Räumliche und zeitliche Präzision bei der Stimulusrepräsentation und Prozessierung in einem hochgradig fehlorganisierten kortikalen Areal

• Antragsteller: Professor Dr. Jochen Ferdinand Staiger
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253831509

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Eines der herausragenden strukturellen Merkmale des Neokortex ist seine Organisation in sechs distinkte Schichten, die – durch spezifische Zelltypen gebildet – eine spezifische Input-Output-Beziehung prägen. Es wird angenommen, dass das daraus resultierende Verschaltungsmuster die kortikale Funktion stark beeinflusst, wenn nicht sogar bedingt. Es war bislang unmöglich zu untersuchen, ob kortikale Schichten tatsächlich notwendig, oder sogar hinreichend sind, um eine regelrechte kortikale Funktion zu gewährleisten. Hier wollten wir mit der Nutzung der Reelermausmutante untersuchen, ob sensorische Stimulusrepräsentation und Prozessierung durch erregende und hemmende Neurone sowie durch Tastreizintegration vermittels intra- und interhemisphärischer Interaktionen ermöglicht wird. In sorgfältig geplanten Experimenten untersuchten wird: (i) Wie integrieren sich GABAerge Neurone in die (stark desorganisierten) kortikalen Schaltkreise des (Reeler) somatosensorischen Kortex. (ii) Was sind die Schaltkreismechanismen, die taktile Integration und Repräsentation von sensorischer Information vermitteln? Zur Beantwortung dieser Fragen nutzten wir eine Vielzahl modernster Techniken, wie zum Beispiel Zweiphotonenmikroskopieunterstützte Visualisierung und Ganzzellableitung von identifizierten Neuronen in vivo, Kreuzung der Reelermutante mit transgenen Mauslinien, in vitro Optogenetik in Kombination mit zweifach Patch clamp Ableitungen und Pharmakologie, Rabiesvirustracing sowie aussagekräftige morphologische Charakterisierung aller abgeleiteter Neurone. Auf diese Weise konnten wir erste Vorstellung davon bekommen, wie sich inhibitorische Neurone, die aus dem ventralen Telenzephalon stammen, in einen hochgradig desorganisierten Kortex integrieren. Wir begannen, die Grundlagen der Integration von Sinnesreizen, die von definierten Vibrissen aufgenommen wurden als ein Schlüsselprozess der taktilen Objektidentifikation zu verstehen. Wir haben auch die Zelltypspezifität der über das Corpus callosum kommunizierenden Schaltkreise mit einigen Pilotuntersuchungen zumindest morphologisch studiert. Wir sind überzeugt, dass sich durch den durchgängigen Vergleich des hochgradig fehlorganisierten Reeler-Kortex mit dem des Wildtyps, eine mögliche Funktion von Schichten, soweit es diese überhaupt gibt, etwas besser herauskristallisiert hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Increased Callosal Connectivity in Reeler Mice Revealed by Brain-Wide Input Mapping of VIP Neurons in Barrel Cortex. Cerebral Cortex, 31(3), 1427-1443.
  Hafner, Georg; Guy, Julien; Witte, Mirko; Truschow, Pavel; Rüppel, Alina; Sirmpilatze, Nikoloz; Dadarwal, Rakshit; Boretius, Susann & Staiger, Jochen F.
  
• Repetitively burst-spiking neurons in reeler mice show conserved but also highly variable morphological features of layer Vb-fated “thick-tufted” pyramidal cells. Frontiers in Neuroanatomy, 16(2022, 10, 28).
  Staiger, Jochen F.; Sachkova, Alexandra; Möck, Martin; Guy, Julien & Witte, Mirko
  
• Direction selectivity of inhibitory interneurons in mouse barrel cortex differs between interneuron subtypes. Cell Reports, 42(1), 111936.
  Guy, Julien; Möck, Martin & Staiger, Jochen F.
  
• Normal connectivity of thalamorecipient networks in barrel equivalents of the reeler cortex. Cerebral Cortex, 33(12), 7688-7701.
  Meeuwissen, Anouk J M; Möck, Martin; Staiger, Jochen F & Guy, Julien