Der Einfluss der neuronalen Aktivität auf die funktionelle Umverdrahtung von hippocampalen CA1-Erregungsneuronen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die zellulären Mechanismen, die es Neuronen ermöglichen, Informationen zu speichern, sind noch immer nicht gut verstanden. Es wird allgemein angenommen, dass Lernen ganze Neuronenensembles aktiviert und in diesen Neuronen dauerhafte physikalische/chemische Veränderungen hervorruft. Diese Veränderungen ermöglichen eine spezifische Reaktivierung dieser neuronalen Ensembles durch relevante Reize und damit den Abruf einer bestimmten Erinnerung. Diese dauerhaften Veränderungen umfassen sowohl molekulare als auch strukturelle Modifikationen auf der Ebene einzelner Neuronen und neuronaler Schaltkreise. Die Entwicklung der Zwei-Photonen-Mikroskopie hat die Durchführung bahnbrechender Studien ermöglicht, die kürzlich Licht auf die strukturellen Veränderungen geworfen haben, die mit dem Verhalten in mehreren Gehirnbereichen bei lebenden Mäusen verbunden sind. Es wurde nicht nur ein überraschend hohes Maß an struktureller Dynamik dendritischer Dornen und hemmender Synapsen nachgewiesen, sondern auch eine direkte Korrelation zwischen dieser Dynamik und dem Lernen festgestellt. Die Mechanismen, durch die strukturelle Veränderungen der Konnektivität die Bildung und den Abruf von Erinnerungen unterstützen, sind im Hippocampus – einem für Gedächtnis und Navigation wichtigen Gehirnbereich – jedoch noch wenig verstanden. Um diese grundlegende Frage anzugehen, verwendeten wir eine Kombination aus optischer Tiefenhirnbildgebung und erweiterter Virusmarkierung, um (i) (erstmals) die Langzeitdynamik von hemmenden Synapsen zu beschreiben, die auf Pyramidenneuronen in der dorsalen CA1-Region des Hippocampus lebender Mäuse einwirken, und (ii) den Zusammenhang zwischen der strukturellen Plastizität erregender und hemmender Synapsen und der Fähigkeit der Mäuse zu untersuchen, vom Hippocampus abhängige Erinnerungen zu erlernen und abzurufen. Wir fanden heraus, dass (i) die Dynamik hemmender Synapsen in Kompartimenten unterteilt ist, das heißt, Dendriten, Somata und Axonanfangssegmente von Pyramidenneuronen weisen alle spezifische Eigenschaften auf, (ii) die Dynamik dendritischer hemmender Synapsen tendenziell langsamer ist als die Dynamik dendritischer Dornen, (iii) das Lernen einer hippocampalen Gedächtnisaufgabe die hemmenden Synapsen in den Dendriten und im Axonanfangssegment stark beeinflusst, die hemmenden Synapsen im Soma jedoch viel weniger, und (iv) das Erinnerungsvermögen die stärksten Auswirkungen auf die dendritischen Dornen hat.
