Veröffentlichungen – Salk Institute for Biological Studies

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Sejnowski, TJ Dynamische Mechanismen zur Koordination des Langzeit-Arbeitsgedächtnisses basierend auf der Präzision des Spike-Timings in kortikalen Neuronen. (2025) ^ "ArXiv: Eine Studie zur Erforschung und Anwendung von RNA-Molekülen in ArXiv".

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Im letzten Jahrhundert basierten die meisten sensomotorischen Studien kortikaler Neuronen auf durchschnittlichen Feuerungsraten. Die Ratenkodierung ist effizient für die schnelle sensomotorische Verarbeitung innerhalb weniger Sekunden. Über das Langzeit-Arbeitsgedächtnis mit einer Zeitskala von Stunden ist deutlich weniger bekannt (Ericsson und Kintsch, 1995). Die Entdeckung der millisekundengenauen Präzision der Aktionspotenzialauslösung in kortikalen Neuronen war unerwartet (Mainen und Sejnowski, 1995). Noch bemerkenswerter war die Präzision der Aktionspotenzialauslösung in vivo als Reaktion auf schnell fluktuierende sensorische Reize. Dies deutet darauf hin, dass neuronale Schaltkreise sensorische Informationen prinzipiell durch die zeitliche Abstimmung der Aktionspotenziale speichern und manipulieren können. Dies könnte die Spike-Timing-abhängige Plastizität (STDP) unterstützen, die durch die relative zeitliche Abstimmung der Aktionspotenziale zwischen prä- und postsynaptischen Neuronen im Millisekundenbereich ausgelöst wird. Welche Mechanismen der Aktionspotenzialabstimmung könnten die STDP in vivo regulieren? Kortikale Wanderwellen wurden über viele Frequenzbänder mit hoher zeitlicher Präzision beobachtet. Wanderwellen besitzen Wellenfronten, die die zeitliche Abstimmung der Aktionspotenziale mit der STDP verknüpfen könnten. Wenn eine Wellenfront eine kortikale Säule durchläuft, werden exzitatorische Synapsen an den Dendriten von Pyramiden- und Korbzellen synchron stimuliert. Inhibitorische Korbzellen bilden einen Kelch an den Zellkörpern der Pyramidenzellen, und ein inhibitorischer Rebound nach einer starken, vorübergehenden Hyperpolarisation kann ein rückwärtslaufendes Aktionspotenzial auslösen, das kurz nach den exzitatorischen Eingängen an den Pyramidendendriten eintrifft. Auf diese Weise aktivierte STDP (Sustained-Term Potential) können über Stunden bestehen bleiben und ein sekundäres Netzwerk bilden. Dieses temporäre Netzwerk könnte das Langzeit-Arbeitsgedächtnis unterstützen, ein kognitives Netzwerk, das über dem Langzeit-sensomotorischen Netzwerk liegt. Für sich genommen haben Wanderwellen und STDP noch keine neuen Erkenntnisse über die kortikale Funktion geliefert. Zusammen könnten sie jedoch für unsere Denkprozesse verantwortlich sein (Sejnowski, 2025).

Kelsey, MMG, Chongtham, A., LaCava, J., Taylor, MS, Boeke, JD, Gage, FH, Seluanov, A., Gorbunova, V., Pereira, AC, Sedivy, JM Retrotransposon-Aktivierung im Gehirn von gealterten Menschen und Alzheimer-Patienten, untersucht mittels Nanoporen-Langsequenzierung von DNA. (2025) bioRxiv. DOI: 10.64898 / 2025.12.12.693943

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Pașca, SP, Arlotta, P., Campbell, P., Charo, A., Evans, JH, Farahany, N., Gage, FH, Godfrey-Smith, P., Hyun, I., Kriegstein, AR, Melloni, L., Ming, GL, Moreno, JD, Sugarman, J., Temple, S., Testa, G., Greely, HT Die Notwendigkeit globaler Anstrengungen zur Erforschung menschlicher neuronaler Organoide und Assembloide. (2025) Science. 390(6773):574-577. DOI: 10.1126/science.aeb1510

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Pinto-Duarte, A., Bogue, K., Sejnowski, TJ, Srinivasan, S. Erhaltung der Gliazelldichte und der Zelltypverhältnisse innerhalb einer Hirnregion bei verschiedenen Säugetieren. (2025) PNAS-Nexus. 4(11):pgaf314. DOI: 10.1093/pnasnexus/pgaf314

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Farsheed, AC, Makhoul, JT, Chew-Martinez, D., Maldonado, E., Liu, J., Yu, LT, Gorostieta-Salas, E., Jones, JR, Gage, FH, Hartgerink, JD Omnidirektionaler 3D-Druck von anisotropen nanofibrösen Peptidhydrogelen. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.11.06.687046

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Zhang, H., Nelken, I., Sharpee, T. Aufschlüsselung des auditorischen neuronalen Codes in Pakete mit maximaler Entropie. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.11.09.687481

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Klug, JR, Yan, X., Hoffman, H., Engelhardt, MD, Osakada, F., Callaway, EM, Jin, X. Asymmetrische kortikale Projektionen auf direkte und indirekte Striatalbahnen steuern die Aktionen eindeutig. (2025) Elife. 12. DOI: 10.7554/eLife.92992

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Moore, JD, Bachmann, LC, McElvain, LE, Pfaff, SL, Dulac, C. Eine genetisch definierte Population amygdalofugaler Neuronen fördert das Säugen und das frühe postnatale Wachstum. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.10.18.683193

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Yao, M., Praturu, A., Sharpee, T. Multiskalige hyperbolische Einbettung für Zellhierarchien in großskaligen Bioinformatikdaten. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.09.29.679407

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Barykina, NV, Carey, EM, Oliinyk, OS, Mendonça-Gomes, JM, de Oliveira, S., Nimmerjahn, A., Verkhusha, VV Synthetische, mehrfarbige, antigenstabilisierbare Nanokörperplattform für die intersektionale Markierung und funktionelle Bildgebung. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.10.27.684934

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Virlogeux, A., Bollu, T., Ren, X., Palma, AM, Goulding, MD Die Kerne der Hinterstrangbahn kodieren und übertragen die Netzwerksignaturen der mechanischen Allodynie. (2025) Zellenberichte 44(9):116248. DOI: 10.1016/j.celrep.2025.116248

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Esparza-Moltó, PB, Goswami, AV, Bozkurt, S., Münch, C., Newman, LE, Moyzis, AG, Rojas, GR, Guan, D., Jones, JR, Gage, FH, Shadel, GS ROS-abhängige Lokalisierung von Glykolyseenzymen in Mitochondrien. (2025) Redox-Biol. 86:103812. DOI: 10.1016/j.redox.2025.103812

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Mitochondriale reaktive Sauerstoffspezies (mtROS) regulieren zelluläre Signalwege, verursachen aber auch oxidativen Stress, wenn sie während des Alterns und pathologischer Zustände wie neurodegenerativen Erkrankungen dereguliert werden. Die dynamische Umverteilung von Proteinen zwischen Zellkompartimenten ist ein gängiger Mechanismus zur Kontrolle ihrer Stabilität und biologischen Aktivität. Durch gezielte Aktivierung der BirA∗-Biotinligase auf die äußere Mitochondrienmembran in HEK293-Zellen identifizierten wir Proteine, deren Markierung als Reaktion auf die Behandlung mit Menadion zunahm oder abnahm, was mit einer dynamischen Änderung ihrer mitochondrialen Lokalisierung als Reaktion auf eine erhöhte mtROS-Produktion übereinstimmt. Diese Proteine stellen potenzielle Kandidaten für zukünftige Studien zur mitochondrialen Signalgebung bei oxidativem Stress dar. Bei diesem Screening wurde eine Untergruppe glykolytischer Enzyme gefunden und durch mitochondriale Fraktionierung und Bildgebung bestätigt, dass sie als Reaktion auf Menadion ihre Lokalisierung in Mitochondrien erhöht, obwohl sich ihre Gesamthäufigkeit nicht änderte. Studien zur submitochondrialen Fraktionierung deuten auf den Import eines Pools dieser Enzyme in den mitochondrialen Intermembranraum hin. Die Lokalisierung glykolytischer Enzyme in Mitochondrien war zudem in Zellen erhöht, die unter Hypoxie wuchsen oder eine mitochondrienspezifische D-Aminosäureoxidase exprimierten (Bedingungen, die eine erhöhte mtROS-Produktion induzieren) und wurde unter normalen Wachstumsbedingungen durch das mitochondriale Antioxidans MnTBAP basal gehemmt. Schließlich wiesen auch primäre Alzheimer-Fibroblasten mitochondrial assoziierte glykolytische Enzyme auf, die durch Antioxidantien reduziert wurden, was mit einer erhöhten mtROS-Konzentration übereinstimmt, die ihre relative Verteilung zwischen Zytoplasma und Mitochondrien verändert. Wir vermuten, dass die erhöhte mitochondriale Lokalisierung von Glykolyseenzymen eine adaptive Reaktion auf mtROS ist, die den Glukosefluss in Richtung des antioxidativen Pentosephosphatwegs verändert, unterschiedliche regulatorische Pools mitochondrialer Metabolite oder neue Stoffwechselkreisläufe schafft und/oder über Nebenfunktionen, die nichts mit ihrer enzymatischen Aktivität zu tun haben, für Zytoprotektion oder andere adaptive Reaktionen sorgt.

Nakahira, Y., Liu, Q., Deng, X., Sejnowski, TJ, Doyle, JC Vielfalt beseitigt Komponentenbeschränkungen bei der sensorischen und motorischen Steuerung. (2025) Neuronale Berechnung.:1-24 DOI: 10.1162/neco.a.24

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Praturu, A., Sharpee, TO Distanzbasierte logistische Matrixfaktorisierung. (2025) Neuronale Berechnung.:1-14 DOI: 10.1162/neco.a.25

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Calatayud, C., Fernandez-Carasa, I., Spataro, N., Mussolino, C., Richaud-Patin, Y., Faella, A., Fernández-Santiago, R., Ezquerra, M., Courtin, T., Bandres-Ciga, S., Miguez, A., Canals, JM, Chiritoiu, M., Malhotra, V., Garrido, A., Marti, MJ, Tolosa, E., Bosch, E., Cathomen, T., Gage, FH, Raya, A., Consiglio, A. Niedrigfrequente genetische Varianten in GAK verbessern die Golgi-Funktion und schützen vor der Parkinson-Krankheit. (2025) medRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.08.13.25333123

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Molokanova, E., Zhou, T., Vasupal, P., Cherkas, VP, Narute, P., Ferraz, MSA, Reiss, M., Almenar-Queralt, A., Chaldaiopoulou, G., de Souza, JS, Hemati, H., Downey, F., Olajide, OO, Thörn Perez, C., Puppo, F., Mesci, P., Pfaff, SL, Kireev, D., Muotri, AR, Savchenko, A. Nicht-genetische Neuromodulation mit optoelektronischen Graphen-Aktuatoren für Krankheitsmodelle, Stammzellreifung und biohybride Robotik. (2025) Nature Communications. 16(1):7499. DOI: 10.1038/s41467-025-62637-6

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Baek, GH, Kim, D., Son, G., Do, H., Yeon, GB, Lee, MJ, Ji, M., Son, JH, Ju, M., Ahn, I., Kang, CS, Lee, H., Choi, S., Suh, JM, Seo, J., Gage, FH, Paik, MJ, Park, Y., Kim, DS, Han, J. Unterschiedliche Auswirkungen von Lithium auf Stoffwechselstörungen in Astrozyten von Patienten mit bipolarer Störung. (2025) Molecular Psychiatry. DOI: 10.1038/s41380-025--03176-w

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Im Gehirn von Patienten mit bipolarer Störung (BD), einer neuropsychiatrischen Erkrankung, die durch abwechselnde Episoden von Manie und Depression gekennzeichnet ist, wurden Stoffwechselveränderungen beobachtet. Der genaue Beitrag der Gliazellen zu diesen Stoffwechselveränderungen ist jedoch weitgehend unbekannt. Hier untersuchen wir die Stoffwechseleigenschaften induzierter Astrozyten (iAstrozyten), die aus induzierten pluripotenten Stammzellen von BD-Patienten – klassifiziert nach ihrer Lithium-Reaktivität – und gesunden Kontrollpersonen gewonnen wurden. Transkriptomische Analysen enthüllten eine dysregulierte Expression von Genen, die mit Stoffwechselerkrankungen in Zusammenhang stehen, in BD-iAstrozyten. Im Vergleich zu Kontroll-iAstrozyten zeigten BD-iAstrozyten eine verringerte mitochondriale Atmung, erhöhte Glykolyse und erhöhte Laktatsekretion, was auf eine beeinträchtigte mitochondriale Funktion hindeutet. Diese Defekte wurden durch eine Herunterregulierung von Proteinen des oxidativen Phosphorylierungskomplexes und verringerte Werte reaktiver Sauerstoffspezies zusätzlich unterstützt. Insbesondere zeigten BD-iAstrozyten eine erhebliche Ansammlung von Lipidtröpfchen (LD), möglicherweise als Folge einer gestörten metabolischen Homöostase. Die Lithiumbehandlung senkte den LD-Spiegel in lithiumreaktiven (Li-R) iAstrozyten, konnte jedoch weder die mitochondriale Atmung wiederherstellen noch die Laktatsekretion normalisieren. In Kokultur mit menschlichen Neuronen zeigten lithiumnichtreaktive (Li-NR) iAstrozyten eine erhöhte Aufnahme von neuronenabgeleiteten Lipiden und eine selektiv erhöhte neuronale Erregbarkeit. Metabolomisches Profiling ergab unterschiedliche Metabolitensignaturen zwischen Li-R- und Li-NR-iAstrozyten, was auf die Lithiumreaktivität als Schlüsselachse der metabolischen Heterogenität hindeutet. Zusammengenommen identifizieren unsere Ergebnisse eine astrozytenspezifische metabolische Dysfunktion als Kennzeichen von BD und enthüllen unterschiedliche Rollen von Li-R- und Li-NR-iAstrozyten bei der Modulation der neuronalen Funktion. Die LD-Akkumulation in Li-NR-iAstrozyten kann als funktionelles Ergebnis für das Arzneimittelscreening dienen, um alternative Behandlungen für Patienten zu identifizieren, die nicht auf Lithium ansprechen.

Da Silva, IIN, Ramirez, D., Parylak, SL, Wallace, LA, Tucker, JK, Erberich, JM, Katariya, R., McDonald, AH, Gallina, IS, Tucker, AL, Burgado, J., Jaeger, BN, Barron, JJ, Pratt, JM, Pena, M., Racha, V., Lim, CK, Fernandes, S., Benassi, S., Randolph-Moore, L., Vadodaria, KC, Marchetto, MC, Allen, NJ, Gage, FH Die Hemmung von CK2 unterdrückt die Glialentzündung im Gehirn. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.08.05.668554

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Kang, SJ, Liu, S., Kim, JH, Kim, DI, Oh, TG, Peng, J., Ye, M., Lee, KF, Evans, RM, Goulding, M., Han, S. Thalamusische CGRP-Neuronen definieren einen spinothalamischen Pfad für affektiven Schmerz. (2025) Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten von Amerika. 122(28):e2505889122. DOI: 10.1073/pnas.2505889122

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Moreira, JPC, Carvalho, VR, Mendes, EMAM, Fallah, A., Sejnowski, TJ, Lainscsek, C., Comstock, L. Ein frei zugänglicher EEG-Datensatz zur Sprachdekodierung: Untersuchung der Rolle von Artikulation und Koartikulation. (2025) Sci-Daten. 12(1):1017. DOI: 10.1038/s41597-025-05187-2

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Yao, M., Nagamori, A., Campos Maçãs, S., Azim, E., Sharpee, T., Goulding, M., Golomb, D., Gatto, G. Das prämotorische Netzwerk der Wirbelsäule steuert den Wechsel zwischen Beuge- und Streckerbewegungen. (2025) Zellenberichte 44(6):115845. DOI: 10.1016/j.celrep.2025.115845

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Rowekamp, RJ, Sharpee, TO Berechnungen, die die Selektivität neuronaler Merkmale über alle Verarbeitungsphasen hinweg aufrechterhalten. (2025) PLOS Computational Biology. 21(6):e1013075. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1013075

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Liu, YN, Wang, QW, Lu, SY, Shen, W., Guo, C., Xing, Z., Li, C., Sun, S., Sui, SF, Mi, S., Gage, FH, Yao, J. Ein Mangel an Synaptotagmin-7 verursacht eine Insulinhypoaktivität und trägt zu Verhaltensänderungen bei Mäusen bei. (2025) iWissenschaft. 28(5):112354. DOI: 10.1016/j.isci.2025.112354

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Rusu, I., Cecere, ZT, How, JJ, Quach, KT, Yemini, E., Sharpee, TO, Chalasani, SH Ein Rahmen zur Analyse der neuronalen Aktivität von C. elegans mithilfe mehrdimensionaler hyperbolischer Einbettung (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2021.04.09.439242

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Kirk, LM, Garcia, GC, Hanka, DC, Zatyko, K., Bartol, T., Sejnowski, TJ, Harris, KM Präsynaptische Vesikel versorgen die Membran mit der Vergrößerung der Axonendrüsen während der LTP. (2025) bioRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.04.29.651313

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Goulding, M., Bollu, T., Büschges, A. Sensorisches Feedback und die dynamische Kontrolle von Bewegungen. (2025) Jahresrückblick der Neurowissenschaften. DOI: 10.1146/annurev-neuro-112723-042229

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Mi, DA, Nimmerjahn, A., Ahrens, MB, Yu, G. Schnelle, genaue und vielseitige Datenanalyseplattform zur Quantifizierung molekularer räumlich-zeitlicher Signale. (2025) Zelle DOI: 10.1016/j.cell.2025.03.012

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Bartol, TM, Ordyan, M., Sejnowski, TJ, Rangamani, P., Kennedy, MB Ein räumliches Modell der Autophosphorylierung von CaMKII sagt voraus, dass die Lebensdauer von Phospho-CaMKII nach Induktion der synaptischen Plastizität durch CaM-Trapping erheblich verlängert wird. (2025) Vordere synaptische Neurosci. 17:1547948. DOI: 10.3389/fnsyn.2025.1547948

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Langzeitpotenzierung (LTP) ist ein biochemischer Prozess, der dem Lernen in exzitatorischen glutamatergen Synapsen im zentralen Nervensystem (ZNS) zugrunde liegt. Ein entscheidender früher Treiber der LTP ist die Autophosphorylierung des häufig vorkommenden postsynaptischen Enzyms Ca/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII). Die Autophosphorylierung wird durch Ca eingeleitet, das durch NMDA-Rezeptoren fließt, die durch starke synaptische Aktivität aktiviert werden. Ihre Lebensdauer wird letztendlich durch das Verhältnis der Autophosphorylierungs- und Dephosphorylierungsraten durch Proteinphosphatase 1 (PP1) bestimmt. Hier haben wir die Autophosphorylierung und Dephosphorylierung von CaMKII während der synaptischen Aktivität in einer Dornfortsatz-Synapse mit MCell4 modelliert, einem Open-Source-Computerprogramm zur Erstellung partikelbasierter stochastischer und räumlich realistischer Modelle der zellulären Mikrochemie. Das Modell integriert vier frühere detaillierte Modelle separater Aspekte der Regulierung der Dornfortsatz-Ca- und CaMKII-Aktivität, die jeweils experimentell gemessene biochemische Parameter enthalten und anhand experimenteller Daten validiert wurden. Wir validieren das zusammengesetzte Modell, indem wir zeigen, dass es frühere experimentelle Messungen der Auswirkungen der NMDA-Rezeptoraktivierung genau vorhersagt, einschließlich der hohen Empfindlichkeit der LTP-Induktion gegenüber Phosphataseaktivität und der Persistenz der Autophosphorylierung für einen Zeitraum von Minuten nach dem Ende der synaptischen Stimulation. Dann verwenden wir das Modell, um Aspekte des Regulierungsmechanismus der Autophosphorylierung von CaMKII zu untersuchen, die schwer zu messen sind. Wir untersuchen die Auswirkungen des „CaM-Trapping“, eines Prozesses, bei dem die Affinität für Ca/CaM nach der Autophosphorylierung um ein Vielfaches zunimmt. Wir stellen fest, dass CaM-Trapping den Anteil autophosphorylierter Untereinheiten in Holoenzymen nach einem komplexen Stimulus nicht erhöht, wie zuvor vermutet. Stattdessen könnte CaM-Trapping die Lebensdauer von autophosphoryliertem CaMKII durch sterische Hinderung der Dephosphorylierung durch Proteinphosphatase 1 dramatisch verlängern. Die Ergebnisse liefern eine Motivation für die experimentelle Messung des Ausmaßes der Unterdrückung der Dephosphorylierung von CaMKII durch gebundenes Ca/CaM. Das zusammengesetzte MCell4-Modell der biochemischen Effekte komplexer Reize in synaptischen Dornen ist ein leistungsfähiges neues Werkzeug für die realistische, detaillierte Analyse der Mechanismen der synaptischen Plastizität.

Tucker, JK, Da Silva, IIN, Gage, FH Gerüstsprünge und Seitenkettenmodifikationen von einem Flavongerüst führten zur Entdeckung wirksamer, selektiver CK2A2-Inhibitoren mit günstigen Eigenschaften für die ZNS-Aktivität. (2025) Bioorganische & Medizinische Chemie. 127:118196. DOI: 10.1016/j.bmc.2025.118196

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Hur, M., Bartol, T., Rangamani, P., Sejnowski, T., Mjolsness, E. Morphodynamik des synaptischen Dornfortsatzes aus den Graphgrammatikregeln für die Aktindynamik. (2025) ^ "ArXiv: Eine Studie zur Erforschung und Anwendung von RNA-Molekülen in ArXiv".

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Synaptisches Lernen hat eine morphodynamische Komponente, bei der Veränderungen der Größe dendritischer (postsynaptischer) Dornfortsatzköpfe mit der Stärkung oder Schwächung der synaptischen Verbindung zwischen zwei Neuronen in Reaktion auf die zeitliche Korrelation lokaler präsynaptischer und postsynaptischer Signale einhergehen. Diese morphologischen Faktoren werden wiederum durch die Dynamik des Aktin-Zytoskeletts geformt. In dieser Arbeit verwenden wir dynamische Graphgrammatiken (DGGs), die in ein Computeralgebrasystem implementiert sind, um zu modellieren, wie Netzwerke von Aktinfilamenten dynamisch wachsen oder schrumpfen und so den Dornfortsatz umformen können. Dynamische Graphgrammatiken (DGGs) bieten eine klar definierte Möglichkeit, sich dynamisch verändernde Systemstrukturen wie ein aktives Zytoskelett, das mithilfe dynamischer Graphen dargestellt wird, im Rahmen der Nichtgleichgewichts-Statistikphysik unter der Mastergleichung zu berücksichtigen. Wir zeigen, dass DGGs auch biophysikalische Kräfte zwischen graphisch verbundenen Objekten auf einer feineren Zeitskala berücksichtigen können. Dabei kommen spezielle kinetische DGG-Regeln zum Einsatz, die den biophysikalischen Beschränkungen der Galilei-Invarianz, der Impulserhaltung und der Dissipation der erhaltenen globalen Energie gehorchen. Wir verwenden graphlokale Energiefunktionen für Zytoskelettnetzwerke, die mit Membranen interagieren, und leiten DGG-Regeln aus der Spezialisierung dissipativer stochastischer Dynamik – unterteilt in dissipative und thermische Rauschregeltypen – zu einer sich gegenseitig ausschließenden und umfassenden Sammlung graphlokaler Nachbarschaftstypen für die linken Regelseiten ab. Die dissipativen Regeln stellen eine stochastische Version der Gradientenabstiegsdynamik dar. Die thermischen Rauschregeln verwenden eine Gauß-Approximation jeder Positionskoordinate, um zitterartige Verschiebungen abzubilden. Für das Spine-Head-Modell haben wir mathematische DGG-Grammatik-Submodelle entwickelt und implementiert, darunter Aktin-Netzwerkwachstum, statistische Nichtgleichgewichtsmechanik und mechanische Filament-Membran-Interaktion, um das Umschreiben von Graphobjekten zu regulieren. Wir simulieren die emergente Biophysik vereinfachter Netzwerke von Aktinpolymeren und deren Wechselwirkungen mit Membranen. Aus biologischer Perspektive beobachten wir die regulatorischen Effekte dreier Aktin-bindender Proteine (ABPs) auf die Membrangröße und finden Hinweise auf Mechanismen des Membranwachstums.

Gage, FH Im Gehirn erwachsener Menschen entstehen neue Neuronen. (2025) Nature Medicine. DOI: 10.1038 / s41591-025-03497-x

Gage, FH Adulte Neurogenese im menschlichen Gyrus dentatus. (2025) Hippocampus. 35(1):e23655. DOI: 10.1002/hipo.23655

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Rungratsameetaweemana, N., Kim, R., Chotibut, T., Sejnowski, TJ Zufälliges Rauschen fördert langsame heterogene synaptische Dynamiken, die für eine robuste Arbeitsspeicherberechnung wichtig sind. (2025) Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Vereinigten Staaten von Amerika. 122(3):e2316745122. DOI: 10.1073/pnas.2316745122

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Cassidy, RM, Macias, AV, Lagos, WN, Ugorji, C., Callaway, EM Komplementäre Organisation der kortiko-thalamo-kortikalen Treiber- und Modulatorschaltkreise der Maus. (2025) Journal of Neuroscience. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1167-24.2024

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Kortikokortikale (CC) Projektionen im visuellen System erleichtern die hierarchische Verarbeitung sensorischer Informationen. Zusätzlich zu direkten CC-Verbindungen können indirekte kortiko-thalamo-kortikale (CTC) Bahnen durch den Pulvinarkern des Thalamus sensorische Signale weiterleiten und kortikale Interaktionen entsprechend den Verhaltensanforderungen vermitteln. Während der Pulvinarkern umfassend mit dem gesamten visuellen Kortex verbunden ist, ist nicht bekannt, ob transthalamische Bahnen alle kortikalen Bereiche verbinden oder ob sie systematischen Organisationsregeln folgen. Da Pulvinarneuronen bei Mäusen, die in verschiedene Bereiche projizieren, räumlich vermischt sind, waren ihre Input-/Output-Beziehungen mit herkömmlichen anatomischen Methoden schwer zu charakterisieren. Um die Organisation der CTC-Schaltkreise zu bestimmen, haben wir die höheren visuellen Bereiche (HVAs) männlicher und weiblicher Mäuse mit intrinsischer Signalbildgebung kartiert und fünf Pulvinar→HVA-Bahnen für eine projektionsspezifische Tollwutverfolgung ausgewählt. Wir haben postmortales Kortexgewebe mit In-vivo-Karten abgeglichen, um die Bereiche und Zelltypen, die auf jede Pulvinar→HVA-Population projizieren, präzise zu quantifizieren. Die „Treiber“-Eingaben der Schicht 5 des kortikothalamischen (L5CT) zum Pulvinar stammen überwiegend aus dem primären visuellen Kortex (V1), was mit der CC-Hierarchie übereinstimmt. L5CT-Eingaben von lateralen HVAs vermeiden speziell das Antreiben reziproker Verbindungen, was mit der Hypothese „keine starken Schleifen“ übereinstimmt. Umgekehrt sind die „Modulator“-Eingaben der Schicht 6 des kortikothalamischen (L6CT) über verschiedene Bereiche verteilt und tendieren zu reziproken Verbindungen. Im Gegensatz zu früheren Studien an Primaten stellen wir fest, dass jeder HVA disynaptische Eingaben vom Colliculus superior erhält. CTC-Schaltkreise im Pulvinar hängen daher sowohl vom Ziel-HVA als auch vom Eingangszelltyp ab, sodass das Antreiben und Modulieren höherstufiger Pfade komplementären Verbindungsregeln folgt, die denen für CT-Schaltkreise erster Ordnung ähneln. Um die Funktion des Pulvinars zu verstehen, muss man seine anatomischen Verbindungen kennen. Mithilfe modernster Tollwutverfolgung erstellen wir eine Karte der hirnweiten und CTC-Pulvinarverbindungen. Während der Tectopulvinar-Pfad der Primaten selektiv dorsale visuelle Bereiche anvisiert, finden wir bei der Maus allgegenwärtige SC-Eingaben. Diese extragenikuläre Projektion unterstützt unbewusstes visuell gesteuertes Verhalten, was darauf hindeutet, dass alle visuellen Kortexbereiche bei Mäusen zu solchen Funktionen beitragen. Unsere Ergebnisse vereinen auch langjährige anatomische Hypothesen. „Treiber“-CTC-Eingaben sind Feedforward-Relais und entsprechen der „No-Strong-Loops“-Hypothese. „Modulator“-L6CT-Eingaben sind im Ziel-HVA überrepräsentiert, was die wechselseitige Konnektivität widerspiegelt, die in früheren Bulk-Tracing-Studien beschrieben wurde. Zusammen bilden diese Erkenntnisse eine umfassende Karte als Leitfaden für zukünftige experimentelle und theoretische Studien zur Pulvinarfunktion.

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