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In seiner Amtszeit beschäftigte sich Prof. Gundelfinger mit molekularen und zellulären Mechanismen synaptischer Plastizität im gesunden und deren Fehlfunktionen im erkrankten Gehirn. Die Kommunikation zwischen Nervenzellen erfolgt an mikroskopisch kleinen Verbindungen, den Synapsen. Während der Verschaltung des Gehirns müssen Synapsen entstehen, danach müssen sie funktionsfähig gehalten und beispielsweise im Verlauf von Lern- und Gedächtnisprozessen umgebaut werden. An diesen Vorgängen sind viele Moleküle in den Neuronen, auf derer Oberfläche sowie in der sie umgebenden extrazellulären Matrix beteiligt. In den verschiedenen eng miteinander kooperierenden Arbeitsgruppen der Abteilung werden die Funktionsweise von Synapsen, deren molekulare Zusammensetzung und deren Plastizität unter normalen physiologischen Bedingungen und bei krankheitsbedingter Fehlsteuerung untersucht.