Kontrolle der sensorischen Verabeitung visueller Reize durch Top-down Feedback während räumlicher Navigation

• Antragsteller: Dr. Tom Floßmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449505290

Die Anpassung des Verhaltens an die Umwelt ist überlebenswichtig und beruht auf der Fähigkeit sensorische Eingänge nach ihrer Relevanz zu selektieren und zu verarbeiten. Diese Fähigkeit wird durch Erfahrung erworben, wie beispielsweise bei der Assoziation sensorischer Reize mit Belohnung. Jüngere Studien belegen, dass sensorische Verarbeitung bereits im primären visuellen Kortex (V1) durch axonale Signale von höheren kortikalen Arealen (Feedback) moduliert wird. Diese Projektionen übermitteln prädiktive Signale, die aufgabenrelevante Merkmale der Umgebung kodieren. Feedback-Eingänge sind mutmaßlich an der Selektierung relevanter sensorischer Informationen im Verhaltenskontext beteiligt. Axonale Projektionen des anterioren cingulären Kortex (ACC) senden elektrische Signale in den V1 und kodieren räumliche Erwartungen und Informationen über die Eigenbewegung, welche wichtig für die räumliche Orientierung sind. Offen bleibt die Frage, wie diese Eingänge höherer kortikaler Areale in das lokale neuronale Netzwerk des V1 integriert werden und die sensorische Verarbeitung beeinflussen. Auch ist unklar, wie kontextuelle Feedback-Signale im neuronalen Netzwerk während des Lernens etabliert werden. Die Basalganglien sind hierbei mutmaßlich von entscheidender Bedeutung: Sie erhalten Eingänge vom V1 und ACC über das dorsomediale Striatum (DMS) und kodieren kausalen Zusammenhänge zwischen Handlungen und deren Folgen.Ziel dieses Antrags ist es zu untersuchen, wie die Integration visueller sensorischer Eingänge mit Informationen über die Eigenbewegung im V1 erfolgt, um räumliche Information zu kodieren und damit räumliche Orientierung auf Basis visueller Reize zu unterstützen. Dabei möchte ich charakterisieren wie kontextuelle Information vom ACC mit visueller Information im V1 verarbeitet wird. Außerdem möchte ich bestimmen, ob das Erlernen eines belohnten räumlichen Orientierungstests abhängig von neuronalen Projektionen des V1 zum DMS ist.Unter Einsatz von Zwei-Photonen-Kalzium-Bildgebung und elektrophysiologischer Messungen in Kombination mit Optogenetik und Chemogenetik zur Modulation elektrischer Aktivität in projektions-spezifischen Neuronen, möchte ich diesen wichtigen Fragen nachgehen.Diesem Projekt sind zwei Zielstellungen gesetzt:1) Die Charakterisierung der funktionellen Eingänge vom ACC im V1 während und nach dem Erlernen eines belohnten visuellen Orientierungstests.2) Die Untersuchung des kausalen Beitrags von V1-Projektionen zum DMS und ACC bei dem Erlernen und der Ausführung eines belohnten visuellen Orientierungstests.Durch Charakterisierung der Eingänge, der lokalen Signalverarbeitung und der Ausgänge von Nervenzellen im V1 möchte ich zu einem Modell beitragen, welches erklärt, wie erlerntes Verhalten neuronale Plastizität im Neokortex induziert und damit die Kodierung verhaltens-relevanter visueller Reize optimiert.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Nathalie Rochefort