Die Rolle von Kleinhirnnetzwerken bei Verhaltensanpassungen im Zebrabärbling
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Kleinhirn ist eine Hirnregion, die sich durch relativ einfache, zwischen Wirbeltieren weitgehend konservierte Schaltkreise auszeichnet, die an einer Vielzahl von Aufgaben beteiligt sind. Vor allem wurde das Kleinhirn im Zusammenhang mit der Kontrolle des motorischen Verhaltens untersucht. Klassische Theorien gehen davon aus, dass die Koordination motorischer Reaktionen sowie das Erlernen neuer Reaktionen entscheidend von der Integration sensorischer und motorischer Signale auf der Ebene der Purkinje-Zellen abhängt. Purkinje-Zellen stellen den Hauptausgang der Kleinhirnrinde dar und erhalten Informationen aus zwei verschiedenen Eingangssystemen. Auf der einen Seite erhält jede Purkinje-Zelle mit den Parallelfasern Projektionen von Tausenden von Körnerzellen, die die „simple spike“-Raten der Zelle modulieren. Auf der anderen Seite bildet die Kellerfaser aus je einem Neuron der inferioren Olive eine einzelne, starke Synapse, die einen „complex spike“ auslöst. Es wird angenommen, dass die Kleinhirnrinde durch die Integration beider Eingänge die internen Modelle für die motorische Kontrolle kodiert, die eine motorische Anpassung ermöglichen. Ziel des vorliegenden Projekts war es, die Aktivität der verschiedenen Kleinhirnpopulationen bei sensomotorischen Verhaltensweisen in Zebrafischen zu charakterisieren, um die die Informationsverarbeitung über den olivozerebellären Schaltkreis und deren Beitrag zur motorischen Anpassung nachvollziehen zu können. Unsere Ergebnisse stützen die klassischen Theorien über die Funktion des Kleinhirns. Wir zeigen, dass beide Eingänge qualitativ unterschiedliche Informationen übermitteln, die für die Steuerung des zerebellaren Lernens auf der Ebene der Purkinje-Zellen erforderlich sind (Projekt 4). Weiterhin können wir nachweisen, dass Purkinje-Zellen in Subpopulationen mit unterschiedlichen funktionellen und morphologischen Eigenschaften eingeteilt werden können. Diese Beobachtung deckt sich mit Studien in Säugetieren, die verschiedene funktionelle Module für sensomotorische Verhaltensweisen beschreiben (Projekt 1). Darüber hinaus zeigen wir, wie diese funktionellen Gruppen zumindest teilweise durch die Projektionsmuster verschiedener Populationen innerhalb der unteren Olive entstehen (Projekt 2). Schließlich demonstrieren wir die Rolle des Kleinhirns des Zebrafisches als neuronales Substrat für interne Modelle der motorischen Kontrolle. Zwar kann die akute Modulation des motorischen Verhaltens als Reaktion auf Reafferenzstörungen durch Rückkopplungsschleifen realisiert werden, aber die Fähigkeit, sich an langanhaltende Störungen anzupassen, hängt vom Kleinhirn ab. (Projekt 3). Insgesamt vertiefen diese Ergebnisse unser Verständnis der sensorischen Informationen, die im olivozerebellären Schaltkreis kodiert werden, und liefern wertvolle Erkenntnisse darüber, wie die Integration dieser Informationen das Verhalten der Tiere moduliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Motor context dominates output from purkinje cell functional regions during reflexive visuomotor behaviours. eLife, 8.
Knogler, Laura D.; Kist, Andreas M. & Portugues, Ruben
-
A cerebellar internal model calibrates a feedback controller involved in sensorimotor control. Nature Communications, 12(1).
Markov, Daniil A.; Petrucco, Luigi; Kist, Andreas M. & Portugues, Ruben
-
Comparing the Representation of a Simple Visual Stimulus across the Cerebellar Network. eneuro, 11(7), ENEURO.0023-24.2024.
Prat, Ot; Petrucco, Luigi; Štih, Vilim & Portugues, Ruben
-
Structural and functional organization of visual responses in the inferior olive of larval zebrafish. The Journal of Neuroscience, e2352212023.
Félix, Rita; Markov, Daniil A.; Renninger, Sabine L.; Tomás, Ana Raquel; Laborde, Alexandre; Carey, Megan R.; Orger, Michael B. & Portugues, Ruben
