Die Kontrolle der zeitlichen Kodierung mehrerer Neuronen im LGN durch striatisches Feedback

• Antragsteller: Martin Vinck, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520285844

Die Hauptquelle für visuelle Informationen in der primären Sehrinde ist der LGN (Lateral Geniculate Nucleus), der seinerseits Informationen von den retinalen Ganglienzellen (RGCs) erhält. Die Tatsache, dass sich die Neuronen des LGN und die RGCs in ihren zeitlichen Antworteigenschaften erheblich voneinander unterscheiden, sowie die Tatsache, dass der LGN retinale und kortikale Eingaben integriert, deuten darauf hin, dass der LGN kein einfacher Relais-Kern ist. Vielmehr führt der LGN wahrscheinlich komplexe Berechnungen mit den RGC-Eingaben durch. Hier konzentrieren wir uns auf die Bedeutung der zeitlichen Kodierung durch mehrere Neuronen im LGN. Die Neuronen des LGN reagieren hochpräzise auf Reize und kodieren Reizinformationen nicht nur durch die Feuerungsrate, sondern auch durch Spike-Timing-Muster, die eine wichtige Rolle bei der zeitlichen Kodierung spielen könnten. Darüber hinaus ist das LGN eine wichtige Quelle rhythmischer Aktivitätsmuster, die den Kortex mitreißen können. Es wird angenommen, dass die Synchronität zwischen den LGN-Neuronen für die kortiko-thalamische Übertragung entscheidend ist. Frühere Studien deuten darauf hin, dass die zeitliche Kodierung durch mehrere Neuronen im LGN von einem striatalen Feedback abhängt. In diesem Projekt werden wir die folgenden Hypothesen an wachen, am Kopf fixierten Mäusen testen: (1) dass die zeitliche Kodierung naturalistischer Reize (Filme) durch mehrere Neuronen entscheidend von der Interaktion zwischen Feedforward-Eingängen von RGCs und Feedback-Eingängen vom striatalen Kortex abhängt; (2) dass das kortiko-thalamische Feedback unterschiedliche Auswirkungen auf die neuronale Aktivität für vorhersehbare und unvorhersehbare natürliche visuelle Reize hat; (3) dass die Unterdrückung des kortiko-thalamischen Feedbacks die Repräsentationen mehrerer Neuronen im LGN verändert, so dass sie V1 unähnlicher werden und Repräsentationen ähnlicher, die näher an der Bildeingabeebene liegen; (4) dass das kortiko-thalamische Feedback die Kodierung naturalistischer Reize in V1 selbst verbessert. Wir werden diese Fragen mit einer Kombination von elektrophysiologischen und optogenetischen Störungen untersuchen, einschließlich: (i) Unterdrückung von kortiko-thalamischen Neuronen (Ziel 1) und (ii) Unterdrückung der Neurotransmitter-Freisetzung aus kortiko-thalamischen synaptischen Terminals (Ziel 2). Die letztgenannte Manipulation ermöglicht es uns, die Auswirkungen der durch das visTRN und das dLGN vermittelten Rückkopplung zu unterscheiden und die funktionellen Auswirkungen der kortiko-thalamischen Aktivität auf die V1-Aktivität selbst zu untersuchen. Das Projekt wird eine enge Zusammenarbeit zwischen Computern und experimentellen Neurowissenschaftlern beinhalten. Die Ergebnisse des Projekts werden Aufschluss über die allgemeine Funktion der Feedback-Verarbeitung im zentralen Nervensystem geben.

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