Kontrolle der sensorischen Verabeitung visueller Reize durch Top-down Feedback während räumlicher Navigation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im geförderten Projekt habe ich mich mit den neuronalen Veränderungen im Gehirn beim Erkunden neuer Umgebungen und beim Erlernen eines neuen Verhaltens beschäftigt. Dafür habe ich einen experimentellen Aufbau entwickelt in welchem Kopf-fixierte Mäuse durch einen virtuellen Tunnel navigieren, dessen Sektionen durch visuelle Landmarken markiert ist. In einem Abschnitt wurde dabei durch aktives Lecken eine Wasser-Belohnung ausgelöst. Dabei habe ich die damit einhergehenden Veränderungen neuronaler Aktivität im primären visuellen Kortex, welcher der Verarbeitung des Sehens dient und im Hippokampus, der für räumliche Navigation und Erinnerungsbildung wichtig ist, untersucht. Während die Mäuse den Zusammenhang von Ort und Belohnung innerhalb weniger Durchgänge erlernten, leitete ich von den beiden Hirnregionen mittels Multi-Elektroden elektrophysiologische Aktivität mit hoher zeitlicher und einzelzellulärer Auflösung ab. Dabei fand ich, dass Nervenzellen im primären visuellen Kortex und Hippokampus für räumliche Abschnitte des virtuellen Tunnels kodieren. Dabei ist die Mehrheit der kortikalen Nervenzellen bereits während des ersten Durchgangs und wiederholt in den nachfolgenden Durchgängen in bestimmten Abschnitten des Tunnels aktiv. Im Kontrast dazu beteiligen sich nur wenige Nervenzellen im Hippokampus während der ersten Durchgänge an der Repräsentation der neuen Umgebung. Erst mit Erfahrung und dem Erlernen des belohnten Verhaltens kodieren mehr hippokampale Nervenzellen räumliche Information und formen eine kognitive Karte. Diese erfahrungsbedingten Veränderungen waren verbunden mit einer Verbesserung der räumlichen Kodierung auf Populationsebene hippokampaler Nervenzellen. In einer preliminäre histologischen Studie konnte ich zwei Populationen von Nervenzellen im retrosplenialen Kortex und im entorhinalen Kortex identifizieren, die visuelle Information vom visuellen Kortex zum Hippokampus übermitteln können. Die präliminären Ergebnisse unterstützen ein Model demnach visuelle Informationen im primären Kortex prozessiert und über andere kortikale Areale an den Hippokampus weitergeleitet wird, wo sie zur Kodierung einer kognitiven Karte beitragen, die für das neu erlernte Verhalten wichtig ist. Weitere Untersuchungen und Experimente sind erforderlich dieses Model zu bestätigen oder zu widerlegen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Spatial navigation signals in rodent visual cortex. Current Opinion in Neurobiology, 67, 163-173.
Flossmann, Tom & Rochefort, Nathalie L.
