Bernstein-CorTec Award 2023
Stefan Rotter (Bernstein Center Freiburg), C. Alexis Gkogkidis (CorTec), Aadhar Sharma, Kerstin Krieglstein (Rector of the University). Photo: Markus Schwerer
The Dynamics of Adult Neurogenesis in the Dentate Gyrus
The large-scale structural organization of the adult brain is relatively stable and unchanging. However, in some animal species, including humans, new neurons are born and integrated into the hippocampal network throughout lifetime. The hippocampus is involved in functions such as memory formation, pattern separation, pattern completion, and spatial navigation, among others. However, it is currently not clear how the integration of newborn neurons in the hippocampus affects its function.
Most neurons in the hippocampus are born early in development and have functional properties that are distinct from adult-born cells. These initially distinct properties of adult-born cells gradually converge to those of developmentally-born neurons in an age-dependent manner. It is suspected that this functional distinction and gradual maturation is responsible for the integration of adult-born cells into the existing brain networks.
To assay the dynamics of adult neurogenesis, Aadhar Sharma developed a model in which, following a maturation process, adult-born neurons form plastic connections and interact with other neurons in the hippocampal network. Large-scale numerical simulations revealed that age-dependent functional properties are indeed critical for the integration of adult-born neurons into the preexisting network. Furthermore, an analysis of the network dynamics suggests that, if large numbers of adult-born neurons are rapidly added, pathological states may emerge. Data also suggest that adult-born and developmentally-born neurons may be involved in a competition-based appropriation of synapses.
The award winner performed his work in the laboratory of Prof. Dr. Stefan Rotter, who also supervised the MSc thesis, together with his colleague Prof. Dr. Josef Bischofberger from the University of Basel.
After attaining his MSc in November 2022, Aadhar Sharma has started a PhD thesis in Prof. Rotter’s lab and is now working on the contribution of neurogenesis to the biological function of the hippocampus.
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Aadhar Sharma will present the work he was awarded for with the Bernstein-CorTec Award in a Special Bernstein Seminar on February 28, 2024 at 12:15 hrs in the Bernstein Center Freiburg.
Deutsche Version:
Der BernsteinCorTec Preis zeichnet hervorragende wissenschaftliche Leistungen im Bereich Computational Neuroscience und Neurotechnologie aus. Der Preis wird jährlich alternierend für Promotionen oder Masterarbeiten verliehen.
Im Jahr 2023 wird der Preis an MSc Aadhar Sharma für seine Masterarbeit zum Thema: "The Dynamics of Adult Neurogenesis in the Dentate Gyrus" verliehen.
Die globale strukturelle Organisation des erwachsenen Gehirns ist relativ stabil und unveränderlich. Bei einigen Tierarten einschließlich Menschen werden jedoch im Laufe des Lebens neue Neuronen geboren und in das Hippocampus-Netzwerk integriert. Der Hippocampus ist unter anderem an Funktionen wie Gedächtnisbildung, Mustertrennung, Mustervervollständigung und räumlicher Navigation beteiligt. Wie sich die Integration neugeborener Neuronen in den Hippocampus auf dessen Funktion auswirkt, ist jedoch noch unklar.
Die meisten Neuronen im Hippocampus werden früh in der Entwicklung geboren und weisen funktionelle Eigenschaften auf, die sich von denen der im Erwachsenenalter geborenen Zellen unterscheiden. Diese anfänglich unterschiedlichen Eigenschaften der im Erwachsenenalter geborenen Zellen nähern sich allmählich denen der früh in der Entwicklung geborenen Neuronen an, und zwar abhängig vom Alter. Es wird vermutet, dass diese funktionelle Unterscheidung und die allmähliche Reifung für die Integration der im Erwachsenenalter geborenen Zellen in die bestehenden Gehirnnetzwerke verantwortlich sind.
Um die Dynamik der adulten Neurogenese zu untersuchen, entwickelte Aadhar Sharma ein Modell, in dem die im Erwachsenenalter geborenen Neuronen nach einem Reifungsprozess plastische Verbindungen bilden und mit anderen Neuronen im Hippocampus-Netzwerk interagieren. Groß angelegte numerische Simulationen zeigten, dass altersabhängige funktionelle Eigenschaften für die Integration der im Erwachsenenalter geborenen Neuronen in das bereits bestehende Netzwerk tatsächlich entscheidend sind. Eine Analyse der Netzwerkdynamik deutet außerdem darauf hin, dass pathologische Zustände entstehen können, wenn eine große Anzahl von Neuronen, die im Erwachsenenalter geboren wurden, schnell hinzugefügt werden. Die Daten deuten auch darauf hin, dass im Erwachsenenalter geborene und in der Entwicklung geborene Neuronen an einem Wettbewerb um Synapsen teilnehmen könnten.
Der Preisträger führte seine Masterarbeit im Labor von Prof. Dr. Stefan Rotter durch, der die Masterarbeit zusammen mit seinem Kollegen Prof. Dr. Josef Bischofberger von der Universität Basel betreute.
Nach seinem MSc-Abschluss im November 2022 hat Aadhar Sharma seine Doktorarbeit in Prof. Rotters Labor begonnen und arbeitet nun über den Beitrag der Neurogenese zur biologischen Funktion des Hippocampus.
Aadhar Sharma wird die Arbeit, für die er mit dem Bernstein-CorTec Preis ausgezeichnet wurde, in einem speziellen Bernstein Seminar am 28. Februar 2024 um 12:15 Uhr im Bernstein Center Freiburg vorstellen.