Theta- und Atmung: Interaktion zwischen zwei verschiedenen Oszillationen in der zeitlichen Ordnung neuronaler Aktivität

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Draguhn
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426518848

Im Gehirn des Säugers bestimmen verschiedene Arten von Netzwerk-Oszillationen das zeitliche Verhalten der Aktivität von Neuronen. Die entstehenden raum-zeitlichen Muster gelten als elementare Repräsentationen kognitiver Akte wie Wahrnehmungen, Handlungen oder Erinnerungen. Es gibt viele verschiedene Arten solcher Oszillationen, die sich in Frequenz, neuronalen Mechanismen, räumlicher Ausdehnung und Zustands-/Verhaltensabhängigkeit unterscheiden. In vielen Fällen kommen mehrere Rhythmen gemeinsam vor, die dann komplexe Interaktionen ausbilden, z.B. in Form schneller Oszillationen, die durch darunter liegende langsame Schwingungen moduliert werden.Wir wollen eine kürzlich in der Maus entdeckte Interaktion zwischen zwei Rhythmen ähnlicher Frequenz untersuchen: Theta- (4 - 12 Hz) und atmungsabhängige Oszillationen (RR, 2 - 12 Hz). Wir und andere konnten zeigen, dass atmungsabhängige Rhythmen in zahlreichen neuronalen Netzwerken vorkommen, weit über die eigentliche Atmungssteuerung oder primär olfaktorische Areale hinaus. Vielfach überlagern sie sich mit den sehr ähnlichen Theta-Oszillationen, z.B. im parietalen und frontalen neocortex und um Hippocampus. Wir postulieren daher, dass hier ein autonom generierter Rhythmus (Theta) und ein auf sensorischen Rückkopplungen basierendes rhythmisches Signal (RR) im selben Netzwerk simultan die neuronale Aktivität regulieren. Wir wollen dieses interessante Modellsystem unter drei Fragestellungen analysieren:1. Wie beeinflussen Theta bzw. RR die multi-neuronalen Aktivitätsmuster in den betroffenen Netzwerken?2. Was sind die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen, und wie unterscheiden sich diese zwischen beiden Oszillationen?3. Inwieweit beeinflussen nicht-synaptische Feldpotential-Effekte die neuronalen Muster?Zur Lösung dieser Fragen werden verschiedene Methoden der Elektrophysiologie in vivo und in vitro eingesetzt, insbesondere Tetroden, Multielektroden, juxta- und intrazelluläre Ableitungen sowie innovative Auswertemethoden. Zur Stimulation von Aktivitätsmustern dienen u.A. optogenetische Methoden und externe Wechselspannungen in Hirnschnitt-Experimenten. Das Projekt soll neue Mechanismen komplexer Musterbildung in kortikalen Netzwerken aufzeigen, zugleich soll es klären, wie sensorische Rückkopplung (Atmung/Riechen) weit verteilte neuronale Netzwerkaktivität beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen