Dendritische Dynamik und die Wahrnehmungsschwelle

• Antragsteller: Professor Matthew Larkum
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250048060

Experimentelle und psycho-physikalische Versuche zeigten, dass der Prozess der bewussten Wahrnehmung mit der Integration von Top-Down-Signalen mit Bottom-Up-Informationen in primären sensorischen Bereichen korreliert. Hier bilden Top-Down-Signale aus anderen kortikalen Bereichen interne Darstellungen und/oder Voraussagen über sensorische Informationen, welche durch den Bottom-Up-Stream transportiert werden. Obwohl der Einfluss von Top-Down-Information durch Aufzeichnungen der Neuronenaktivität per se deutlich nachgewiesen werden kann, sind die zugrundeliegenden Mechanismen und deren Wichtigkeit noch nicht bekannt. Es hat sich gezeigt, dass die Pyramidalneuronen der 1. Schicht im Kortex zu einer explosiven Abfeuerungsaktivität befähigt sind wenn die Ober- und Unterseite des Neurons gleichzeitig aktiviert werden. Dies ist von Wichtigkeit, da Axone die Top-Down-Information tragen, in Schicht 1 des Kortex ankommen und Bottom-Up-Signale an die unteren (peri-somatischen) Regionen der Pyramidalneuronen gelangen. Es wird daher vermutet, dass die Top-Down-Information mit der Bottom-Up-Information in diesen Zellen durch dendritische Spikes verbunden ist. Diese Spikes sind von Kalzium-Kanälen in den apikalen Dendriten abhängig. Daher stellen wir die 'Dendriten- Hypothese' für spezifische Wahrnehmung auf: 'Wahrnehmung hängt von der Generierung dendritischer Kalziumspikes in Pyramidalneuronen durch die kombinierte Eingabe von Bottom-Up- und Top-Down-Signalen ab'. Diese Hypothese hat den Vorteil dass sie zu einer spezifischen Vorhersage führt, nämlich, dass dendritische Kalzium-Transienten im Wahrnehmungsprozess involviert sind, welche mit konventionellen Methoden getestet werden können. In diesem Projekt möchten wir diese Hypothese testen indem wir Ereignisse überprüfen, die um die 'Wahrnehmungsschwelle' auftreten (d.h. Ereignisse, die nach einer Stimulierung auftreten deren Intensivität von nicht auffindbar bis auffindbar reicht). Die Tiere werden durch die Stimulierung ihrer Schnurrhaare mit einer definierten Verhaltensreaktion trainiert, welche dann zur Überprüfung der Wahrnehmung von Objekten dient. Wir werden die Veränderungen in der dendritischen Kalziumaktivität um die Wahrnehmungsschwelle mit der modernsten Technologie, einschließlich zwei-Photonen Mikroskopie und dem faseroptischen Abbildungssystem ('Periscope system'), welches in unserem Labor entwickelt wurde, messen. Durch optogenetische Ansätze werden wir dendritische Spikes und Top-Down-Signale verhindern um die Notwendigkeit des dendritischen Spiking im Wahrnehmungsprozess zu testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen