Anatomo-funktionelle Kartierung
Neurotransmitter und ihre Rezeptoren fungieren an jeder Synapse als molekulare „Torwächter“ und ermöglichen die Kommunikation zwischen Neuronen. Weitet man den Blick von der einzelnen Synapse auf ein gesamtes kortikales Areal, konnten wir gemeinsam mit dem „Rezeptoren“-Arbeitsgruppe am INM-1 Institut des Forschungszentrum Jülich zeigen, dass jedes Hirnareal über eine charakteristische, einzigartige Zusammensetzung verschiedener Rezeptortypen verfügt – eine Art „molekulares Profil“ bzw. Receptor Fingerprint. Diese Fingerprints eröffnen vielerlei Einblicke in die grundlegenden Organisationsprinzipien des Gehirns:
Evolutionärer Ursprung: sie unterscheiden evolutionär alte Areale (z. B. den Hippocampus) von jüngeren neokortikalen Arealen (z. B. den visuellen Kortex).
Ebenen der Informationsintegration: sie differenzieren Regionen, die auf einen einzelnen sensorischen Input spezialisiert sind (z. B. auditorischer Kortex), von solchen, die mehrere Modalitäten integrieren (z. B. parietaler Kortex) oder höhere kognitive Funktionen unterstützen (z. B. präfrontaler Kortex).
Funktionelle Systeme: funktionelle Netzwerke (z. B. somatosensorische oder motorische Systeme) weisen charakteristische Muster der Rezeptorverteilung auf.
Ähnlichkeiten und Spezialisierungen zwischen Arten: Sie identifizieren konservierte und divergente Prinzipien der Hirnorganisation über verschiedene Spezies hinweg.
Dennoch ist bislang nicht vollständig geklärt, wie sich diese lokalen molekularen Eigenschaften zu großskaligen Interaktionen zwischen Hirnnetzwerken verdichten – jenen Interaktionen, die es dem Gehirn ermöglichen, den Übergang von einfacher Wahrnehmung zu komplexer Kognition zu vollziehen. Vor diesem Hintergrund verknüpfen wir klassische neuroanatomische Analysen mit modernen Ansätzen der computergestützten Neurowissenschaft. Auf diese Weise schlagen wir eine Brücke zwischen postmortalen Befunden und Daten aus lebenden Gehirnen und integrieren Informationen über sehr unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen sowie über mehrere Spezies hinweg, um die grundlegenden Prinzipien aufzudecken, die die Organisation von Ganzhirnnetzwerken bestimmen.
In diesem Rahmen erstellen wir einen hochauflösenden, dreidimensionalen multimodalen Atlas des Makakengehirns. Dieser integriert unter anderem zyto-, myelo- und rezeptorarchitektonische Karten, elektrophysiologische Ableitungen sowie strukturelle und funktionelle MRT-Datensätze, ergänzt durch ein umfassendes Parzellierungsschema, das aus quantitativen multimodalen Analysen abgeleitet ist.