Two-photon mapping of synaptic connectivity in the neocortex

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Jasper Hirtz
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228457509

Die Ordnung und Präzision der Konnektivität im Neocortex ist immer noch schlecht verstanden. Während einige Studien auf eine spezifische Ordnung hinweisen, favorisieren andere die Idee, dass das Knüpfen von Verbindungen einer stochastischen Natur folgt. Zwei-Photon-Kartierungen haben kürzlich gezeigt, dass die inhibitorische Konnektivität von Interneuronen auf Pyramidalneurone tatsächlich ungeordnet ist, wobei Interneurone häufig alle benachbarten Zellen kontaktieren. Währenddessen ist noch unklar, ob exzitatorische Verbindungen spezifisch sind. Tatsächlich könnte die spezifische Informationsverarbeitung durch exzitatorische Konnektivität entstehen, welche Spezifität auf einer von drei Ebenen erzeugen könnte: i) Spezifische Strukturale Konnektivität, ii) Spezifische Gewichtung synaptischer Stärke, oder iii) Spezifische postsynaptische Integration. Ich beabsichtige, diese Möglichkeiten unter der Verwendung hochmoderner Methoden zu untersuchen, z.B. Zwei-Photon-uncaging, Optogenetik und spatial light modulator-Mikroskopie in Kombination mit patch-clamp-Messungen in Hirnschnitten genetisch veränderter Mäuse. Im ersten Teil des Projektes wird das Netzwerk potenziell verbundener Pyramidalneurone kartiert, was Aussagen über das räumliche Muster von Konnektivität und die Stärke synaptischer Verbindungen zulassen wird. Dazu werden 500-4000 Pyramidalneurone nacheinander aktiviert und die synaptischen Antworten eines abgeleiteten Pyramidalneurons aufgezeichnet. Im zweiten Teil werde ich die Frage angehen, ob exzitatorische Eingänge von Pyramidalneuronen linear (unspezifisch) oder nichtlinear (spezifisch) integriert werden. Mit einem abgeleiteten Neuron verbundene Pyramidalneurone werden erst einzeln, dann gemeinsam aktiviert. Synaptische Antworten werden auf die Linearität der Integration hin ausgewertet werden. Hierbei soll auch eine mögliche Rolle der durch Interneurone vermittelten Inhibition für die Integration exzitatorischer Eingänge getestet werden, indem verbundene Interneurone zusätzlich zu den Pyramidalneuronen aktiviert werden. Diese Daten werden das Maß der Präzision exzitatorischen Verbindungen im Neocortex ermitteln und fundamental zum Verständnis beitragen, wie neuronale Aktivität von neokortikalen Netzwerken generiert wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Rafael Yuste, Ph.D.