Elektroanatomy hippokampaler Netzwerke: Topographische Verteilung ko-aktiver Zellen und deren Plastizität

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Both; Professor Dr. Andreas Draguhn
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 351649465

Neuronale Netzwerke bilden räumlich und zeitlich hoch geordnete Aktivitätsmuster aus. Die teilnehmenden Neurone formen funktionelle Ensembles, die wahrscheinlich elementare Repräsentationen verhaltensrelevanter Perzepte, Handlungen oder Erinnerungen darstellen. Es ist anzunehmen, dass sich charakteristische Eigenschaften von Ensembles in verschiedenen Netzwerken entsprechend deren Funktion unterscheiden (Anzahl der aktiven Zellen, Überlapp der verschiedenen Repräsentationen, räumliche Verteilung). Dazu existieren jedoch nur wenige quantitative Daten. Wir wollen diese Frage durch einen systematischen Vergleich in einem wichtigen Modellsystem untersuchen, dem hippokampal-entorhinalen System. Diese Struktur unterstützt verschiedene Aspekte räumlicher Orientierung und Gedächtnisbildung und besteht aus mehreren miteinander verbundenen lokalen Netzwerken mit deutlich unterschiedlicher Konnektivität. Neueste Arbeiten haben verschiedene Funktionen der Subnetzwerke wie die Entkopplung eingehender Informationen im Gyrus Dentatus (Mustertrennung) oder Attraktordynamiken in CA3 (Mustervervollständigung) gezeigt. Es ist jedoch wenig über die Größe, den Überlapp oder die räumliche Verteilung der Ensembles in diesen Strukturen bekannt. Die Heterogenität der Netzwerke, die laminare Organisation und die gute Kenntnis der zellulären und Netzwerkeigenschaften machen dieses System ideal für die geplante vergleichende Studie.Wir werden ein neuartiges, hochauflösend Elektroden-Microarray verwenden, um Aktivität sehr vieler Zellen (hunderte bis tausende) gleichzeitig aufzuzeichnen. Dadurch können wir die Geometrie der Ensembles im gesamten hippokampalen-entorhinalen System erfassen und vergleichen. Sich ausbreitende Aktivitätsmuster sollen durch verschiedene lokale Netzwerke verfolgt werden, um zu untersuchen, ob topologische Ordnungen erhalten bleiben oder sich systematisch verändern. Diese Experimente werden durch zelluläre Messungen ergänzt, um die Kopplung einzelner Zellen in das jeweilige Netzwerk zu verstehen. Zusätzlich soll elektrische Netzwerkaktivität in frei beweglichen Mäusen gemessen und mit den Ergebnissen aus in vitro Messungen verglichen werden. Im Einzelnen werden wir (1) die räumliche Organisation von Ensembles in den verschiedenen Netzwerken charakterisieren, (2) die topologische Beziehung zwischen Ensembles in verschiedenen Netzwerken untersuchen, (3) die Aktivität einzelner Zellen mit den Mustern auf Netzwerkebene korrelieren, (4) die Effekte verschiedener Neuromodulatoren auf die unterschiedlichen Netzwerkmuster erfassen und (5) die Ergebnisse aus (i)-(iv) in frei beweglichen Tieren überprüfen.Zusammengefasst beabsichtigen wir einen umfassenden Vergleich der verschiedenen hippokampal-entorhinalen Netzwerke im Sinne einer funktionellen "Elektroanatomie" dieser wichtigen Gehirnregion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Mexiko
• Kooperationspartner: Professor Dr. Rafael Gutiérrez; Professor Dr. Mario Trevino Villagas