Die Funktion lateraler Inhibition in Schicht 2/3 des barrel Cortex von Mäusen

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko J. Luhmann; Professor Dr. Maik C. Stüttgen
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280347763

Die neocorticale Schicht 2/3 stellt im somatosensorischen System die erste neuronale Station dar, in der die sensorische Information aus der Peripherie integrativ verarbeitet wird. Im barrel Cortex werden hier erstmals die taktilen Informationen von benachbarten Vibrissen zusammengeführt. Schicht 2/3 erfüllt folglich eine wichtige Funktion bei der Diskrimination sensorischer Reize. Die raumzeitliche Präzision dieser Diskrimination wird wesentlich durch eine intralaminäre, laterale Hemmung vermittelt, an der Parvalbumin-immunoreaktive (PV+) GABAerge Interneurone mit einem intrinsischen hochfrequenten Entladungsmuster ("fast spiking", FS) zentral beteiligt sind. Am Vibrissensystem adulter Mäuse soll mittels elektrophysiologischer, verhaltensphysiologischer und optogenetischer Methoden die Funktion der lateralen Inhibition in Schicht 2/3 untersucht werden. Zwei neue Verhaltenstests erlauben an wachen, kopffixierten Tieren die experimentelle Analyse der räumlichen bzw. der raumzeitlichen Diskriminationsfähigkeit zwischen mechanischen Stimulationen von zwei benachbarten Vibrissen. Die während der Diskriminationsleitung auftretende neuronale Aktivität wird in den entsprechenden corticalen Columnen mit einem 80-Kanal Multi-Elektroden-Array registriert. Die selektive Expression der Chloridpumpe Archaerhodopsin-3 (Arch) in FS-PV+ Interneuronen mittels viraler Transfektion (rAAV2/Flex-Arch-GFP) in transgenen Mäusen der Linie B6.Cg-Pvalbtm1.1(cre)Aibs/J ermöglicht eine gezielte und lokale optogenetische Manipulation der lateralen Hemmung in Schicht 2/3 und die Analyse der daraus resultierenden verhaltens- und elektrophysiologischen Veränderungen. Die Auswirkungen der optogenetischen Hemmung von FS-PV+ Interneuronen auf zellulärer und lokaler Netzwerk-Ebene wird an in vitro thalamocorticalen Hirnschnittpräparaten des barrel Cortex vorgenommen. Diese in vivo und in vitro Experimente werden neue Erkenntnisse zu den raumzeitlichen Eigenschaften der lateralen Hemmung bei physiologisch relevanten Aufgaben liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen