Repräsentation von auditorischem Raum und dessen Plastizität in der Rinde des Inferior Colliculus

• Antragstellerin: Dr. Meike Marie Rogalla
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509509296

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Navigation in komplexen auditiven Umgebungen setzt voraus, dass das Gehirn den auditiven Raum effektiv kodiert. Für eine optimale Flexibilität muss sich die neuronale Kodierung des auditorischen Raums an periphere Veränderungen anpassen, wie z. B. bei monauralem Hörverlust. Ein akuter monauraler Hörverlust führt in der Regel zu einer Erweiterung der rezeptiven Felder und einer Verschlechterung der räumlichen Selektivität, was die Lokalisierung von Geräuschen beeinträchtigt. Bemerkenswerterweise können Menschen und Tiere mit monauralem Hörverlust Schalllokalisierung wiedererlernen, was von der aktiven Teilnahme an auditorischem Tarining abzuhängen scheint. Dies deutet darauf hin, dass es einen Plastizitätsmechanismus geben muss, der die Anpassung der auditorischen Raumrepräsentation ermöglicht. Die dorsale Schale des inferioren Colliculus (IC) scheint ein wichtiger Ort für diese lerninduzierte Plastizität zu sein. Wenn der absteigender Input vom auditorischen Cortex zur dorsalen Schale ausgeschaltet wird, können Tiere nach einem monauralen Hörverlust die Schalllokalisierung nicht wieder erlernen, was die Bedeutung der IC-Schale für die räumliche Plastizität unterstreicht. Trotz dieser Erkenntnisse ist nur begrenzt bekannt, wie flexibel die neuronalen Populationen der IC-Schale den auditorischen Raum kodieren und wie gut sich diese Populationen an Veränderungen des sensorischen Inputs anpassen können. In diesem Projekt wurde die Anpassungsfähigkeit der Populationskodierung für den auditorischen Raum in der dorsalen IC-Schale erforscht und die Auswirkungen eines monauralen Hörverlusts auf diese Repräsentation sowohl beim passiven Hören als auch beim aktiven Wahrnehmen untersucht. Mit Hilfe der 2-Photonen-Ca2+-Bildgebung maßen wir räumliche Rezeptionsfelder von IC-Schalen-Neuronen unter normalen binauralen Bedingungen und nach monauralem, ipsilateralem Hörverlust. Unsere Ergebnisse von passiv hörenden Mäusen zeigen, dass die dorsale IC-Schale eine breite Repräsentation des auditorischen Raums durch eine dynamische Neuzuordnung neuronaler Antworten beibehält, anstelle einer reinen Änderung der rezeptiven Felder wie bisher angenommen. Darüber hinaus zeigte die Aktivität einiger Neuronen von Mäusen während des Neulernens von Schalllokalisation Anzeichen eines Plastizitätsmechanismus. Unseres Wissens ist dies das erste Projekt, in dem die Populationsreaktionen identischer Neuronen unter normalen und veränderten binauralen Hörbedingungen untersucht wurden. Unsere Ergebnisse haben die Rolle der IC-Schale beim räumlichen Hören weiter untermauert und unser Verständnis der Physiologie der sensorischen räumlichen Plastizität im Erwachsenenalter vertieft. Darüber hinaus wird die dorsale IC-Schale als einzigartiges Areal etabliert, das sich in der binauralen Verarbeitung deutlich vom zentralen IC und anderen auditorischen Bereichen unterscheidet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Talk: “Representation of Auditory Space in the Shell of the Inferior Colliculus” at the Advances and Perspectives in Auditory Neuroscience Meeting (APAN), San Diego, California, USA
  Rogalla, Meike Marie
  
• Auditory Corticofugal Neurons Transmit Auditory and Non-auditory Information During Behavior. The Journal of Neuroscience, 44(7), e1190232023.
  Ford, Alexander N.; Czarny, Jordyn E.; Rogalla, Meike M.; Quass, Gunnar L. & Apostolides, Pierre F.
  
• Differential optogenetic activation of the auditory midbrain in freely moving behaving mice. Frontiers in Systems Neuroscience, 17.
  Rogalla, Meike M.; Seibert, Adina; Sleeboom, Jana M. & Hildebrandt, K. Jannis
  
• Recurrent Circuits Amplify Corticofugal Signals and Drive Feedforward Inhibition in the Inferior Colliculus. The Journal of Neuroscience, 43(31), 5642-5655.
  Oberle, Hannah M.; Ford, Alexander N.; Czarny, Jordyn E.; Rogalla, Meike M. & Apostolides, Pierre F.
  
• Talk : “Representation of Auditory Space in the Shell of the Inferior Colliculus”. The 46th Midwinter Meeting of the Association for Research in Otolaryngology (ARO), Orlando, Florida, USA
  Rogalla, Meike Marie
  
• Mixed Representations of Sound and Action in the Auditory Midbrain. The Journal of Neuroscience, 44(30), e1831232024.
  Quass, Gunnar L.; Rogalla, Meike M.; Ford, Alexander N. & Apostolides, Pierre F.
  
• Population coding of time-varying sounds in the nonlemniscal inferior colliculus. Journal of Neurophysiology, 131(5), 842-864.
  Shi, Kaiwen; Quass, Gunnar L.; Rogalla, Meike M.; Ford, Alexander N.; Czarny, Jordyn E. & Apostolides, Pierre F.
  
• Poster : “Investigating sound localization in head-fixed mice using two-alternative forced choice behavior”. The 47th Midwinter Meeting of the Association for Research in Otolaryngology (ARO), Anaheim, California, USA
  Rogalla, Meike Marie