Die quantitative Verknüpfung von synaptischer Konnektivität und neuronaler Aktivität ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Gehirns als neuronales Netzwerk. Jahrzehntelange theoretische Arbeiten legen nahe, dass viele Funktionen auf Netzwerkebene aus dem Verdrahtungsmuster einfacher Recheneinheiten hervorgehen, aber es ist unklar, ob solche einfachen Modelle Aufschluss darüber geben können, wie die Struktur eines realen neuronalen Netzwerks mit seiner Funktion zusammenhängt. Das multilaterale Forschungsvorhaben kombiniert mathematische Modellierung, funktionelle Bildgebung und Konnektomik, um biologisch realistische neuronale Netzwerkmodelle der optischen Flussverarbeitung im Pretectum des visuellen Systems von Zebrafischlarven zu erstellen und zu testen. Die drei Forschungsgruppen aus USA, Japan und Deutschland ergänzen sich in ihrer jeweiligen Expertise. Das Fitzgerald-Labor hat ein mathematisches Framework entwickelt, die sogenannte EnsembleModellierung, die es ermöglicht, alle synaptischen Gewichtungsmatrizen für eine bestimmte Berechnung zu analysieren. Aus diesem Ansatz gehen starke Vorhersagen für die Verschaltung hervor. Um diese zu testen, hat das Baier-Labor einen funktionell verknüpften (FuL) Konnektomik-Datensatz ermittelt, der funktionelle Bildgebung mit zellulärer Auflösung und Konnektomik mit Synapsenauflösung im gleichen Zebrafischgehirn kombiniert. Das Kubo-Labor steuert das FuGIMA-Tool (Function-Guided Inducible Morphological Analysis) bei, um die funktionellen Reaktionseigenschaften und Morphologien von exzitatorischen und inhibitorischen Neuronen im Pretectum zu charakterisieren. Anhand dieser Ergebnisse soll das Vorzeichen des Neurotransmittertyps jedes Neurons im FuL-Konnektomik-Datensatz ermittelt werden. Das Vorhaben nutzt also Rückkopplungsschleifen zwischen Theorie und Experiment, um zentrale ungelöste Probleme der Neurowissenschaften anzugehen.