Allen Institute startet Neurowissenschaftsinitiativen zu Wahrnehmung, Erkennung und Psychedelika

Wie reagieren Neuronen auf magische Pilze? Was passiert im Gehirn, wenn wir Bewegung sehen oder Muster in einem Stück Holz erkennen? Wie verfolgt unser Gehirn die subtilen Veränderungen im Aussehen unserer Freunde im Laufe der Zeit? Das Allen Institute hat vier Projekte gestartet, um diese Fragen mithilfe von OpenScope, ein gemeinsames neurowissenschaftliches Observatorium, zu untersuchen.
Genauso wie Astronomen gut ausgestattete Observatorien nutzen, um das Universum zu studieren, ermöglicht das OpenScope-Programm Neurowissenschaftler*innen weltweit, Experimente im Allen Brain Observatory vorzuschlagen und zu leiten. Alle Forschungsergebnisse werden frei zugänglich gemacht, um offene Fragen zur neuronalen Aktivität bei Gesundheit und Krankheit zu bearbeiten. Im sechsten Jahr seines Bestehens hat OpenScope das Ziel, "ein neues Modell in der Neurowissenschaft zu etablieren", sagte Jérôme Lecoq, Ph.D., assoziierter Forscher am Allen Institute. "Unsere Plattform verbessert die Datenerfassung und den globalen Austausch, während sie einzelnen Laboren ermöglicht, diese für ihre einzigartigen wissenschaftlichen Bestrebungen zu nutzen", sagte Lecoq, der OpenScope gemeinsam mit Christof Koch leitet. "Wir streben danach, das Beste aus beiden Welten zu kombinieren: Fokussierte Fragen, die von leidenschaftlichen Teams bearbeitet werden, und eine ausgeklügelte Plattform, die von erfahrenen Experimentatoren betrieben wird. Das ist unsere Vision für die Zukunft der Neurowissenschaften."

Psychedelische Wissenschaft

Eines der diesjährigen OpenScope-Projekte wird untersuchen, wie Psilocybin, der psychoaktive Wirkstoff in "magischen Pilzen", die Gehirnaktivität auf zellulärer Ebene verändert. Dieser Wirkstoff, der für die Auslösung intensiver psychedelischer Erfahrungen beim Menschen bekannt ist, wird verwendet, um die neuronalen Mechanismen zu erforschen, die veränderter Kognition und Wahrnehmung zugrunde liegen. Mithilfe fortschrittlicher Aufnahmetechniken bei Mäusen werden Wissenschaftler*innen beobachten, wie Neuronen unter dem Einfluss von Psilocybin unterschiedlich kommunizieren. Sie werden ebenfalls untersuchen, wie diese Veränderungen die Fähigkeit des Gehirns beeinflussen, sensorische Informationen zu verarbeiten und vorherzusagen. Dies ist entscheidend dafür, zu verstehen, wie Wahrnehmung konstruiert wird. "Unser Interesse an diesen Verbindungen geht über ihre potenziellen klinischen Anwendungen hinaus. Wir glauben, dass das Aufdecken der biologischen Mechanismen, die ihren Effekten zugrunde liegen, entscheidende Einblicke in die Prozesse liefern kann, die Wahrnehmung, Kognition und das Bewusstsein selbst steuern“, berichtet Roberto de Filippo, Ph.D., Postdoc an der Humboldt-Universität zu Berlin.

Dieses Projekt wird von Roberto de Filippo; Torben Ott, Ph.D. von der Humboldt-Universität zu Berlin; und Prof. Dietmar Schmitz, Charité – Universitätsmedizin Berlin, geleitet.

Wie die Vergangenheit subtil unsere Weltanschauung prägt

Wir übersehen oft die allmählichen Veränderungen bei Menschen, die wir regelmäßig sehen, und bemerken Unterschiede erst, wenn wir ein altes Foto betrachten oder Freunde nach langer Zeit wiedersehen. Trotz dieser fast unmerklichen Veränderungen aktualisiert unser Gehirn ständig unsere Erinnerungen mit diesen Details. Ein OpenScope-Projekt 2024 zielt darauf ab, die neuronalen Grundlagen dieser Aktualisierungen zu erforschen. Mit der Plattform des Allen Brain Observatory werden Forscher*innen die Gehirnaktivität bei Mäusen analysieren, um zu verstehen, wie das visuelle System des Gehirns auf Veränderungen im Laufe der Zeit reagiert. Traditionell dachten Neurowissenschaftler*innen, dass das visuelle System nur eingehende sensorische Informationen verarbeitet. Aber neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dieses System auch visuelle Erinnerungen archiviert und sie verwendet, um vorherzusagen, was wir als Nächstes sehen. "Wir wollen verstehen, wie solche Erinnerungen die Wahrnehmung von realen visuellen Eindrücken beeinflussen und welche Rolle verschiedene Gehirnareale in diesem Prozess spielen", sagte Yaniv Ziv, Ph.D., Professor am Weizmann Institute of Science. "Indem wir dies verstehen, wollen wir herausfinden, ob diese Erinnerungen beeinflussen, wie flexibel oder starr unsere visuelle Verarbeitung ist. Wenn wir zum Beispiel etwas Ähnliches schon einmal gesehen haben, macht das unser Gehirn dann mehr oder weniger anpassungsfähig für neue visuelle Informationen?"

Dieses Projekt wird von Ziv; Daniel Deitch; Alon Rubin, Ph.D.; und Itay Talpir, alle am Weizmann Institute of Science, geleitet.

Entschlüsseln, wie das Gehirn Bewegung wahrnimmt

Wie erkennt das Gehirn Objekte, die sich um uns herumbewegen? Dieses OpenScope-Projekt 2024 zielt darauf ab, diesen grundlegenden Prozess zu entmystifizieren, indem es die Bewegungswahrnehmung im visuellen Kortex von Mäusen untersucht. Während frühere Studien Gehirnregionen identifiziert haben, die auf verschiedene Arten von Bewegung reagieren, bleibt die zugrunde liegende neuronale Schaltung weitgehend unverstanden. Dieses Projekt wird Mikroskopie verwenden, um die Aktivität vieler Neuronen gleichzeitig über mehrere Wochen und in verschiedenen Teilen des visuellen Kortex zu beobachten. Das Team hofft, die neuronale Darstellung von Bewegung über Gehirnregionen und Zelltypen hinweg zu charakterisieren und die spezifischen Schaltkreise zu verstehen, die sie unterstützen. Die aus dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse könnten weitreichende Implikationen haben, da die gleichen Zelltypen und Schaltkreise im gesamten Kortex vorkommen. "Wenn wir verstehen, wie diese Schaltkreise Informationen im visuellen System verarbeiten, besteht eine gute Chance, dass dieselben Prinzipien im gesamten Gehirn gelten", sagte Julia Veit, Ph.D., Professorin an der Universität Freiburg.

Dieses Projekt wird von Veit; Prof. Henning Sprekeler von der Technischen Universität Berlin; und Yael Oran, Ph.D., von der Universität Freiburg, geleitet.

Die Muster um uns herum erkennen

Unser Gehirn erkennt sofort unzählige komplexe visuelle Texturen, die uns umgeben – von den komplizierten Mustern auf den Flügeln eines Schmetterlings bis hin zum Holzmaserungsmuster. Aber wie schafft es diese bemerkenswerte Leistung der visuellen Wahrnehmung? In diesem OpenScope-Projekt werden Mäuse darauf trainiert, Texturen zu unterscheiden, während ihre neuronale Aktivität im visuellen Kortex überwacht wird, um neuronale Reaktionen mit der Wahrnehmung dieser zu verknüpfen. Die Hauptziele sind herauszufinden, wie bestimmte Texturen leicht erkannt werden, während andere eine Herausforderung darstellen, und zu kartieren, wie verschiedene Gehirnregionen zusammenwirken, um visuelle Eingaben in kohärente Repräsentationen umzuwandeln, die das Verhalten steuern. Diese Erkenntnisse könnten grundlegende Prinzipien dafür aufdecken, wie das Gehirn Verständnis aus unserer reich gemusterten visuellen Welt extrahiert, sagten die Forscher. Aber der Umfang und die Komplexität der Forschung erfordern Werkzeuge und Ressourcen, die über die eines typischen Labors hinausgehen. "Die Nutzung des Allen Brain Observatory wird nicht nur das Ausmaß und die Reichweite unseres Projekts vervielfachen, sondern es uns auch ermöglichen, mit all den anderen Open Science-Projekten, die sie im letzten Jahrzehnt geleitet haben, zu vergleichen und zu kontextualisieren", sagte Federico Bolaños, Ph.D., leitender Datenwissenschaftler an der University of British Columbia. "Wie in anderen Bereichen wie der Hochenergiephysik oder der Astronomie muss die Forschung in der Systemneurowissenschaft von einzelnen Laboratorien in eine größere und vernetzte Gemeinschaft übergehen, in der wir gemeinsam Fortschritte machen."

Quelle: Allen Institute

Über das Allen Institute

Das Allen Institute ist eine unabhängige, gemeinnützige Forschungseinrichtung, die vom Philanthropen und Visionär, dem verstorbenen Paul G. Allen, gegründet wurde. Das Allen Institute widmet sich der Beantwortung einiger der größten Fragen in der Biowissenschaft und der Beschleunigung der Forschung weltweit. Das Institut ist eine anerkannte Einrichtung in der groß angelegten Forschung mit einem Engagement für ein Open-Science-Modell. Die Forschungsinstitute und Programme umfassen: das Allen Institute for Brain Science, das Allen Institute for Cell Science, das Allen Institute for Immunology und das Allen Institute for Neural Dynamics. Im Jahr 2016 erweiterte das Allen Institute seine Reichweite mit der Gründung der Paul G. Allen Frontiers Group, die Pioniere mit neuen Ideen identifiziert, um die Grenzen des Wissens zu erweitern und die Welt zu verbessern. Für weitere Informationen besuchen Sie:  alleninstitute.org