In vivo Visualisierung der cholinergen Neuromodulation in Affen mittels Optogenetik und fMRI

• Antragsteller: Dr. Jose Daniel Zaldivar Perez, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392021668

Der Fokus dieses Projekts liegt auf der Untersuchung des cholinergen neuromodulatorischen Systems, das vom basalen Vorderhirn (BFB) ausgeht, sowie darauf, die intrinsischen Dynamiken und die funktionelle Rolle von Modulationen während sensorischer Stimulation und kognitiven Aufgaben zu verstehen. Obwohl bestimmte Eigenschaften cholinerger Neurone im BFB bereits im Detail studiert worden sind, einschließlich der groben Verteilung ihrer anatomischen Projektionen, sind ihre umfangreichen funktionellen Aufgaben weiterhin schlecht charakterisiert, insbesondere in Primaten. Diese Wissenslücke kann dem Mangel an experimentellen Techniken zugeschrieben werden, die (1) die Kartierung zelltyp-spezifischer anatomischer Projektionen und (2) die systematische Spezifizierung intrinsischer Dynamiken und räumlicher Verteilungen dieser Projektionen über verteilte Netzwerke im Gehirn, erlauben. Letztendlich erfordert ein tieferes Verständnis dieser neuronalen Projektionen, von denen angenommen wird, dass sie eine wichtige Rolle bei der Regulation von Gehirnzuständen, Aufmerksamkeit und kognitiver Verarbeitung spielen, Experimente, die selektiv bestimmte Bereiche neuronaler Schaltkreise eingehend untersuchen und manipulieren. Hier schlagen wir Experimente mit Makaken vor, die optogenetische Modulation von bestimmten neuronalen Populationen im BFB mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) des gesamten Gehirns und mit multiplen neurophysiolo¬gischen Ableitungen in verschiedenen Schichten des Kortex kombinieren. Diese Kombination von Methoden verspricht, Licht auf die funktionellen Beiträge dieser über weite Regionen des Gehirns projizierende Neurone des BFB zu werfen. Es ist entscheidend, diese Thematik in nichthumanen Primaten zu untersuchen, da der zelluläre Aufbau des BFB und des granulären präfrontalen Kortex in Affen dem des Menschen gleicht, während der von Nagern sich erheblich von dem des Menschen unterscheidet. Die Kombination aus selektiver Manipulation cholinerger Schaltkreise mit gezielten Messungen von Verhalten und Neurophysiologie und geeigneten rechnerischen, computergestützten Analysen wird uns erlauben, spezifische mechanistische Hypothesen darüber, wie das cholinerge System wichtige Aspekte menschlicher Wahrnehmung reguliert, zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. David A. Leopold, Ph.D.