Netzwerkaktivitätsmuster kortikofugaler Projektionsneurone im auditorischen Kortex

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Jasper Hirtz
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440234314

Der auditorische Kortex (AC) ist nicht nur ein wichtiges Verarbeitungszentrum auditorischer Information, sondern agiert auch als Modulator der vorangeschalteten auditorischen Bahnen durch das auditorische kortiko/fugale (ACF) System. Absteigende Projektionen vom AC terminieren in fast allen auditorischen Hirnstammkernen, inklusive dem Colliculus inferior (IC) und dem Nucleus cochlearis (CN). Obwohl das ACF System von außerordentlicher Bedeutung für die Funktion des Hörsystems ist, ist überraschend wenig über seine Physiologie bekannt, was zumindest teilweise seiner komplexen Struktur zugeschrieben werden kann. ACF Neurone sind in den tiefen Schichten des AC lokalisiert, die meisten projizieren nur zu einem der drei auditorischen Hirnstammkerne. Allerdings müssen aufgrund der komplexen Verbindungen innerhalb der Hirnstammkerne sowohl direkte als auch indirekte Effekte der ACF Projektionen beachtet werden. Daher war es bisherigen Studien nicht möglich, den einzelnen in die Hirnstammkerne projizierenden Bahnen spezifische physiologische Bedeutungen zuzuordnen. Zwei-Photonen-Mikroskopie in vivo ermöglicht nun die Identifizierung und Aktivitätsmessung von spezifischen ACF Neuronen. Im beantragten Projekt werden wir den schnellen Ca2+-Sensor GCaMP7f mittels Injektion eines adeno-assoziierten Virus (AAV) zwecks Aktivitätsimaging im AC exprimieren. Zusätzlich werden ACF Neurone, welche entweder zum IC oder CN projizieren, nach Injektion eines retrograd markierenden AAV (AAV2-retro) in den entsprechenden Hirnstammkern einen roten Fluorophor exprimieren. Auf diese Weise können wir zwischen der Aktivität von ACF Neuronen und der Aktivität umliegender (nicht-ACF) Neurone unterscheiden und die beiden Populationen miteinander vergleichen. Durch akustische Stimulation mit Sinustönen werden wir die tonotope Organisation von ACF Neuronen im Vergleich zur allgemeinen Tonotopie des AC untersuchen. Komplexe akustische Stimulation wird dazu dienen, die Beteiligung von ACF Neuronen an funktionalen Netzwerken des AC zu charakterisieren. Unsere Hypothese ist, dass sich diese Aktivitätsmuster zwischen Neuronen, die in den IC projizieren, und denen, die in den CN projizieren, unterscheiden, da diese beiden ACF Projektionen wahrscheinlich unterschiedliche physiologische Funktionen erfüllen. Zusätzlich erwarten wir, dass sich diese funktionale Trennung auch in der direkten synaptischen Konnektivität zwischen ACF Neuronen im AC widerspiegelt. Für dieses Experiment werden wir AAV2-retro in beide Hirnstammkerne injizieren, einen in den IC, um ACF Neurone grün zu markieren, und ein zweiter in den CN, um ACF Neurone rot zu markieren. Mittels Doppel-Patch-Clamp Ableitungen in akuten kortikalen Hirnschnitten werden wir die Verbindungsraten zwischen und innerhalb der beiden Neuronengruppen bestimmen. Die gewonnenen Daten werden neue Einblicke in Struktur und Funktion des ACF Systems liefern, was deutlich zum Verständnis der Verarbeitung auditorischer Information beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen