Die Rolle von Interneuronen in der Plastizität von sensorischen Representationen während Belohnungs-basierten Lernens

• Antragstellerin: Dr. Katharina Anna Wilmes
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398005926

Menschen lernen schnell welches ihrer Verhalten belohnt wird. Wie wirkt sich dabei die Belohnung auf die Lernprozesse im Gehirn aus? Lernen findet auf der Ebene von Verbindungen (Synapsen) zwischen Nervenzellen statt. Seit Kurzem ermöglichen optogenetische Techniken die Messung und Kontrolle von speziellen Zelltypen in Mäusen während des Verhaltens. In solchen Experimenten wurden kürzlich neuronale Schaltkreise in sensorischen Hirnarealen entdeckt, die von Belohnungen beeinflusst werden. Diese Schaltkreise bestehen aus den erregenden Hauptnervenzellen und sogenannten Interneuronen. Bisher hat sich die Erforschung von Lernen auf die Hauptzellen und die Veränderung ihrer Synapsen (synaptische Plastizität) konzentriert. Es wurde jedoch gezeigt, dass Interneurone eine wichtige Rolle für das Lernen spielen, dass ihre Synapsen auch plastisch sind und dass sie zudem Signale vom Vorderhirn empfangen, welches Belohnungen verarbeitet. Wir wissen noch zu wenig über die Interneuronen-Schaltkreise, da experimentelle Studien immer nur eine begrenzte Anzahl von Momentaufnahmen der Schaltkreise machen können. Daher ist noch unbekannt, wie sich neuronale Schaltkreise (inklusive der Interneurone) während des Lernens verändern, und wie das Belohnungssignal diese Veränderungen beeinflusst. Mein Forschungsvorhaben soll diese Wissenslücke mit einem theoretischen Ansatz schließen, der es ermöglicht, komplexe Interaktionen zwischen den Schaltkreiskomponenten zu verstehen. Ich werde sowohl mit reduzierten als auch mit biologisch plausibleren Schaltkreismodellen die modulatorische Effekte des Belohnungssignals (Top-down-Signal) auf drei Aspekte dieser Schaltkreise untersuchen: (1) die Veränderung erregender Synapsen, (2) die Veränderungen im Interneuron-Netzwerk, und (3) die Interaktion des Interneuron-Netzwerks mit der Plastizität erregender Synapsen. Das beschriebene Forschungsvorhaben wird neue Einblicke in zelluläre und Schaltkreis-Mechanismen liefern, mithilfe derer verhaltensrelevante Top-down-Signale im Gehirn das Lernen beeinflussen, und somit zu unserem Verständnis von Lernen und damit verbundenen Pathologien beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Claudia Clopath