Entwicklung, Plastizitäz und Aufbau von Ensembles aus AcD-Zellen im Hippocampus

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Both; Dr. Maren Engelhardt
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427956063

Der Hippocampus ist maßgeblich an der Ausbildung von episodischem und semantischem Gedächtnis beteiligt. Dabei generiert er verschiedene Netzwerkoszillationen während denen ausgewählte Gruppen von Neuronen – sog. funktionelle Ensembles - spezifisch aktiviert werden. Die Aktivierung der Neurone folgt dabei folgendem Prinzip: An den Dendriten entstehen erregende Potentialschwankungen, ausgelöst durch präsynaptische Neurone, die für sich alleine kein Ausgangssignal in Form eines Aktionspotentials (AP) erzeugen können. Am Soma werden diese Potentiale integriert und zum Axon weitergeleitet, das am Soma entspringt. Am Axonursprung befindet sich das Initialsegment, das besonders erregbar ist und das AP auslöst. Bei diesem Prozess kann an verschiedenen Stellen des Verarbeitungswegs die Integration der erregenden Potentiale durch hemmende Potentiale moduliert werden. Der Hemmung der somatischen Region wird dabei eine Schlüsselrolle zugesprochen, da dort alle Eingangssignale zusammenlaufen. Kürzlich konnten wir zeigen, dass in ca. 50% der Prinzipalneurone das Axon nicht am Soma, sondern stattdessen direkt von einem Basaldendriten entspringt. Dieser spezielle Basaldendrit kann eingehende erregende Potentiale effektiver in APs umwandeln, als die anderen Dendriten. Zusätzlich hat aber diese morphologische Besonderheit auf Ebene des neuronalen Netzwerks möglicherweise noch eine weitere Konsequenz: Die erregenden Eingänge des axon-tragenden Dendriten können durch Umgehung der perisomatischen Hemmung auch weiterhin APs auslösen, während andere Eingangssignale stark abgeschwächt werden.Diese Hypothese konnten wir in einem in vitro Modell einer Netzwerkoszillation bereits verifizieren. Nun wollen wir untersuchen, ob die morphologischen Unterschiede einzelner Neurone einen neuartigen und grundsätzlichen Mechanismus zulassen, der die Informationsverarbeitung und den Informationsfluss mithilfe von perisomatischer Hemmung kontrollieren kann. Dies ist relevant, da unterschiedliche Bewusstseinszustände, wie das Abrufen von Gedächtnisinhalten, mit unterschiedlichen Hirnrhythmen einhergehen, die unterschiedlich starke Hemmung rekrutieren. In diesem Kontext ist es auch erforderlich zu verstehen, wie und wann die unterschiedlichen Morphologien der Neurone gebildet werden (z.B. durch ein genetisches Programm oder durch die Hirnaktivität als selbstbildendes und regulierendes System). Als dritten Punkt wollen wir untersuchen, ob die morphologisch variablen Neurone unterschiedlich im Netzwerk integriert sind. Haben sie andere präsynaptische Partner oder postsynaptische Ziele? Ist ihre lokale Verschaltung, insbesondere mit hemmenden Neuronen, unterschiedlich?Zusammenfassend wollen wir untersuchen, wie zelluläre Mechanismen und Morphologien dazu beitragen, funktionelle Ensembles abhängig vom Bewusstseinszustand gesteuert werden. Dabei könnten die Neurone, bei denen das Axon von einem Basaldendriten entspringt, eine privilegierte Gruppe mit bisher unerkannter Rolle darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen