Synaptische Integration im Regelkreis für defensives Verhalten im periaquäduktalen Grau

• Antragstellerin: Dr. Sabine Rühle
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259603355

Eine der zentralen Herausforderungen in den Neurowissenschaften ist es, die Berechnungen neuronaler Schaltkreise während bestimmter Verhaltensmuster zu verstehen. Wie wird beispielsweise eingehende sensorische Information in das passende Verhalten umgesetzt? Diese Fragestellung erfordert ein genaues Verständnis darüber, wie einzelne Nervenzellen Informationen verarbeiten und eingehende synaptische Signale in Aktionspotentiale umwandeln. Neurone empfangen eine Vielzahl von synaptischen Signalen über ihre verästelten Dendriten. In aktuellen in vitro Experimenten wurde gezeigt, dass schon in Dendriten eine Vorbearbeitung der eingehenden synaptischen Signale erfolgt, bevor die Initiationsstelle des Aktionspotentials erreicht wird. Durch diese unabhängige Umsetzung von Berechnungen sollten einzelne Neurone in vivo in der Lage sein, komplexe Informationsverarbeitung durchzuführen. In diesem Projekt plane ich, synaptische Integration in den neuronalen Regelkreis, der defensive Verhaltensmuster in der Maus steuert, zu untersuchen und zu analysieren, wie einzelne Nervenzellen im periaquäduktalen Grau (PAG) zu den Berechnungen beitragen, die schlussendlich zur defensiven Schreckstarre (freezing) führen. Das PAG ist Teil eines großen Netzwerkes, das auch den Hypothalamus und die Amygdala umfasst, und dient als gemeinsamer Punkt, wo eingehende und ausgehende Informationen, die Abwehrverhalten steuern, zusammenkommen. Im Vergleich zu Neuronen, die höhere kognitive Aufgaben übernehmen, haben die des PAG einen einfacheren, aber trotzdem typischen Aufbau mit wenigen verzweigten Dendriten. Neuronale Aktivierung im PAG ist ein wichtiger Schritt in der Implementierung von defensiven Verhaltensmustern, aber es ist bisher noch wenig darüber bekannt, wie Aktionspotentiale in Neuronen im PAG ausgelöst werden. Durch Kombination von Verhaltensanalyse mit genetischen, elektrophysiologischen und optischen Methoden beabsichtige ich, die folgenden Fragen zu bearbeiten: (1) Wie integrieren PAG-Neuronen, die in der defensiven Schreckstarre aktiv sind, exzitatorische Signale? (2) Wie bestimmen inhibitorische Synapsen den Grad der Erregung von PAG Neuronen? (3) Wie reguliert die Aktivierung der Amygdala die Umwandlung von Eingangs- in Ausgangssignale in PAG-Neuronen, die in der defensiven Schreckstarre aktiv sind? Die Ergebnisse dieser Studie über dendritische Integration im PAG werden das Verständnis verbessern, wie Nervenzellen in einem Regelkreis, der maßgeblich für die Steuerung grundlegender Verhaltensmuster ist, Informationen verarbeiten und defensives Verhalten erzeugen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Tiago Branco, Ph.D.