetylcholin diesen Wechsel des Betriebsmodus auslöst. Unsere theoretische und rechnerische Arbeit legt nahe, dass die cholinerge Regulierung intrinsischer Zelleigenschaften, einschließlich der TRPC- und Kaliumkanäle, den Wechsel fördern kann.
     

    Weitere Informationen zu den Forschungsprojekten finden Sie hier: yoshida-lab.weebly.com/our-research.html

  • Ausgewählte Publikationen

    Ausgewählte Publikationen

    Jochems A, Yoshida M. A robust in vivo-like persistent firing supported by the CAN current in a recurrent neural network. PLoS ONE. 2015 Jan 01; 10:e0123799. doi: 10.1371/journal.pone.0123799

    Saravanan V, Arabali D, Jochems A, Cui AX, Gootjes-Dreesbach L, …, Yoshida M. Transition between encoding and consolidation/replay dynamics via cholinergic modulation of CAN current: a modelling study. Hippocampus. 2015 Jan 01; 25 doi: 10.1002/hipo.22429

    Knauer B, Jochems A, Valero-Aracama MJ, Yoshida M. Long-lasting intrinsic persistent firing in rat CA1 pyramidal cells: a possible mechanism for active maintenance of memory. Hippocampus. 2013 Jan 01; 23:820-31. doi: 10.1002/hipo.22136

    Yoshida M, Giocomo LM, Boardman I, Hasselmo ME. Frequency of subthreshold oscillations at different membrane potential voltages in neurons at different anatomical positions on the dorso-ventral axis in the rat medial entorhinal cortex. J Neurosci. 2011 Jan 01; 31:12683-94. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1654-11.2011

    Yoshida M, Hasselmo M. Persistent firing supported by an intrinsic cellular mechanism in a component of the head direction system. J Neurosci. 2009 Jan 01; 29:4945-4952. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5154-08.2009

  • Drittmittel

    Drittmittel

    2019-2021
    DFG grant

    „Die Rolle der TRPC-Kanäle bei der Pfadintegration und dem Feuern von Gitterzellen im medialen entorhinalen Cortex”

    2019-2021
    CBBS grant (gefördert durch EFRE)
    „Dopaminergic modulation of working memory-related persistent neuronal activity in auditory cortex: from molecules to behavior“

    2017-2021
    Stipendium der Internationalen Graduiertenschule ABINEP (gefördert durch ESF)
    www.abinep.ovgu.de

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