Ventral striatal processing of prefrontal inputs and phasic dopamine during rule switching
Final Report Abstract
Die ursprünglichen Projektziele mussten aufgrund unerwarteter Ergebnisse korrigiert werden. Trotzdem ergaben sich hierdurch zwei interessante Befunde. Obwohl das Regellernen an sich in der ursprünglich benutzten Aufgabe nicht DA-abhängig zu sein scheint, wird die Performanz dennoch durch einen DA-abhängigen Phänotyp („sign tracker“) beeinflusst und auch andere Exekutivfunktionen sind in diesen Ratten verändert. Dies ist aus translationaler Sicht interessant, da dieser Verhaltensphänotyp mit einer erhöhten Anfälligkeit für Störungen der Impulskontrolle einhergeht und auch bei Menschen vorzukommen scheint. Zweitens konnten wir eine wichtige Limitation einer sehr populären chemogenetischen Methode identifizieren, die eine Neuinterpretation zahlreicher früherer Befunde erforderlich macht und Auswirkungen auf deren zukünftige Anwendung haben kann. Dies ist auch deshalb relevant, da aktuell kontrovers diskutiert wird, mit welcher Methode am besten die Notwendigkeit einer Hirnregion (oder einer monosynaptischen Projektion) für ein bestimmtes Verhalten gezeigt werden kann. Im Rahmen des neuen Projektfokus versuchten wir die Frage zu beantworten, wie Tiere Regeln lernen und mit welchen neuronalen Prozessen dies einhergeht. Frühere Ansätze waren nicht in der Lage, plötzliche Performanzänderungen zu erklären. Mittels dreier unabhängiger Datenquellen (Antwortverhalten der Ratte, Bewegungsmuster, Feuerverhalten präfrontaler Neurone) konnten wir zeigen, dass Ratten bestimmte Verhaltensstrategien anwenden, um zu testen, welche Aspekte der Aufgabenstruktur (Töne, Lichter, Seiten etc.) für die belohnte Regel relevant sind. Für die Aufklärung neurobiologischer Prozesse hat dieses neue Nagermodell ein hohes Potential, da kognitive Flexibilität deutlich besser operationalisiert und auf der Ebene einzelner trials untersucht werden kann. Die Anwendung dieser Verhaltensstrategien erscheint besonders in realistischen (d.h. multisensorischen) Umgebungen adaptiv, da hier die Kombination der auftretenden Umweltreize exponentiell ansteigt und es den Lernprozess extrem verlangsamen würde, wenn für jede Kombination die korrekte Entscheidung separat gefunden werden müsste. Ein zusätzlicher Aspekt dieser Arbeit ist, dass plötzliche Änderungen in der Feuerrate präfrontaler Neurone sehr prominent sind, ihre Rolle für das Verhalten jedoch bisher unklar war. Hier konnte eine enge Beziehung zu bestimmten strategie-assoziierten Bewegungsmustern gefunden werden. Dies wird die Aufklärung der zugrundeliegenden computationalen Prozesse in Zukunft erleichtern. Zudem haben diese Beobachtungen möglicherweise eine translationale Bedeutung, da ebenfalls unklar ist, wie Menschen Regeln lernen und eingeschränkte kognitive Flexibilität ein Kennzeichen vieler neuropsychiatrischer Erkrankungen ist.
Publications
- (2018) Behavioral Effects of Acute Systemic Low-Dose Clozapine in Wild-Type Rats: Implications for the Use of DREADDs in Behavioral Neuroscience. Front Behav Neurosci 12:173
Ilg A-K, Enkel T, Bartsch D, Bähner F
(See online at https://doi.org/10.3389/fnbeh.2018.00173) - (2019) Sign- and goal-tracking rats show differences in various executive functions. Behav Brain Res 371:111979
Enkel T, Bartsch D, Bähner F
(See online at https://doi.org/10.1016/j.bbr.2019.111979)
