Thalamokortikale Modulation intrakortikaler Informationsverarbeitung

• Antragsteller: Dr. Yangfan Peng
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451242556

Die Netzwerkarchitektur bestimmt die Rechenkapazität neuronaler Netzwerke. Jedoch ist die Funktion lokaler Verbindungen zwischen den Pyramidenzellen der Hirnrinde wenig verstanden. Ich habe die patch-clamp Ableitung mehrerer Neurone gleichzeitig in Hirnschnitten des menschlichen Kortex etabliert, welche monosynaptische Verbindungen zwischen benachbarten Neuronen nachweisen kann. Damit konnte ich eine besondere vorwärts gerichtete Netzwerkarchitektur beobachten, die in ähnlicher Weise auch im Nagetier beschrieben wurde. Ich glaube, dass diese Architektur eine sequenzielle Aktivierung kortikaler Neurone unterstützt und zeitlich definierte Aktivitätsmuster hervorbringen kann.Um diese funktionellen Hypothesen zu testen, möchte ich die Entstehung kortikaler Aktivitätsmuster im in vivo Mausmodell untersuchen. Die kortikale Aktivität und dessen zeitliche Struktur sind von den externen Einflüssen auf dieses Netzwerk bestimmt, wovon die thalamokortikale Projektion eine der bedeutendsten ist. Das motorische System ist besonders geeignet diese Interaktion zu untersuchen, da dessen thalamokortikalen Projektionen sehr gut beschrieben sind. Für dieses Projekt ist die Gruppe von Prof. Andrew Sharott der ideale Ort, denn sie haben virale Strategien etabliert, um im Thalamus Neurone in Abhängigkeit ihrer Eingangsregionen mit Channelrhodopsin zu transfizieren. Die Möglichkeit zur spezifischen Stimulation der first order Kleinhirn-vermittelten oder higher order Basalganglien-vermittelten thalamokortikalen Projektionen kann mit Neuropixel Ableitungen kombiniert werden. Diese neuen Sonden erlauben hochauflösende Messungen mit 960 Elektroden. Weiterhin konnte das Sharott Labor zeigen, dass Schicht 1 NDNF Interneurone im Motorkortex von dem higher order Thalamus rekrutiert werden und etablierten die Methoden zur optogenetischen Modulation dieser Zellen.Das Ziel meines Projektes ist es, die zeitliche Struktur thalamisch evozierter Aktivitäten zu definieren und deren Modulation durch die higher order thalamische Projektion zu untersuchen. Zuerst werde ich eine Methode etablieren, um die zeitliche Struktur evozierter kortikaler Aktivität zu untersuchen. Dafür werde ich Neuropixel Ableitungen in kopffixierten Mäusen durchführen, die optogenetische Stimulation des first order Thalamus optimieren und ein Analyseverfahren zur Extraktion der zeitlichen Struktur neuronaler Aktivität entwickeln. Anschließend werde ich die Rolle der Schicht 1 NDNF Interneurone in der Modulation kortikaler Aktivität untersuchen. Diese Interneurone können dendritische Potentiale von Pyramidenzellen unterdrücken und sind damit in der Lage die Eingänge zum Kortex präzise zu kontrollieren. Nach der Etablierung optogenetischer Modulation dieser Interneurone, werde ich diese mit thalamischer Stimulation kombinieren, um den Einfluss auf evozierte kortikale Aktivität zu untersuchen.Insgesamt bietet dieses Projekt das Potenzial fundamentale Prinzipien zur thalamokortikalen Verarbeitung aufzudecken.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Andrew Sharott