Thalamische Kontrolle der neuronalen Aktivität im motorischen Kortex bei komplexen Bewegungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia Schiemann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277905506

Die Fähigkeit präzise, zielgerichtete Bewegungen auszuführen ist entscheidend für fast alle Aspekte unseres Lebens. Aber wie spielen verschiedene Gehirnareale zusammen, um koordinierte Körperbewegungen zu generieren? Der primär motorische Kortex (M1) und der Motorthalamus nehmen eine Schlüsselrolle bei der Planung, Initiierung und Ausführung komplexer Bewegungen ein. Der Motorthalamus dient als 'zentrale Schaltstelle' und vermittelt sensomotorische Informationen zwischen subkortikalen Strukturen - wie z. B. den Basalganglien, die den Motivationskontext für die Auswahl von Bewegungsprogrammen integrieren - und kortikalen Arealen, die direkt an der Steuerung von Muskelbewegungen beteiligt sind. Wie die Feuerungsmuster kortikaler und thalamischer Neurone mit motorischem Verhalten assoziiert sind, wurde bereits in früheren Studien gezeigt. Jedoch wissen wir derzeit sehr wenig über die zellulären Mechanismen, die afferente Eingänge des Motorthalamus in verhaltensrelevante Aktionspotentialfolgen des Motorkortex umsetzen. Wie steuern thalamische Eingänge motorkortikale Ausgangssignale? Insbesondere ist die Rolle des Basalganglien-Motorthalamus Netzwerkes für die Kontrolle neuronaler Aktivität in M1 und die Steuerung zielgerichteter, willkürlicher Motorik noch weitestgehend unbekannt. Die neuronale Signalverarbeitung und -weiterleitung im Basalganglien-Motorthalamus System aufzuklären, ist von höchster Relevanz, wenn wir die pathophysiologischen Mechanismen neurodegenerativer Erkrankungen, die dieses System betreffen (z.B. Morbus Parkinson), verstehen wollen. Ziel meines Forschungsprojektes ist es zu untersuchen, wie motorthalamische Eingänge die elektrische Aktivität (Membranpotentialoszillationen, Aktionspotentialfrequenzen und Feuerungsmuster) von Pyramidenzellen in der Ausgangsschicht des Motorkortex in Mäusen während der Ausführung einer erlernten Bewegung beeinflussen. Um diese zentralen Fragen zu beantworten, werde ich eine multidisziplinäre Strategie anwenden, in der ich modernste in vivo Patch-Clamp Elektrophysiologie und 2-Photonenmikroskopie in wachen Mäusen, quantitative Verhaltensparadigmen, virusbasierte sowie chemogenetische Inaktivierungsmethoden zur funktionellen Netzwerkanalyse kombinieren werde. Die Kombination von 'top-down' (Verhaltensparameter) und 'bottom-up' (Einzelzellelektrophysiologie und hochauflösende Mikroskopie) Anwendungen wird wichtige neue Erkenntnisse liefern, wie einzelne Pyramidenbahn-Neurone im Motorkortex bei erlernten Bewegungen thalamokortikale Informationen aus den Basalganglien kodieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Ian Duguid