Olfaktorische Kontrolle der langreichweitigen Kopplung innerhalb unreifer präfrontal-hippokampal-entorhinaler Netzwerke

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ileana L. Hanganu-Opatz; Professor Dr. Marc Spehr
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 302153259

Sensorische Wahrnehmung und kognitive Prozesse sind fundamentale neurowissenschaftliche Themen. Beide Forschungsfelder werden jedoch meist losgelöst voneinander, nicht synergistisch bearbeitet. Dies gilt insbesondere im Kontext entwicklungsbiologischer Aspekte. Umfangreiche Studien haben in den vergangenen Jahrzehnten die Entwicklungsmechanismen sensorischer Systeme adressiert. Erst kürzlich gelang jedoch die Aufklärung komplexer Interaktionen bei der Entwicklungssteuerung gedächtnisrelevanter Netzwerke. Wir konnten gemeinsam zeigen, dass GABA - Glutamat Interaktion hippocampale Aktivität im Theta-Frequenzband generiert. Diese steuert die Entstehung lokaler Netzwerke im präfrontalen Kortex. Die meist getrennte Analyse sensorischer und kognitiver Fähigkeiten begründet sich durch den unterentwickelten Status sensorischer Modalitäten in frühen Lebensstadien. Entsprechend wurde der Einfluss sensorischer Stimuli auf die Ausbildung und Reifung kognitiv relevanter Netzwerke weitgehend geringgeschätzt. Eine Ausnahme stellt das olfaktorische System dar, das bereits während der späten Embryonalentwicklung vollständig funktionsfähig ist und neonatal eine entscheidende Rolle für die maternale Interaktion und damit das Überleben spielt. Dennoch ist bislang ungeklärt, welche Funktion olfaktorische Signale bei der Entwicklung limbischer Netzwerke ausüben. Das Ziel des vorliegenden Forschungsantrags ist daher, die strukturellen und funktionalen Prinzipien der Konnektivität und Kommunikation zwischen olfaktorischem Bulbus (OB) und lateralem entorhinalen Kortex (LEC) - dem Tor zum limbischen System - zu verstehen. Zunächst streben wir eine detaillierte Beschreibung der OB - LEC Konnektivität an, um eine anatomische Basis für nachfolgende physiologische Analysen zu generieren. Schlussendlich wollen wir sowohl akute, als auch chronische Effekte olfaktorischer Stimulation auf die Entwicklung limbischer Schaltkreise und kognitiver Funktionen untersuchen. Dafür baut der vorliegende Antrag synergistisch auf der komplementären Expertise beider Antragsteller auf. Dies gilt sowohl konzeptionell, aufgrund der Verbindung detaillierter Kenntnisse olfaktorischer Physiologie (Spehr) und der Entwicklungsneurobiologie limbischer Areale (Hanganu-Opatz), als auch methodisch, anhand neuartiger interdisziplinärer Experimentalstrategien, die transsynaptisches Tracing, opto- und pharmakogenetische Manipulationen und in vitro / in vivo Neurophysiologie verbinden. Aufgrund der einzigartigen Bedeutung früh wahrgenommener olfaktorischer Stimuli formulieren wir die Hypothese, dass spezifische Aktivitätsmuster im OB während neonataler Entwicklungsstadien die strukturelle und funktionale Reifung entorhinaler-prefrontaler-hippocampaler Netzwerke determinieren. Auf lange Sicht soll unsere Studie detaillierte mechanistische Einblicke in fundamentale Aspekte sensorischer und kognitive Neurobiologie erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen