Schlaf- und Gedächtniskonsolidierung während des Gesangslernens bei Singvögeln

• Antragstellerin: Janie Ondracek, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398944616

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Funktionen des Schlafs sind auch nach jahrzehntelangen Studien noch immer unklar. Zwar gibt es viele Hypothesen, aber keine finale Erklärung. Eine der interessantesten ist, dass Schlaf eine Rolle bei der Konsolidierung neuer Erinnerungen spielt. Das Gesangslernen der Singvögel ist eines der wenigen angeborenen Lernverhalten, das verwendet werden kann, um die Auswirkungen des Schlafes auf Lernen und Gedächtnis direkt zu testen. Wenn ein Jungvogel Singen lernt, muss er eine komplexe Gedächtnisleistung erbringen. Dies umfasst die Bildung von auditiven Erinnerungen, Sequenzen von motorischen Leistungen, und Repräsentationen von erlernten Vokalisationen. Durch das Verständnis, wie Gesangslernen mit der Gehirnaktivität während des Schlafes zusammenhängt, können wir die Verbindung zwischen Schlaf, Lernen und die Konsolidierung der Erinnerungen aufzeigen. Das Hauptziel dieses Projekts ("Schlaf- und Gedächtniskonsolidierung während des Gesangslernens bei Singvögeln") bestand darin, die Gehirnaktivität bei Singvögel während des Schlafs zu untersuchen mit dem Fokus auf der Funktion des Schlafes bei der Gedächtnisbildung. Um die Hirnaktivität während des Schlafs bei aktiv lernenden Jungvögeln zu untersuchen, haben wir schlafbezogene Signale aus dem Gehirn von jungen Singvögeln aufgenommen. Wir haben festgestellt, dass es subtile Unterschiede in der Struktur des juvenile Schlafs im Vergleich zum Schlaf von Erwachsenen gibt. Jungvögel durchliefen im Vergleich zu Erwachsenen weniger Übergänge zwischen den Schlafphasen. Die Niederfrequenten-Aktivität des Schlafsignals in der Gruppe der Jungvögel war signifikant größer als bei den Erwachsenen. Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen Erwachsenen und Jugendlichen bezüglich der Zeit, die in den verschiedenen Schlafphasen verbracht wurde. Während des Schlafs zeichneten wir auch Aktivitäten mit großer Amplitude auf (Sharp Wave-Ripples, SWR), die mehrere Eigenschaften aufweisen (z.B ihrer räumlichen Verteilung und ihrer Rolle bei der Erzeugung von Sequenzen neuronaler Aktivierung während des Schlafs), die wahrscheinlich die Gedächtniskonsolidierung im Vogelgehirn erleichtern. Diese Ergebnisse zeigen einen Mechanismus der Gedächtniskonsolidierung im Vogelgehirn auf. Schließlich haben wir die schlafende Hirnaktivität von Jungvögeln aufgezeichnet, die aktiv einen Gesang lernen. Wir habe es vor, die Hirnaktivität während des Slow-Wave-Schlafs und des REM-Schlafs mit der Gesangsleistung im Wachzustand zu korrelieren und den Verlauf des Lernprozesses zu untersuchen, indem wir die ersten Gesänge des Jungvogels mit seinen letzten kristallisierten Gesängen vergleichen. Insgesamt haben diese Experimente einen besseren Einblick in die lebenswichtigen Funktionen des Schlafs und seine Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung ermöglicht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Hippocampal-like network dynamics underlie avian sharp wave-ripples. Cold Spring Harbor Laboratory.
  Yeganegi, Hamed; Luksch, Harald & Ondracek, Janie M.
  
• Sleep and memory consolidation in songbird” NEURO DoWo 30th conference, 28-31 August, 2019, Würzburg, Germany.
  Hamed Yeganegi
  
• “Avian sharp wave-ripples reveal link to ancestral sleep circuits.” Neuroscience Abstract; Program No. 331.17. 2019. San Diego, CA, USA.
  Janie Ondracek
  
• Highly correlated network dynamics underlie sharp wave-ripple activity in sleeping zebra finches, 14th Göttingen Meeting of German Society of Neuroscience, 22 March 2021, Online.
  Janie Ondracek
  
• “Compartmentalization of brain activity during sleep in an avian brain” 113th Annual Meeting of the German Zoological Society, 30 August-3 September 2021, Online.
  Hamed Yeganegi
  
• “Compartmentalization of brain activity during sleep in zebra finches” 14th Göttingen Meeting of German Society of Neuroscience, 22 March 2021, Online.
  Hamed Yeganegi
  
• Multi-channel recordings reveal age-related differences in the sleep of juvenile and adult zebra finches. Cold Spring Harbor Laboratory.
  Yeganegi, Hamed & Ondracek, Janie M.
  
• “Mammalian-like developmental changes are present in the neural signatures of avian sleep” 114th Annual Meeting of the German Zoological Society, 12-16 September 2022, Bonn, Germany.
  Hamed Yeganegi
  
• “Sleep structure in juvenile and adult zebra finches: broad differences in EEG oscillations and functional connectivity” FENS Forum 2022, 9-13 July 2022, Paris, France.
  Hamed Yeganegi