Verarbeitung präfrontaler und phasischer dopaminerger Signale im ventralen Striatum während eines rule switching-Paradigmas

• Antragsteller: Dr. Florian Bähner
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265323688

Individuen lernen häufig durch Feedback, welche Stimuli voraussagen, ob ein Verhalten belohnt wird. Sobald Stimuli ihren prädiktiven Wert verlieren, müssen bestehende Verhaltensregeln aktualisiert werden. Die dafür benötigte kognitive Flexibilität und die beteiligten Hirnregionen finden sich bei vielen Säugern. Zu den relevanten Hirnstrukturen zählen der Nucleus Accumbens (NAc) im ventralen Striatum und der mediale präfrontale Kortex (mPFC). Dopamintransienten signalisieren Belohnungserwartung und unterdrücken die Interaktion von mPFC und NAc. Wir planen insbesondere den NAc der Ratte zu untersuchen, der eine zentrale Schnittstelle zu bilden scheint, über die belohnungsabhängiges Verhalten optimiert wird. Die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen kognitiver Flexibilität sind jedoch weitgehend unbekannt. Wir werden ein operantes strategy set shifting-Paradigma verwenden, um diese Mechanismen mit Tetrodenableitungen und Voltammetrie-Messungen im NAc und mPFC zu untersuchen. Die Experimente leiten sich aus zwei Hypothesen ab. Unsere erste Hypothese besagt, dass mPFC-Repräsentationen einer neuen Regel im NAc integriert werden, um belohnungsabhängiges Verhalten nach der Regeländerung zu optimieren. Zentrale Vorhersage dieser Hypothese ist, dass mPFC-NAc Interaktionen nur transient auftreten und zwar direkt nach einer Regeländerung, wenn kognitive Flexibilität wichtig ist, aber die Ratte die neue Regel noch nicht gelernt hat. Koordiniertes Feuerverhalten von neuronalen Ensembles in beiden Hirnregionen soll untersucht werden, um Interaktionen zwischen NAc und mPFC zu identifizieren. Wir werden untersuchen, ob neuronale Oszillationen das Auftreten von mPFC-NAc Ensembles zeitlich organisieren. Stimuli, die das Auftreten von Belohnungen anzeigen, triggern Dopamintransienten. Unsere zweite Hypothese besagt, dass Stimuli, die nach der Regeländerung keinen prädiktiven Wert mehr haben, auch keine Dopamintransienten mehr auslösen werden. Um diese Hypothese zu untersuchen, werden wir zunächst das phasische Dopaminsignal im NAc während der Regeländerung messen und die zeitliche Beziehung zur Verhaltensantwort und den neuronalen Signalen im NAc untersuchen. Wenn Stimulus-assoziierte Dopamintransienten nach der Regeländerung jedoch künstlich generiert und damit aufrechterhalten werden, sollte die Ratte weiterhin der alten Regel folgen oder zumindest das Lernen der neuen Regel verzögert erfolgen. Diese Vorhersage werden wir mittels optogenetischer Stimulation dopaminerger Neurone testen. Künstliche Dopamintransienten sollten ebenfalls mPFC-NAc Interaktionen unterdrücken. Zusammenfassend soll dieses Projekt die Beziehung von neuronalen Repräsentationen im NAc zur flexiblen Anpassung von Verhaltensregeln und deren Modulation durch Dopamintransienten untersuchen. Ergebnisse dieser Experimente könnten auch Ansatzpunkte für das Verständnis von neuropsychiatrischen Krankheitsbildern liefern, die mit Defiziten in der kognitiven Flexibilität einhergehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen