Neuronale Mechanismen kortiko-subkortikaler Kommunikation im Säugergehirn
Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Diese Zusammenfassung bezieht sich auf ein Heisenbergstipendium im Förderzeitraum 01.09.2017 bis zum 31.07.2018. Das Stipendium unterstützte ein Forschungsprogramm im Bereich Neurowissenschaften. Ausgangsfrage war, wie neuronale Informationen aus der Großhirnrinde in subkortikale Zielnetzwerke übertragen werden und welche Gehirnfunktionen daraus entstehen. Im Mittelpunkt standen dabei sogenannte Riesensynapsen, die aufgrund ihrer synaptischen Eigenschaften eine überaus robuste Signalübertragung gewährleisten. Zunächst wurden die Verbindungen zwischen dem somatosensorischen Kortex und seinen subkortikalen Zielnetzwerken anatomisch anhand einer dreidimensionalen Projektionskarte charakterisiert. Ein zentrales Ergebnis war die Identifikation kortiko-subkortikaler Somatotopie (Fortführung der Nachbarschaftsbeziehungen), welche kortikale Körperrepräsentationen über Schicht 5 in den Thalamus und andere subkortikale Zielareale projiziert. So konnten wir eine bis dato unbekannte Tasthaarkarte („whisker map“) im Thalamuskernen höherer Ordnung („higher order thalamus“) rekonstruieren, die ihren Ursprung im Kortex hat (Sumser et al. 2017 PNAS). Für die Funktionsuntersuchungen dieser kortikalen Ausgangsbahnen am sich verhaltenden Tier wurden entsprechende Mess- und Interventionstechniken sowie Analysemethoden für Netzwerkaktivität und Verhalten etabliert. Mithilfe dieser Techniken untersuchen wir derzeit Funktionen verschiedener kortikale Ausgangsbahnen auf synaptischer Ebene und im Verhaltenskontext. Wie ursprünglich geplant, untersuchen wir kortikale Riesensynapsen im Superior Colliculus auf synaptischer Ebene (in vitro) und parallel in einem neuen Verhaltensparadigma bei dem sensorische Stimuli (Tasthaarstimulation) in motorische Antworten (orientierende Tasthaar- und Nasenbewegungen) übersetzt werden. Neun Monate nach Aufnahme des Heisenbergstipendiums erhielt ich einen Ruf auf die am Institut für Physiologie und Pathophysiologie der Universität Heidelberg ausgeschriebene Professur für Medizinische Biophysik. Mit Antritt der Professur im August 2018 endete mein Heisenbergstipendium nach 11 Monaten und ich zog in das Institut für Physiologie und Pathophysiologie. Abschließend lässt sich festhalten, dass das Heisenbergprogramm für meine wissenschaftliche und berufliche Entwicklung von herausragender Bedeutung war.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Organization and Somatotopy of Corticothalamic Projections from L5B in Mouse Barrel Cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Vol. 114. 2017, no. 33, pp. 8853–8858.
Sumser, Anton, Rebecca A. Mease, Bert Sakmann, Alexander Groh.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1073/pnas.1704302114) - Multiplexed Spike Coding and Adaptation in the Thalamus. Cell Reports, Vol. 19. 2017, Issue 6, pp. 1130-1140.
Mease, Rebecca A., Thomas Kuner, Adrienne L. Fairhall, Alexander Groh
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.04.050)
