Der Einfluß von serotonergen Signalen auf die visuelle und visuomotorische kortikale Prozessierung

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Herlitze; Professor Dr. Dirk Jancke
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372419977

Visuelle Wahrnehmung und ihre Kopplung an motorische Verarbeitungsprozesse sind essentiell nutzbare Steuerungsgrößen zur präzisen Ausführung motorischer Handlungen. Wahrnehmung und Motorik werden zudem durch emotionale Faktoren wie Motivation, Ärger, Furcht oder Aufmerksamkeit beeinflusst. Serotonin wurde als ein wichtiger Transmitter identifiziert, der emotionale Kontexte und Verhalten moduliert, und seine Wirkung im Besonderen über G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) vermittelt. Serotonerge Projektionsneurone modulieren neuronale Aktivität bereits auf den ersten Stufen kortikaler Informationsverarbeitung in primären sensorischen und motorischen Arealen. Die Wirkung von Serotonin auf Aktivitätsdynamiken in frühen visuellen Arealen ist allerdings bislang unbekannt. Zudem sind kontextabhängige Wechselwirkungen in visuellen Kortexarealen, als auch deren Einfluss auf motorische Ausgangssignale über weitreichende inter-areale Verbindungen bislang nur wenig verstanden. Mit diesem Antrag wollen wir den Einfluss serotonerger Modulation auf visuelle und visuomotorische Informationsverarbeitung untersuchen und verstehen, welche serotonergen Signalwege involviert sind. Im Besonderen sind wir daran interessiert darzustellen, inwieweit Serotonin lokale intra-areale Prozesse beeinflusst und wie dies zur Modulation inter-arealer Netzwerke beiträgt. Wir werden hierfür optogenetische Werkzeuge anwenden, um Serotoninausschüttung und verschiedene serotonerge Signalwege in anästhesierten, wachen, und sich verhaltenen (kopffixierten) Mäusen zu kontrollieren. Zusätzlich werden wir Einzelzellableitungen in Hirnschnitten durchführen, um mit unseren Untersuchungen verschiedene Komplexitätsebenen neuronaler Netzwerke abzudecken. Um weitreichende kortikale Aktivitäten des Gesamtnetzwerkes innerhalb kortikaler Areale und über verschiedene Areale hinweg in ausreichend hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung abbilden zu können, verwenden wir als Hauptmethode Optical Imaging mittels spannungs- und Ca2+-sensitiver fluoreszenter Sensoren. Wir werden diese Techniken anwenden, um Änderungen von Netzwerkaktivitäten während visueller Reizung oder visuomotorischer Aktivitäten (hier einfaches Laufen bei gleichzeitiger Darbietung visueller Bewegungsinformation) unter spezifischer Kontrolle serotonerger Signale zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis serotonerger Modulation visueller und visuomotorischer Gehirnprozesse und deren Einfluss auf die Koordination von Bewegung führen. Um diese aufwendigen Experimente durchzuführen, wollen wir unsere Expertisen in Optogenetik und in vivo Ableitungen in Tiermodellen im hier beantragten gemeinsamen Projekt integrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen