Gitter, Grenz und Kopfrichtungs-Netzwerke im Präsubiculum von Nagern.

• Antragsteller: Professor Dr. Andrea Burgalossi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319884768

Die Entdeckung der Neuronen, welche auf eine deutliche Eigenschaft der äußeren Umgebung (der Position des Tiers) reagieren, hat einen bahnbrechenden Zugang zur neuronalen Codierung im parahippocampalen Kortex ermöglicht, in der komplexe kognitive und Verhaltensfunktionen am ehesten umgesetzt werden. Die Entdeckung von Ortszellen, Gitterzellen, Kopfrichtungszellen und Grenzzellen sowie deren dynamische Interaktionen während des Verhaltens ist zweifellos ein Meilenstein für das Verständnis der internen Gehirnberechnungen. Doch trotz der erheblichen Fortschritte in den letzten Jahrzehnten sind wir noch weit von einem mechanistischen Verständnis der räumlichen Darstellungen entfernt. Aufgrund der methodischen Einschränkungen wissen wir nur sehr wenig darüber, in welchem Zusammenhang die grundlegende Zellenvielfalt zur räumlichen Codierung steht. Im parahippocampalen Kortex sind Zellidentität und Netzwerke räumlicher Darstellungen (z. B. Gitter, Grenzen und Kopfrichtung) weitgehend ungeklärt geblieben. Vor diesem Hintergrund schlage ich ein neuartiges Forschungsprogramm vor, welches neuronale Merkmale (in vivo während des Verhaltens aufgenommen) direkt mit der Zellidentität und den spezifischen Netzwerken verbindet. Wir konzentrieren uns auf das Präsubiculum (PräS) - einen Bereich des parahippocampalen Kortex, der einen wichtigen Beitrag zum medialen entorhinalen Kortex (MEC) leistet, in dem die meisten Gitterzellen gefunden wurden. In einem ersten Schritt werden wir systematisch die wichtigsten Neuronen im PräS von Ratten charakterisieren, indem wir in-vitro Elektrophysiologie mit retrograder neuronaler Markierung, molekularer Analyse und morphologischen Rekonstruktionen von in vivo markierten Neuronen kombinieren. Um die Beziehung der räumlichen neuronalen Aktivität mit den verschiedenen Zelltypen aufzulösen, werden wir einzelne PräS-Neuronen in frei beweglichen Tieren mithilfe innovativer juxtazellulärer Verfahren aufzeichnen und markieren. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf MEC-projizierende Neuronen gelegt: Mithilfe einer weit reichenden axonalen Markierung wollen wir in Verbindung mit einer quantitativen anatomischen Analyse den ersten funktionalen Schaltplan zwischen PräS und MEC mit subzellulärer (Einzel-Bouton) Auflösung erstellen. Die bisherigen Daten belegen die Durchführbarkeit des vorgeschlagenen Ansatzes. Sie enthalten zudem starke Anhaltspunkte für Beziehungen zwischen Aufbau und Funktion innerhalb der PräS-Netzwerke. Zusammengefasst wird dieser methodisch einzigartige Ansatz (von der Funktion zur Struktur) erklären können, wie anatomisch identifizierte Zellen und Schaltungen zur räumlichen Codierung beitragen. Dies wird bislang unerreichte Einblicke in die zellulären Grundlagen räumlicher Darstellungen im Säugerhirn ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen