Die Rolle des Hippocampus in Dopamin Vorhersagefehler kodierung

• Antragsteller: Dr. Kauê Machado Costa, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419309165

Meine Forschungsfragen beziehen sich insbesondere auf die funktionelle Bedeutung dopaminerger (DA) Neurone im Mittelhirn. Eine weitgehend anerkannte Theorie besagt, dass DA Neurone einen Belohnungserwartungsfehler (Reward prediction error, RPE) kodieren, welcher als Lernsignal im Rahmen von Belohnungs-Lernen fungiert. Allerdings beschreibt diese Art von Lernen lediglich einen kleinen Bereich der gesamten Lernfähigkeit von Tieren und es ist bekannt, dass Dopamin ebenfalls andere Lernprozesse unterstützt, die über das genannte Modell hinausgehen. Vor Kurzem wurde berichtet, dass DA Neurone auch Vorhersagefehler in Bezug auf sensorische Qualitäten kodieren, allerdings wurden die zugrunde-liegenden Netzwerke nicht identifiziert. Ich möchte diese Frage aufgreifen und untersuchen, inwieweit der Hippocampus (HPC) zu Dopamin-vermittelten RPEs, aber auch Sinneserwartungsfehlern (sensory prediction errors, SPE), beitrage.Der Hippocampus (HPC) kann in den dorsalen Hippocampus (dHPC), der mit Gedächtnisinhalten assoziiert ist, und in den ventralen Hippocampus (vHPC), der mit Motivationskontrolle zusammenhängt, unterteilt werden. Ich postuliere, dass die funktionellen Untergruppen unterschiedliche Rollen bei der Kodierung von RPEs und SPEs einnehmen. Die zwei unterschiedlichen Formen der Erwartungsfehler werden differenziert in Ratten untersucht, die eine Entscheidungsaufgabe durchführen, in der die Menge und sensorische Identität der Belohnung in Versuchsblöcken unabhängig manipuliert werden können. Blöcke, in der die Menge der Belohnungen verändert werden, erlauben die Messung von RPEs. Wird dagegen die Identität der Belohnung variiert, können SPEs untersucht werden. Während die Tiere ihre Aufgabe durchführen, werde ich die Aktivität von DA Neurone messen und simultan entweder den dHPC oder vHPC mit optogenetischer Methoden inaktivieren. Zurzeit wird angenommen, dass Sinnes- bzw. Wertinformationen, die entweder einen RPE oder SPE signalisieren, in der Informationsverarbeitung des Gehirns voneinander zu trennen sind. Dieser Hypothese folgend erwarte ich bei Inhibition des dHPCs, welches für die Speicherung von spezifischen Gedächtnisinhalten zuständig ist, eine Einschränkung der Dopamin vermittelten SPE. Entsprechend erwarte ich eine Einschränkung des RPEs bei Inaktivierung des vHPC, welches Motivationen und somit Belohnungsbewertungen reguliert. Allerdings ist zu beachten, dass mehrere Hypothesen zur hippocampalen Funktion, sowie zu den Mechanismen der Berechnung von Vorhersagefehler vorhanden sind. Unter anderem wurde vorgeschlagen, RPEs als eine spezielle Form der SPEs anzusehen. Das beschriebene experimentelle Vorgehen ermöglicht folglich, zwischen konkurrierenden Hypothesen zu unterscheiden und somit Aufschluss über den Grad der gegenseitigen Abhängigkeit klassischer und untypischer Dopamin-Lernsignale zu geben. Dies verspricht ein verbessertes Verständnis der Informationsverarbeitung auf Netzwerk-Ebene für grundlegende neuronale Lernmechanismen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Dr. Geoffrey Schoenbaum