Oszillatorische Netzwerkaktivität im Akzessorischen Olfaktorischen System: Mechanismen und Funktionale Bedeutung II

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Spehr
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 378028035

Für Säugetiere sind die chemischen Sinne eine essenzielle sensorische Modalität. Ihre Bedeutung wird durch die Präsenz mehrerer chemosensorischer Subsysteme unterstrichen. Innerhalb dieser Subsysteme hat sich das vomeronasale System (VNS) entwickelt, um Signale zu verarbeiten, die mit sozialem Verhalten in Zusammenhang stehen. Die erste zentralnervöse Schaltstelle des VNS ist der akzessorische olfaktorische Bulbus (AOB). Obwohl der AOB grobe Ähnlichkeiten mit seinem Pendant im konventionellen Riechsystem aufweist, gibt es große Unterschiede zwischen beiden Strukturen. Mehrere Alleinstellungsmerkmale betreffen dabei die zeitliche Dimension der Signalverarbeitung. Insbesondere die Reizaufnahme, die sensorische Verarbeitung und die zeitliche Skala, auf nachgeschaltete Zielregionen arbeiten, sind im Vergleich zu anderen sensorischen Modalitäten deutlich langsamer. Anders als im hauptolfaktorischen System, in dem neuronale Aktivität eng mit der Atmung gekoppelt ist, sind die vomeronasalen Neuronen vom Atemzyklus isoliert. Trotz des Fehlens direkt atmungsabhängiger sensorische Eingänge spielt die zeitliche Dimension, insbesondere neuronale oszillatorische Aktivität, eine zentrale Rolle in der Physiologie des VNS. Unsere Forschungsarbeit konzentriert sich auf zwei Phänomene, die darauf hindeuten, dass Oszillationen ein integrales Merkmal der VNS-Funktion sind. Beide betreffen AOB Mitralzellen (AMCs), die eine Schlüsselfunktion in der Informationsverarbeitung des VNS darstellen. AMCs erhalten Informationen von sensorischen Neuronen im Vomeronasalorgan und leiten diese an limbische Regionen, u.a. die Amygdala weiter. Das erste, zentrale Phänomen sind langsame spontane Oszillationen (ISSOs), die wir zunächst in Gehirnschnitten und später in anästhesierten, wie auch in wachen Mäusen beschreiben konnten. Bei dem zweiten Phänomen handelt es sich um lokale Feldpotenzialoszillationen, die nach sensorischer Stimulation auftreten (SILOs). Die Bedeutung von ISSOs und SILOs liegt in ihrer Fähigkeit, die Aktivität von AMC-Ensembles zeitlich zu organisieren und so Repräsentationen sozialer und anderer chemosensorischer Reize zu formen. In der ersten Phase unseres Projektes haben wir eine detaillierte phänomenologische Beschreibung von ISSOs und SILOs erarbeitet und begonnen, die zugrunde liegenden Mechanismen zu erforschen. Im vorliegenden Antrag bauen wir darauf auf, um (i) aufzuzeigen, wie Oszillationen in verschiedenen Verhaltenskontexten moduliert werden, (ii) unser Verständnis der Mechanismen zu vertiefen und, insbesondere, (iii) Auswirkungen auf limbische Hirnareale zu untersuchen. Aus allgemeiner Perspektive betrachtet, wird unsere Forschungsarbeit nicht nur die Mechanismen chemosensorischer Signalverarbeitung im sozialen Kontext aufklären, sondern auch ein allgemein besseres Verständnis für die Rollen von zeitlicher Kodierung und von Netzwerk-Oszillationen in der neuronalen Informationsverarbeitung erbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Yoram Ben-Shaul