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Prof. Dr. Tobias Bonhoeffer
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Wie Synapsen funken

Tobias Bonhoeffer und sein Team erforschen die neurobiologischen Grundlagen des Lernens.

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Publikationen

Abteilung Synapsen – Schaltkreise – Plastizität

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Synapsen – Schaltkreise – Plastizität

Die Forschung im Überblick

Wir interessieren uns für die grundlegenden Vorgänge und Ursachen der synaptischen Plastizität. Um das System als Ganzes zu verstehen, finden unsere Untersuchungen auf ganz verschiedenen Ebenen statt und reichen von molekularbiologischen Studien bis zur Analyse des intakten Nervensystems. Auf der System-Ebene untersuchen wir zum Beispiel, wie sich das visuelle System entwickelt und wie es auf Veränderungen der Umwelt reagiert. Auf zellulärer Ebene drehen sich die Arbeiten um die Frage, wie sich das Gehirn beim Lernen und Gedächtnisabläufen verändert und welche zellulären und synaptischen Mechanismen für die Veränderungen verantwortlich sind.

In den letzten Jahren konnten wir zum Beispiel zeigen, dass synaptische Plastizität mit Strukturveränderungen im Gehirn einhergeht (Wachsen und Zurückziehen sogenannter dendritischer Dornen), dass diese Strukturveränderungen dafür verantwortlich sind, dass wir einmal Gelerntes leichter wiedererlernen, und in wie fern "kortikale Karten", die ein geordnetes Abbild der Umgebung erstellen, durch Erfahrungen in der Umwelt strukturiert werden.

 Die Nervenzellen des visuellen Systems verbinden sich zum größten Teil während der Entwicklung. Doch auch im erwachsenen Gehirn kann sich das System noch verändern. Wir untersuchen die zellulären Mechanismen, die dieser Plastizität im sich entwickelnden und erwachsenen Gehirn zugrunde liegen.

Plastizität des visuellen Systems (Prof. Dr. Mark Hübener)

Die Nervenzellen des visuellen Systems verbinden sich zum größten Teil während der Entwicklung. Doch auch im erwachsenen Gehirn kann sich das System noch verändern. Wir untersuchen die zellulären Mechanismen, die dieser Plastizität im sich entwickelnden und erwachsenen Gehirn zugrunde liegen.
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Projektgruppen

Durch das immer größer werdende Verständnis für die Informationsverarbeitung im intakten Gehirn wird immer deutlicher, wie stark soziale Faktoren die Berechnung und Speicherung von Informationen beeinflussen. Um die, dem zu Grunde liegenden, Prozesse zu beleuchten, studieren wir den Einfluss sozialer Interaktionen zwischen Mäusen und ihren Jungen auf das Lernverhalten. Dafür machen wir uns das „Pup-retrieval“-Verhalten zunutze, um damit den Einfluss von Rufen der Jungen auf die Struktur und Funktion von Neuronen im auditorischen Kortex von Müttern und Pflegemüttern zu untersuchen. Wir untersuchen gezielt wie sich die Vernetzung des kortikalen Kreislaufs und die neuronale Netzwerkaktivität während der Aneignung von elterlichem Pflegeverhalten verändern. Im letzten Schritt werden diese beiden Datensets miteinander verknüpft, um eine schlüssige Interpretation der Beziehung zwischen struktureller und funktionaler Disparität während natürlichem Verhalten zu entwickeln.

Einfluss von sozialem Lernen auf die Struktur und Funktion kortikaler Neurone

Durch das immer größer werdende Verständnis für die Informationsverarbeitung im intakten Gehirn wird immer deutlicher, wie stark soziale Faktoren die Berechnung und Speicherung von Informationen beeinflussen. Um die, dem zu Grunde liegenden, Prozesse zu beleuchten, studieren wir den Einfluss sozialer Interaktionen zwischen Mäusen und ihren Jungen auf das Lernverhalten. Dafür machen wir uns das „Pup-retrieval“-Verhalten zunutze, um damit den Einfluss von Rufen der Jungen auf die Struktur und Funktion von Neuronen im auditorischen Kortex von Müttern und Pflegemüttern zu untersuchen. Wir untersuchen gezielt wie sich die Vernetzung des kortikalen Kreislaufs und die neuronale Netzwerkaktivität während der Aneignung von elterlichem Pflegeverhalten verändern. Im letzten Schritt werden diese beiden Datensets miteinander verknüpft, um eine schlüssige Interpretation der Beziehung zwischen struktureller und funktionaler Disparität während natürlichem Verhalten zu entwickeln.
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Es ist bekannt, dass es beim Lernen zur Bildung neuer synap­tischer Verbindungen zwischen einzelnen Nervenzellen kommt. Unklar ist jedoch, ob diese strukturellen Veränderungen spezifisch genug sind, um an der Bildung einer neuronalen "Erinnerungsspur" beteiligt zu sein. Wir untersuchen in vivo und in vitro, wie sich lernbedingte Änderungen in den Antwort­eigenschaften einzelner Zellen und Synapsen zu Änderungen in ihrer Struktur verhalten.

Strukturelle und funktionelle Plastizität einzelner Synapsen

Es ist bekannt, dass es beim Lernen zur Bildung neuer synap­tischer Verbindungen zwischen einzelnen Nervenzellen kommt. Unklar ist jedoch, ob diese strukturellen Veränderungen spezifisch genug sind, um an der Bildung einer neuronalen "Erinnerungsspur" beteiligt zu sein. Wir untersuchen in vivo und in vitro, wie sich lernbedingte Änderungen in den Antwort­eigenschaften einzelner Zellen und Synapsen zu Änderungen in ihrer Struktur verhalten.

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Verhaltensparadigmen des Gedächtnisses

Synaptische Plastizität in einer virtuellen Realität

 
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