Lernbezogene topographische Netzwerkaktivitätsmuster von auditorischen corticofugalen Neuronen

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Jasper Hirtz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520140856

Auditorische corticofugale Projektionen entspringen aus den tiefen Schichten des auditorischen Cortex (AC) und modulieren die Aktivität vorangeschalteter Ziele im Mittelhirn und Hirnstamm. Sowohl frühere Studien als auch unsere eigenen präliminären Daten zeigen, dass Schicht 5 corticocolliculare (CC) Neurone sowohl geringe Selektivität gegenüber verschiedenen Geräuschen als auch ein hohes Maß an lokaler Tuning-Heterogenität aufweisen, was für eine schlechte tonotope Organisation im Vergleich zu anderen Schicht 5-Neuronen spricht. Allerdings wurden diese Daten bei passivem Hören der Versuchstiere erhoben, und beziehen daher nicht mit ein, dass kontextspezifische Aktivitätsmuster deutlich besser geordnete Strukturen aufweisen könnten, was die Adaptation der Netzwerke im AC demonstrieren würde. Wir planen diese Frage mittels einer Kombination aus operanter Konditionierung und Zwei-Photonen Ca2+-Imaging zu beantworten. Mäuse werden mittels Wasserbelohnung darauf trainiert, zwischen zwei Sinustönen zu unterscheiden, während wir über mehrere Tage hinweg die Aktivität von CC-Neuronen beobachten werden. Wir erwarten, dass sich lernbezogene Adaptation der Netzwerkaktivität in der Dekorrelation zwischen Antworten auf die beiden Töne zeigt. Außerdem stellen wir die Hypothese auf, dass sich die tonotope Organisation schärft, was zeigen würde, dass Schicht 5 CC-Neurone Informationen über Frequenzen topographisch verarbeiten, insofern diese kontextrelevant sind. Zum Vergleich werden wir das gleiche Experiment für intra-telencephalische (IT) Schicht 5-Neurone durchführen, welche gemäß unserer Daten eine deutlichere Tonotopie zeigen sollten, auch bei passivem Hören. Lernbezogene Veränderungen werden hier wahrscheinlich auch zu finden sein, aber wir erwarten, dass diese weniger stark ausgeprägt sind. Dies würde ein vergleichsweise hohes Maß an Plastizität von CC-Neuronen zeigen, was es ihnen ermöglichen würde, deutlich auf verhaltensrelevante Aufgaben hin zu adaptieren. Die meisten Experimente werden im primären AC-Areal durchgeführt, aber zusätzlich werden wir diese für CC-Neurone im sekundären Areal wiederholen. Interessanterweise könnten CC-Neurone unseren Daten nach bei passivem Hören hier eine besser geordnete Topographie als IT-Neurone aufzuweisen. Wir erwarten daher, dass sich Netzwerkaktivitäts-Modulationen zwischen den Arealen unterscheiden, was neue Einblicke in deren spezifische Funktionen für auditorisches Lernen liefern würde. Im letzten Experiment werden wir die synaptische Transmission von CC-Neuronen auf Neurone im Colliculus inferior optogenetisch unterbrechen. Dies wird untersuchen, ob die topographischen Modulationen und das Lernen als solches von diesen Verbindungen vermittelt werden. Die im beantragten Projekt erhobenen Daten würden zum Verständnis der Funktion von auditorischen corticofugalen Neuronen für Lernprozesse beitragen und außerdem helfen, die Topographie des AC über alle Schichten und Areale hinweg weiter zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2411: LOOPS: Kortiko-subkortikale Interaktionen für Adaptive Wahrnehmung