Vogels Group

Computational Neuroscience und Neurotheorie

Die Vogels-Gruppe erstellt Computermodelle von Neuronen und neuronalen Netzwerken, die Nervensysteme auf mechanistischer Ebene mathematisch darstellen. Insbesondere interessiert sich die Gruppe für das Zusammenspiel von exzitatorischer und inhibitorischer Aktivität im Kortex und wie daraus zuverlässige sensorische Wahrnehmungen, stabile Erinnerungen und motorische Leistungen entstehen.

Die Arbeit der Vogels-Gruppe teilt sich in drei Hauptbereiche:

1) Plastizität

Die Vogels-Gruppe ist daran interessiert, herauszufinden wie das Gehirn seine synaptischen Verbindungen ändert, um von Erlebnissen zu lernen und sich einer verändernden Welt anzupassen.

In Zusammenarbeit mit Experimentalwissenschafter_Innen, die an so verschiedenen Systemen wie Fruchtfliegen und Mensch arbeiten, erstellt die Vogels-Gruppe mechanistische Modelle der synaptischen Plastizität, die versuchen zu erklären (i) wie sich Plastizität in kortikalen Netzwerken zwischen verschiedenen Zelltypen unterscheidet, (ii) wie das Lernen von neuromodulatorischen Signalen koordiniert wird, (iii) wie sich das Lernen im Laufe der Lebenszeit ändert und (iv) wie Veränderungen in synaptischen Verbindungen die resultierenden Netzwerkdynamiken von Berechnungen beeinflussen.

2) Netzwerkdynamik und Berechnungen

Die Vogels-Gruppe möchte verstehen, wie neuronale Netzwerke sensorische Daten verarbeiten, Erinnerungen speichern und beeinflussen sowie Motorbefehle aussenden. Durch Aufbau und Analyse von abstrakten oder auch detailgetreuen Modellen untersucht die Gruppe die Rolle von Inhibition im exzitatorisch-inhibitorischen Gleichgewicht. Insbesondere in Bezug auf die Frage, wie Kontext- und Verstärkungssignale Netzwerkeigenschaften modifizieren.

3) Ionenkanäle und Einzelneuronen-Biophysik

Die Forschungsgruppe arbeitet mit detaillierten biophysikalischen Modellen einzelner Neuronen, um die komplexen Input-Output-Beziehungen auf der Ebene der einzelnen Neuronen und ihrer dendritischen Zweige zu verstehen. Zusammen mit Forscher_Innen des EPFL (Lausanne) und des CNCB (Oxford) verwaltet die Gruppe eine umfangreiche Datenbank für Ionenkanalmodelle (https://ionchannelmodels.org), um eine bessere experimentell beschränkte Modellierung zu ermöglichen.