Wie neuronale Oszillationen und Netzwerkinteraktionen selektive sensorische Tore für die Schlafregulation konstruieren

• Antragsteller: Davide Raccuglia, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462539941

Schlafstörungen beeinträchtigen die Schlafqualität erheblich und werden mit Depressionen sowie Aufmerksamkeits- und Lerndefiziten in Verbindung gebracht. Für guten Schlaf, erzeugen unsere Gehirne selektive sensorische "Tore", die sensorische Informationen während des Schlafs filtern. Da Schlaf im gesamten Tierreich verbreitet ist, nutzen vermutlich alle Tiere ähnliche Strategien zur Filterung sensorischer Informationen. Die neurophysiologischen Prinzipien und neuronalen Interaktionen hinter selektiven sensorischen Toren für die Schlafregulation sind jedoch im Wesentlichen unbekannt.Während des Schlafs in Säugern, Reptilien und Zebrafischen kommt es im Gehirn zu groß angelegten Synchronisationen von Slow-Wave Oszillationen (SWO). Interessanterweise kommt es auch in wachen Säugetieren, die unter Schlafentzug leiden, zu lokalen Synchronisationen von SWO, die in Verbindung mit kognitiven Beeinträchtigungen stehen. Dies deutet darauf hin, dass SWO eine Rolle bei der Abschaltung sensorischer Verarbeitung spielen. Mit Hilfe von genetisch kodierten Spannungsindikatoren haben wir kürzlich gezeigt, dass selbst in der evolutionär weit entfernten Fruchtfliege Drosophila melanogaster SWO eine wichtige Rolle bei der Schlafregulation spielen. Wir konnten zeigen, dass R5 Neurone ihre elektrischen Muster synchronisieren, um netzwerkspezifische SWO zu erzeugen und somit konsolidierte Schlafphasen begünstigen. Dies deutet darauf hin, dass SWO eine evolutionär optimierte Strategie sein könnte, um sensorische Informationen zu blockieren und eine gute Schlafqualität sicherstellen. Die zugrundeliegenden neuronalen Interaktionen und neurophysiologischen Prinzipien, die erklären könnten, wie SWO selektive sensorische Tore erzeugen, bleiben jedoch unklar.Das weniger komplexe Gehirn der Fruchtfliege, die genetische Zugänglichkeit und die schlafbezogenen physiologischen Analogien bieten eine einzigartige Gelegenheit, die wesentlichen Komponenten, die zur Konstruktion selektiver sensorischer Tore erforderlich sind, zu untersuchen. Wir werden daher unter anderem optische Elektrophysiologie, Optogenetik und Verhaltensparadigmen kombinieren, um auf neurophysiologischer Ebene zu verstehen, wie sensorische Information gefiltert werden kann, um eine angemessene Schlafqualität zu gewährleisten. Dabei werden wir uns auf ein spezifisches neuronales Netzwerk konzentrieren (zusammengesetzt aus R5-Neuronen, Helikon-Zellen und dem dorsalen fan-shaped body) und untersuchen, wie synaptische Interaktionen innerhalb dieses Netzwerkes neuronale Aktivitätsmuster synchronisieren und sensorische Informationen filtern können. Dieses Projekt wird unser Verständnis über die neuronalen Mechanismen der sensorischen Tore und die für einen guten Schlaf erforderlichen neuronalen Interaktionen erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen