Effects of single-cell stimulation on the local neural network

• Antragsteller: Professor Dr. Maik C. Stüttgen
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223368015

Neurone in sensorischen Hirnregionen reagieren typischerweise variabel auf wiederholt dargebotene, identische Reize. Aufgrund dieser Variabilität wird gemeinhin angenommen, dass einzelne Zellen nur grobe Abschätzungen sensorischer Reizparameter liefern können. Entsprechend müsste die Aktivität größerer Zellpopulationen betrachtet werden, um eine präzisere Beschreibung sensorischer Reize zu ermöglichen, und der Beitrag einer einzelnen Zelle wäre vernachlässigbar klein.Neuere Studien konnten jedoch zeigen, dass die Aktivität einzelner kortikaler Neurone einen überraschend großen und verhaltensrelevanten Einfluss haben kann. Beispielsweise bewirkt die elektrische Aktivierung einzelner Pyramidenzellen im motorischen Kortex der Ratte kleinere Bewegungen der Tasthaare, und die Aktivierung einzelner Zellen im somatosensorischen Kortex kann zu einer Verhaltensreaktion führen. Die diesem Phänomen zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen sind weitgehend unbekannt.Dieser Antrag skizziert ein auf sechs Monate angelegtes Forschungsprojekt, in dessen Rahmen ich im Labor von Prof. Arthur Houweling an der Universität Rotterdam zur Aufklärung dieser Mechanismen beitragen möchte. Einzelne Zellen im somatosensorischen Kortex anästhesierter Mäuse sollen mittels der Nanostimulations-Technik gezielt aktiviert werden, während die Aktivität umliegender Zellen durch 2-Photonen-Kalzium-Imaging registriert wird. Auf diese Weise soll der Einfluss verschiedener Aktivitätsparameter einzelner Zellen, z.B. der Zahl sowie der Frequenz induzierter Aktionspotenziale, auf das lokale neuronale Netzwerk bestimmt werden. Nach Abschluss des Projekts möchte ich die Nanostimulations-Technik bei wachen, auf psychophysische Detektionsparadigmen trainierten Tieren anwenden, um die Bedeutung einzelner Zellen für sensorische Verarbeitung in verschiedenen Hirnregionen zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Arthur Houweling, Ph.D.