Methodik
Eine neue Untersuchung hat die Aktivität fast aller Kopfneuronen von Caenorhabditis elegans aufgezeichnet, während die Tiere einer Veränderung ihrer Umgebung ausgesetzt wurden. Dabei wurden bakterielle Stimuli sowie ein Kontrollpuffer um die Nase der Tiere appliziert. Die Aufzeichnungen erfolgten mit hochauflösenden bildgebenden Verfahren, die eine flächendeckende Erfassung der neuronalen Signale ermöglichten.
Cluster‑Identifikation
Die Analyse ergab sechs funktionale Cluster von aktiven Neuronen. Zwei davon bildeten sensorische Cluster, die auf das Hinzufügen (ON) bzw. Entfernen (OFF) von Stimuli reagierten. Die übrigen vier Cluster umfassten motorische bzw. Befehlsneuronen, namentlich AVA, RME, SMDD und SMDV.
Stimulus‑Selektivität
Laut der Studie erreichen sensorische Neuronen ihre maximale Antwort innerhalb von 15 s nach Stimulusbeginn. Im Gegensatz dazu zeigen die motorischen und Befehlscluster ihre stärkste Aktivität erst nach mehreren zehn Sekunden, was auf unterschiedliche Verarbeitungszeiten hindeutet.
Hyperbolischer Raum
Die Forscher stellten fest, dass die gemessenen neuronalen Dynamiken besser durch einen hyperbolischen als durch einen euklidischen Raum beschrieben werden können. Diese Erkenntnis weist auf eine hierarchische Organisation der neuronalen Populationsdynamik in C. elegans hin.
Dimensionalität und Orientierung
Der am besten passende hyperbolische Raum erwies sich als achtdimensional. Eine Dimension ordnete sich entlang einer sensorischen Achse, die ON‑ und OFF‑Neuronen vereint. Zwei weitere Dimensionen korrelierten mit motorischen Richtungen – vorwärts‑rückwärts sowie dorsal‑ventral. Die restlichen fünf Dimensionen spiegeln Aktivitäten von nicht klassifizierten Neuronen wider.
Bedeutung der Ergebnisse
Zusammenfassend zeigen die Befunde, dass die neuronale Aktivität von C. elegans effektiv in einem niedrigdimensionalen hyperbolischen Raum repräsentiert werden kann. Die Studie liefert damit ein neues Modell zur Beschreibung, wie sensorische Informationen im neuronalen Netzwerk verarbeitet werden. Dieser Bericht basiert auf Informationen von eLife, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.
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