Der Beitrag von Interneurontypen in der Ausbildung schneller Aktivitätsmuster neuronaler Netzwerke im Gyrus Dentatus der Maus

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marlene Bartos
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459848059

Rhythmische Aktivitätsmuster neuronaler Netzwerke erscheinen in verschiedenen Frequenzbereichen, die von 0.5 bis zu 300 Hz reichen. In diesem breiten Frequenzband haben insbesondere Theta (6-10 Hz) –modulierte Gammaoszillationen (30-130 Hz) eine hohe Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da ihre funktionelle Notwendigkeit für die Kodierung, Speicherung und dem Wiederabrufen von Information durch synchron aktive Prinzpalzell-Ensemble evident ist. Im Gyrus Dentatus, dem Tor zum Hippokampus, sind Theta-modulierte Gammaaktivitäten für die räumliche Navigation und die Ausbildung neuer bewusster Erinnerungen in Nagern und bei Menschen von zentraler Bedeutung. Hier treten Gammaaktivitäten in zwei räumlich, zeitlich und spektral unterschiedlichen Regimen auf, den global auftretenden, niederfrequenten Gammaaktivitäten (30-75 Hz), die im gesamten Gyrus Dentatus detektiert werden können, und den fokalen, räumlich begrenzten, hochfrequenten Gammaaktivitäten (75-150 Hz). Im Gegensatz zu den niederfrequenten, sind die hochfrequenten Gammaaktivitäten nicht mit den Gammaoszillationen der hippokampalen Regionen CA1-3 phasen-korreliert. Dies weist darauf hin, dass hochfrequente Gammaaktivitäten lokal von Mikroschaltkreisen des Gyrus Dentatus generiert werden. Eine mögliche funktionelle Rolle hochfrequenter Gammaaktivitäten könnte darin bestehen, das eintreffende Informationen lokal verarbeitet werden und somit eine Segregation von Informationen gefördert und die Ausbildung sich nicht überlappender Erinnerungen ermöglicht wird. Somit könnten lokale, hochfrequente Gammaoszillationen die Speicherkapazität des Gyrus Dentatus erhöhen. Die Schaltkreismechanismen, die der Generierung von Gammaoszillationen im Gyrus Dentatus zu Grunde liegen, sind allerdings weitgehend unbekannt. In diesem Projekt möchten wir dieses fundamentale Problem adressieren indem wir erstens, Aktionspotentiale glutamaterger Körnerzellen (‘granule cells’; GCs) und GABAerger inhibitorischer Interneurone ableiten, indem wir ‚juxtazelluläre Ableitungen‘ individueller Zellen im Gyrus Dentatus kopffixierter nicht-anästhesierter Mäuse einsetzen, die einer virtuellen Umgebung ausgesetzt sind. Zweitens, wir möchten Zellen während der Ableitungen mit einem Farbstoff füllen, um sie im Anschluss morphologisch und immunhistochemisch identifizieren zu können. Drittens, indem wir das zeitliche Verhältnis einzelner Aktionspotentiale zu den Phasen extrazellulär abgeleiteter Feldpotentiale bestimmen, zielen wir darauf ab, Unterschiede in dem Beitrag der diversen Interneurontypen in der Generierung Theta-modulierter niedrig- und hochfrequenter Gammaaktivitätsmustern zu bestimmen. Wir glauben, dass die Ergebnisse dieses interdisziplinären Projektes neue Informationen über die zellulären Mechanismen bereitstellen werden, die der Generierung Theta-modulierter Gammaoszillationen im Gyrus Dentatus von Nagern zu Grunde liegen und damit unser Verständnis zur Rolle von Interneuronen in kognitiven Funktionen verbessert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen