Die Rolle der cerebello-parietalen Projektion für die Bestimmung des kinematischen Zustands des Körpers

• Antragsteller: Professor Dr. Cornelius Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464398405

In der laufenden Förderperiode haben wir die Effekte zweier verschiedener prädiktiver Systeme im primären somatosensorischen Kortex (Vibrissenrepräsentation) der Maus voneinander abgegrenzt (Engl. State Estimation und Sensory Gating; Abk.: SE und SG). Wir haben hierzu ein neues experimentelles Verfahren etabliert, welches eine definierte Vibrissenbewegung und die anatomische Unterbrechung der sensomotorischen Schleife beinhaltet. Wir betrachten dies als einen wichtigen Fortschritt im Verständnis prädiktiver Systeme, da beide Systeme den taktilen sensorischen Signalfluss supprimieren, aber höchstwahrscheinlich in unterschiedlichen, neuronalen Schaltkreisen des Säugetiergehirn berechnet werden. SE und SG wurden in der Literatur häufig vermischt, und die Auswirkungen des einen Systems wurden auf dem theoretischen Hintergrund des anderen diskutiert. Unsere laufenden Arbeiten mittels Anwendung optogenetischer Stimulation deuten darauf hin, dass das Kleinhirn eine kausale Rolle bei der Erzeugung von SE spielt. Wahrscheinlich ist es die Implementation eines internen Modells und liefert Signale zur Vorhersage der sensorischen Konsequenz einer Bewegung. Das Folgeprojekt wird nun versuchen, die neuronalen Strukturen zu lokalisieren, in denen diese prädiktiven Signale mit den tatsächlichen sensorischen Rückmeldungen verglichen werden. Hierzu wird das Auftreten von SE-typischer Suppression entlang verschiedener zerebello-parietaler Bahnen untersucht werden. In der ersten Förderperiode haben wir eine Kombination aus sensorischer und optogenetischer Stimulation eingesetzt, um mögliche Orte zu identifizieren, an denen die SE-typische Modifikation des taktilen Signals berechnet werden könnte. Derzeit haben wir die folgenden fünf Regionen als Kandidaten identifiziert: die tiefen Kleinhirnkerne, den Ncl Trigeminus Principalis, VPM-Thalamus (zwei Stationen der lemniskalen Bahn), Ncl Trigeminus Spinalis Interpolaris und POm-Thalamus (zwei Stationen der paralemniskalen Bahn). Wir haben gezeigt, dass die komplexen Thalamuskerne, VPM und POm, die gesuchte Konvergenz lediglich in Sub-Arealen aufweisen. Im VL-Thalamus hingegen, einem anderen wichtigen Projektionsziel des Kleinhirns, wurden keine Vibrissen-abhängigen taktilen Signale gefunden. Wir werden das in der ersten Periode etablierte experimentale Paradigma zur Untersuchung der genannten fünf Kandidatenregionen einsetzen. Wir sind zuversichtlich, dass die geplanten Experimente zu einer ersten umfassenden Beschreibung der neuronalen Mechanismen von SE und ihrer genutzten zerebello-kortikalen Projektionsbahnen in einem Säugetiergehirn beitragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen