Schaltkreise kortiko-kortikaler Interaktionen für die visuelle Signalverarbeitung

• Antragstellerin: Dr. Julia Veit
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423175063

Jedes Objekt, das wir sehen wird im Gehirn von vielen Arealen im visuellen Kortex gleichzeitig verarbeitet. Sehen wir z.B. einen Vogel vorbeifliegen, werden die Farben des Gefieders, die Form des Schnabels und die Flugrichtung alle in unterschiedlichen Arealen verarbeitet. Jedes dieser Areale extrahiert dabei bestimmte visuelle Merkmale und leitet die Ergebnisse der lokalen Berechnungen an nachfolgende Gebiete weiter. Die verschiedenen visuellen Areale sind dabei grob hierarchisch angeordnet, kommunizieren aber in beide Richtungen.In den letzten Jahren konnten wir mithilfe neuartiger, zelltyp-spezifischer Methoden unser Verständnis der Schaltkreise, die für die Extrahierung bestimmter Merkmale in einzelnen Regionen verantwortlich sind, deutlich vergrößern. Um visuelle Signalverarbeitung und Wahrnehmung aber wirklich zu verstehen, fehlt uns noch ein ähnlich detailliertes Verständnis der Interaktionen zwischen den Arealen. In meiner Forschungsgruppe werden wir einige dieser grundlegenden Fragen mithilfe von neusten Ableitungstechniken und optogenetischen Werkzeugen angehen. Die zwei Hauptziele des Forschungsvorhabens sind dabei 1) zu verstehen wie rhythmische Aktivität von Zellen zur Signalübertragung zwischen verschiedenen Arealen beitragen kann und 2) die Rolle von Feedbacksignalen für die visuelle Signalverarbeitung und Wahrnehmung zu verstehen. Wir werden hierfür Mäuse als Modellsystem verwenden, weil nur diese Zugang zu vielen mächtigen optogenetischen Werkzeugen erlauben. So werden wir z.B. verschiedene Typen von Interneuronen manipulieren, die die Synchronie einer neuronalen Population kontrollieren um zu verstehen, wie das die Aktivität von nachfolgenden Gebieten beeinflusst. Wenn man Optogenetik mit retrograden Markierungen von Neuronen kombiniert, kann man gezielt Neurone die bestimmte Areale verbinden millisekundengenau Aktivieren oder Hemmen. Dies werden wir ausnutzen um die Rolle von kortikalem Feedback bei der Wahrnehmung von Figur-Grund-Stimuli zu erforschen. Dafür werden wir Mäuse auf eine Figurdetektionsaufgabe trainieren, um die neuronale Aktivität spezieller Zelltypen mit dem Verhalten der Maus abgleichen zu können und zu prüfen, ob die Hemmung von Feedbackneuronen die Wahrnehmung dieser Stimuli beeinträchtigen kann. Um die neuronale Aktivität auszulesen, werden wir elektrophysiologische Ableitungen mit einer neuartigen Elektrode mit hunderten, sehr dicht gepackten Kontakten durchführen. Diese sogenannten Neuropixels-Probes erlauben die gleichzeitige Ableitung von hunderten von einzelnen Neuronen in allen kortikalen Schichten. Parallele Ableitungen mehrerer verschiedener Areale werden dabei die Beobachtung der Synchronisierung zwischen den Gebieten ermöglichen und wie diese sich gegenseitig beeinflussen.Insgesamt wird meine Gruppe die Interaktionen zwischen verschiedenen visuellen kortikalen Regionen erforschen um ein besseres Verständnis von verteilter visueller Signalverarbeitung und visueller Wahrnehmung zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen