Einfluss von Kopfrichtungszellen auf path integration in Netzwerken von Gitterzellen

• Antragsteller: Dr. Kevin Allen
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428554989

Unsere Fähigkeit sich im Alltag räumlich zurechtzufinden und effizient fortzubewegen hängt von Nervenzellen im medialen entorhinalen Cortex ab. Innerhalb dieses Gehirnareals signalisieren Gitterzellen ein Abbild unserer aktuellen Position. Wenn wir uns fortbewegen, überschreiben Gitterzellen die geschätzte aktuelle Position, um unseren genauen Aufenthaltsort wiederzugeben, ähnlich wie bei einem GPS Gerät. Diesen Vorgang nennt man path integration. Dazu müssen Gitterzellen die Laufrichtung sowie die Geschwindigkeit berücksichtigen. Derzeitige compututionale Modelle gehen davon aus, dass Information über die Laufrichtung von einem zweiten Nervenzelltyp, der Kopfrichtungszelle, stammen. Die Kopfrichtungszelle ist nur dann aktiv, wenn der Kopf in eine bestimmte Richtung zeigt. Unterschiedliche Kopfrichtungszellen haben interschiedliche bevorzugte Feuerungsrichtungen. Trotz der Unmenge an theoretischen und compututionalen Modellen, welche path integration durch Gitterzellen erklären, ist unser Verständnis von path integration aus zwei Gründen unvollständig. Erstens, es existiertkein direkter experimenteller Nachweis darüber, dass die Aktivität von Kopfrichtungszellen das Richtungselement für path integration in Gitterzellen zur Verfügung stellen. Zweitens, die Heterogenität und Komplexität der Zellpopulation von Kopfrichtungszellen wird unterschätzt. Alle theoretischen Modelle gehen davon aus, dass Kopfrichtungszellen eine homogene Population bilden, aber derzeitige experimentelle Studien widerlegen diese Annahme. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es zu untersuchen, ob und wie Kopfrichtungszellen path integration beeinflussen. Dazu werden wir folgende Fragestellungen behandeln: 1) Wird die Richtungskomponente in path integration von Gitterzellen durch die Aktivität der Kopfrichtungszellen bestimmt? 2) Hängt die bevorzugte Feuerungsrichtung von allen Kopfrichtungszellen des medialen entorhinalen Cortex vom Eingangssignal aus dem Thalamus ab? Diese Fragestellungen möchten wir beantworten,indem wir zum einen die Aktivität von Kopfrichtungszellen und Gitterzellen gleichzeitig messen und zum anderen die wichtigsten Kopfrichtungssignale vom Thalamus mit optogenetischen Methoden beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen