AG Kelsch

AG Systemische Neurowissenschaften und Psychische Gesundheit

Leitung

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler

• Dr. Sven Berberich
• Dr. Renée Hartig
• Dr. Julia Lebedova
• Max Scheller MD

Doktorandinnen und Doktoranden

• Mirko Articus
• Sarah Ghanayem
• Marcel Moor
• Danae Nikolantonaki
• Eda Turgut
• Angela Zhuo

Independent Fellow, P.I., Complex Systems Group (Boehringer Ingelheim Foundation)

• Dr. Jonathan Reinwald

Lab Homepage: www. synapticwiring.com

Forschungsschwerpunkte

Sozialer Stress und Resilienz

Sozialer Stress ist einer der Hauptfaktoren für das Auftreten depressiver Episoden. Individuen reagieren jedoch ganz unterschiedlich auf Stressoren. Die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen sind nur sehr bedingt verstanden, die individuelle Resilienz für sozialen Stress bestimmen. Dabei scheint die subjektive Beurteilung von Belohnungen eine entscheidende Rolle zu spielen.

Diese Fragestellungen können nur in sozialem Kontext und longitudinal untersucht werden. Wir haben hierzu ein neuartiges System entwickelt, in dem wir hochdimensional individuelles Sozialverhalten und Belohnungslernen in Mauskolonien ohne Eingriff des Untersuchers longitudinal im Sinne der 3R untersuchen und mit deep learning Algorithmen Zusammenhänge erkennen. Insbesondere untersuchen wir den Einfluss genetischer Polymorphismen und mögliche individualisierte Verhaltens- und pharmakologische Interventionen in den Populationen. 

Neuronale Mechanismen der Sozialen Gedächtnisses

Hier untersuchen wir die fundamentale Frage, wie wir andere Individuen erinnern und diesen Erinnerungen entweder positive oder aversive Bewertungen zuschreiben. Wir konnten unter anderem erstmals zeigen, über welche Mechanismen Oxytocin in Netzwerken sozialen Reizverarbeitung das Erinnerungen an andere Individuen verbessert. Um diese Fragen zu beantworten, nutzen wir neurophysiologische Netzwerkableitungen in transgenen Mäusen und neuentwickelten funktionelle MRT Techniken, um Dynamiken der Hirnaktivität und Mechanismen zu entdecken, die dazu beitragen, neue Therapien zu entwickeln.

Bewertungen und Vorhersagefehler

Umweltreizen müssen Bewertungen zugeschrieben werden, um korrekte Entscheidungen zu treffen. Diese Prozesse sind in schweren psychiatrischen Störungen im Kern beeinträchtigt.  Wir untersuchen mit hochdimensionalen Netzwerkableitungen, funktioneller MRT, computationaler Modellierung und Genetik in Mäusen wie in im Hirn weitverteilten, aber direkt interagierenden Netzwerken durch reinforcement learning Umweltreizen Werte zugeschrieben werden. Diese Erkenntnisse werden dann in komplexen Szenarien sozialer Interaktion wieder aufgegriffen. 

Förderung

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
• Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Ausgewählte Publikationen

• Wolf D, Hartig R, Zhuo Y, Scheller MF, Articus M, Moor M, Grinevich V, Linster C, Russo E, Weber-Fahr W, Reinwald JR, Kelsch W (2024) Oxytocin induces the formation of distinctive cortical representations and cognitions biased toward familiar mice. Nature Communications 15:6274
• Winkelmeier L, Filosa C, Hartig R, Scheller M, Sack M, Reinwald JR, Becker R, Wolf D, Gerchen MF, Sartorius A, Meyer-Lindenberg A, Weber-Fahr W, Clemm von Hohenberg C*, Russo E*, Kelsch W* (2022) Striatal hub of dynamic and stabilized prediction coding in forebrain networks for olfactory reinforcement learning. Nature Communications 13:3305 *shared
• Oettl LL*, Scheller M*, Filosa F*, Wieland S, Haag F, Loeb C, Durstewitz D, Shusterman R, Russo E*, Kelsch* (2020) Phasic dopamine reinforces distinct striatal stimulus encoding in the olfactory tubercle driving dopaminergic reward prediction. Nature Communications 11:3460 * shared
• Clemm von Hohenberg C, Weber-Fahr W, Lebhardt P, Ravi N, Braun U, Gass N, Becker R, Sack M, Cosa Linan A, Gerchen MF, Reinwald JR, Oettl LL, Meyer-Lindenberg A, Vollmayr B, Kelsch W*, Sartorius A* (2018). Lateral habenula perturbation reduces default-mode network connectivity in a rat model of depression. Transl. Psychiatry 8, 68, * shared
• Oettl LL, Ravi R, Schneider M, Scheller M, Schneider P, Mitre M, Froemke RC, Chao MV, Young WS, Meyer-Lindenberg A, Grinevich V, Shusterman, Kelsch W (2016) Oxytocin enhances social recognition by modulating cortical control of early olfactory processing. Neuron 90:609-21. 
• Kelsch W, Sim S, Lois C (2010) Watching Synaptogenesis in the Adult Brain. Ann Rev Neurosci 33:131-149.