Kortikofugale Kontrolle des aufsteigenden sensorischen Signalflusses im Hirnstamm. Untersuchungen im Tasthaarsystem von Nagern

• Antragsteller: Shubhodeep Chakrabarti, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225988852

Nager nutzen ihre aktiv beweglichen Tasthaare auf vielfältige und flexible Weise um ihre taktile Umgebung zu explorieren. In einem bestimmten Verhaltensmodus, der sog. aktiven Berührung, tasten sie Objekte ab und manipulieren dabei Stellung und Bewegung der Tasthaare. Es ist bekannt, daß während aktiver Berührung der sensorische Signalfluß vermindert ist, während er in Ruhe maximale neuronale Antwort in kortikalen sensorischen Neuronen evoziert. Dieses sog. Gating-Phänomen könnte die Detektion unerwarteter taktiler Eingänge (Kontakte) optimieren. Frühere Studien haben gezeigt, daß Gating in den Hirnstammkernen des Trigeminus stattfindet, jedoch über die kortiko-bulbäre Bahn unter direkter Kontrolle des Kortex stehen könnte. Primärer somatosensorischer Kortex (S1, dort womöglich die sog. Septen Kompartimente) könnte für die Steigerung und S2 für die Reduzierung des taktilen Signalflusses verantwortlich sein. Die mechanistischen Prinzipien und ihre Details dieser Steuerung liegen jedoch noch weitgehend im Dunkeln. So müssen, erstens, die Projektionen der S1 Septen zum Hirnstamm direkt nachgewiesen werden. Zweitens, müssen vermutete zelluläre Mechanismen, die in verteilten Kernen des Trigeminus Komplex vermutet werden durch elektrophysiologische Registrierung in diesen Kernen untermauert werden. Drittens, ist es notwendig die Konsequenzen des Gating Effekts für die Wahrnehmung aufzuzeigen. Im Rahmen dieses Antrags sollen kombiniert, anatomische, extrazellulär-elektrophysiologische, optogenetische, sowie moderne Methoden der Verhaltensbeobachtung in kopffixierten Nagern zur Anwendung kommen, um diese Punkte zu klären. In einem ersten Schritt werden Tracing Experimente eingesetzt um die Projektionsziele der S1 Kompartimente (Barrel und Septum Kolumnen) in den Trigeminus Komplex zweifelsfrei zu klären. Es werden dann in wachen verhaltenstrainierten Nagern elektrophysiologische Daten aus dem Trigeminus Komplex erhoben um die Aktivitäten dort unter aktiver Berührung und Ruhebedingungen zu eruieren. Kreuzkorrelationsanalyse von Unit und LFP Daten werden eingesetzt werden um die Abhängigkeit der Aktivität in den Trigeminuskernen vom kortikalen Eingang zu beschreiben. Schließlich werden optogenetische Methoden genutzt um S1 und/oder S2 abhängige Aktivitäten in den Kernen des Trigeminuskomplexes zu manipulieren und postulierte Effekte auf die Wahrnehmung des Tieres nachzuweisen. Das Gesamtprojekt wird der erste Versuch sein, taktiles Gating im Hirnstamm und seine kortikale Kontrolle im wachen sich verhaltenden Tier zu untersuchen und wird daher wichtige Hinweise zum Verständnis aktiver taktiler Wahrnehmung haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Cornelius Schwarz