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Extrazelluläre 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 Aktivität verursacht eine Änderung in der Zusammensetzung der Ionen im Extrazellulärraum (auch in der Zelle), woraus sich lokalen Änderungen des elektrischen Feldes ergeben, welche gemessen werden können.

Eine Technik um diese Änderungen zu messen sind extrazelluläre Ableitungen des elektrischen Feldes, welche es ermöglichen die Aktivität von Einzelzellen zu untersuchen und darüber hinaus auch die Kommunikation zwischen individuellen, sowie Gruppen von Neuronen, mit hoher räumlicher- und zeitlicher Auflösung. Dies ermöglicht es die neuronalen Mechanismen, welche höheren kognitiven Funktionen zu Grunde liegen zu untersuchen. In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir beispielsweise die aufmerksamkeitsabhängige Verbesserung der Antwortselektivität und des Signal-Rausch Verhältnisses, 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 Aktivität innerhalb einer kortikalen Kolumne. Um diese aufzunehmen wurde eine Multi-Kontakt Elektrode verwendet, welche im Abstand von 100 µm das elektrische Feld misst. Das Bild zeigt die Aktivität der Neurone innerhalb der Kolumne während 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 höheren (hier gelb) aber auch tieferen (grün) Schichten.
Das Bild zeigt das Antwortverhalten eines Neurons im visuellen Areal 1 (V1). Die Aktivität des Neurons steigt stark an, wenn sich ein Objekt innerhalb des rezeptiven Feldes (hier rot gefärbt) befindet. Befindet sich das selbe Objekt an einem anderen Ort innerhalb des Sehfeldes, reagiert das Neuron wenig bis gar nicht (blau gefärbt).
Aufgenommene neuronale Aktivität (Feuerrate, Aktionspotentiale pro Sekunde) eines Neurons im visuellen Areal MT (middle temporal). Neurone in MT sind besonders reaktiv für Bewegungen. Die gezeigte Aktivität 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 Erhöhung der Feuerrate reagiert (Transiente). Die Feuerrate sinkt daraufhin wieder ab, bleibt jedoch auf einem höheren Niveau als während der langsameren Geschwindigkeit zuvor.