Extrazellul?re Ableitungen

Neurone kommunizieren via kleiner elektrischer Pulse, welche auch Aktionspotentiale (APs) genannt werden. Im Allgemeinen erzeugen Neurone ein AP (oder viele), wenn sie genügend starken Input an ihren Synapsen erhalten. Diese neuronale Aktivit?t verursacht eine ?nderung in der Zusammensetzung der Ionen im Extrazellul?rraum (auch in der Zelle), woraus sich lokalen ?nderungen des elektrischen Feldes ergeben, welche gemessen werden k?nnen.

Eine Technik um diese ?nderungen zu messen sind extrazellul?re Ableitungen des elektrischen Feldes, welche es erm?glichen die Aktivit?t von Einzelzellen zu untersuchen und darüber hinaus auch die Kommunikation zwischen individuellen, sowie Gruppen von Neuronen, mit hoher r?umlicher- und zeitlicher Aufl?sung. Dies erm?glicht es die neuronalen Mechanismen, welche h?heren kognitiven Funktionen zu Grunde liegen zu untersuchen. In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir beispielsweise die aufmerksamkeitsabh?ngige Verbesserung der Antwortselektivit?t und des Signal-Rausch Verh?ltnisses, die Koordination innerhalb neuronaler  Ensembles und die Kommunikation zwischen und innerhalb verschiedener kortikaler Areale (z. B. Grothe et al., 2012; Drebitz et al., 2018; Galashan et al., 2013; Schledde et al., 2017).

Die Abbildung zeigt die neuronale Aktivit?t innerhalb einer kortikalen Kolumne. Um diese aufzunehmen wurde eine Multi-Kontakt Elektrode verwendet, welche im Abstand von 100 ?m das elektrische Feld misst. Das Bild zeigt die Aktivit?t der Neurone innerhalb der Kolumne w?hrend ein Stimulus im rezeptivem Feld der Neurone gezeigt wird (Onset). Neurone in tieferen Schichten regieren etwas früher auf die eintreffenden Signale (hier Blau). Diese Neurone befinden sich in der "Input" - Schicht und liefern ihrerseits Signale an Neurone in h?heren (hier gelb) aber auch tieferen (grün) Schichten.
Das Bild zeigt das Antwortverhalten eines Neurons im visuellen Areal 1 (V1). Die Aktivit?t des Neurons steigt stark an, wenn sich ein Objekt innerhalb des rezeptiven Feldes (hier rot gef?rbt) befindet. Befindet sich das selbe Objekt an einem anderen Ort innerhalb des Sehfeldes, reagiert das Neuron wenig bis gar nicht (blau gef?rbt).
Aufgenommene neuronale Aktivit?t (Feuerrate, Aktionspotentiale pro Sekunde) eines Neurons im visuellen Areal MT (middle temporal). Neurone in MT sind besonders reaktiv für Bewegungen. Die gezeigte Aktivit?t ist die Antwort des MT Neurons auf ein sich bewegendes Gitter (moving grating), welches sich im rezeptiven Feld des Neurons befindet. Die Bewegung des Gitters beschleunigt sich dann, worauf das Neuron mit einer starken Erh?hung der Feuerrate reagiert (Transiente). Die Feuerrate sinkt daraufhin wieder ab, bleibt jedoch auf einem h?heren Niveau als w?hrend der langsameren Geschwindigkeit zuvor.