Lernen von räumlichen Werten auf einer kognitiven Karte durch das Dopaminsystem des Mittelhirns

• Antragsteller: Dr. Hiroshi Ito
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505659964

Eine Schlüsseleigenschaft des Gehirns ist die Fähigkeit, ein eigenes internes Modell zu konstruieren, um eine Handlung zu planen und ihre nachfolgenden Konsequenzen vorherzusagen. Die räumliche Navigation ist eine dieser Verhaltensweisen, bei der Tiere eine Abfolge von Handlungen wählen, um ein gewünschtes Ziel zu erreichen, das über den Bereich der sensorischen Wahrnehmung hinausgeht, basierend auf dem Vorwissen über die Umgebung - die sogenannte kognitive Karte. Während frühere Studien den Schaltkreismechanismus zur Bildung der räumlichen Repräsentation der Umwelt im Gehirn aufgeklärt haben, erfordert zielgerichtete Navigation auch einen Lernprozess der räumlichen Werte in der Umwelt, um die Entscheidungen des Tieres über das nächste Navigationsziel zu leiten. Frühere Studien haben eine Schlüsselrolle für das Dopaminsystem im Mittelhirn bei diesem Werte-Lernen nahegelegt. Allerdings basieren viele dieser Befunde auf einem relativ einfachen Verhaltensparadigma, bei dem ein Tier einen gegebenen Reiz mit einer entsprechenden Handlung assoziieren muss. Es ist daher noch weitgehend unklar, welche Rolle das Dopaminsystem bei der zielgerichteten räumlichen Navigation spielt, bei der Entscheidungen oder Handlungsinitiierungen in der Regel auf der Grundlage der kognitiven Landkarte des Gehirns selbst initiiert werden, ohne sich auf externe sensorische Auslöser zu verlassen. Der zugrundeliegende neuronale Mechanismus des räumlich-wertigen Lernens könnte sich daher grundlegend von denjenigen unterscheiden, die bei Reiz-Handlungs-Assoziationsaufgaben verwendet werden. Das Hauptziel dieses Vorschlags ist es, den Beitrag des Dopaminsystems im Mittelhirn bei Entscheidungen, die auf der internen kognitiven Karte des Gehirns basieren, zu klären und eine einheitliche Sicht auf die Rolle des Dopaminsystems bei Verhaltensentscheidungen zu erhalten. Um diese Frage anzugehen, werden wir eine neue Navigationsaufgabe entwerfen, die es uns erlaubt, die Dynamik der Raumwertschätzung zu quantifizieren. Diese Aufgabe wird mit modernsten Technologien implementiert, einschließlich der Aufzeichnung mit dem Neuropixels-System zusammen mit der gleichzeitigen Messung der Dopaminfreisetzung durch Faserphotometrie.Unsere Erkenntnisse können zu einem besseren Verständnis der Parkinson-Krankheit führen, die bekanntermaßen durch den Verlust von Dopamin-Neuronen verursacht wird. Während Patienten, die an der Parkinson-Krankheit leiden, Schwierigkeiten haben, selbst geplante Bewegungen einschließlich zielgerichteter räumlicher Navigation zu initiieren, ist ihre Fähigkeit, sensorisch initiierte Bewegungen auszuführen, relativ unverändert. Das Projekt wird den unterschiedlichen Beitrag des Dopaminsystems im Mittelhirn zwischen reizgesteuerten und selbstinitiierten Verhaltensweisen auf der Ebene der neuronalen Schaltkreise klären und damit neue Erkenntnisse nicht nur über das Navigationsverhalten, sondern auch über die Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen