Zeitliche Organisation neuronaler Aktivität im präfrontalen-hypothalamischen-Mittelhirn-Schaltkreis und ihre Rolle bei der Regulation des angeborenen Verhaltens

• Antragsteller: Professor Alexey Ponomarenko, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517326017

Angeborene Verhaltensweisen wie Essverhalten, Interaktionen mit Artgenossen und Erkundungsverhalten beruhen auf der Integration von Signalen über den körperlichen Zustand mit Informationen über Handlungen, Erfahrungen und Sinneswahrnehmungen im lateralen Hypothalamus (LH). Die wichtigsten absteigenden Eingänge zum LH stammen aus dem medialen präfrontalen Kortex (mPFC), einer Region, die für die adaptive Steuerung von Verhaltensentscheidungen von entscheidender Bedeutung ist. Frühere Arbeiten anderer und unserer Gruppe zum mPFC und unsere jüngsten Studien zum LH haben gezeigt, dass die neuronale Aktivität in diesen Regionen durch Netzwerkoszillationen zeitlich organisiert ist. Je nach ihrer Kohärenz können Oszillationen die neuronale Signalübertragung zwischen Hirnregionen erleichtern oder abschwächen. Die neuronale Dynamik im Hypothalamus, die verschiedene angeborene Verhaltensweisen reguliert, und der Einfluss präfrontaler Signale auf den Hypothalamus sind jedoch noch unbekannt. Darüber hinaus sind die Interaktionen zwischen Neuronen im LH und dem ventralen tegmentalen Areal (VTA), zwei entscheidende Regionen des Belohnungsschaltkreises, während des Spontanverhaltens unbekannt. Mit einer Kombination von mehrkanaligen neuronalen Ableitungen aus zwei Hirnregionen bei frei-verhaltenden Mäusen, maschinelles Lernen-Analyse des Verhaltens und neuronaler Dekodierung sowie Optogenetik wollen wir die funktionelle Rolle der neuronalen Synchronisation zwischen dem mPFC, den lateralen Bereichen des Hypothalamus und dem VTA untersuchen. Wir werden uns auf Beta-Oszillationen (15-30 Hz) konzentrieren, die wir kürzlich bei unseren Vorarbeiten in diesem Schaltkreis beobachtet haben. Ein traditioneller Ansatz zur Messung der Aktivität hypothalamischer Neuronen bei verschiedenen Verhaltensweisen wird mit Untersuchungen des Spike-Timings entsprechend den Phasen der Netzwerk-Oszillationen kombiniert. Die neuronale Dekodierung verschiedener Aspekte des angeborenen Verhaltens wird genutzt, um die Feuerungsrate und die zeitlichen Codes im mPFC-LH-VTA-Schaltkreis zu entschlüsseln. Die Rolle dieser neuronalen Interaktionen bei der Kontrolle angeborener Verhaltensweisen in Abhängigkeit von den aktuellen Verhaltensalternativen, d.h. soziale Interaktion vs. Nahrungsaufnahme oder Erkundung neuer Objekte, wird mit Hilfe der optogenetischen Manipulation von mPFC-Projektionen im LH in einer verhaltensabhängigen geschlossenen Schleife untersucht. Unsere Arbeit wird die zeitliche Organisation und die verhaltensbezogene Rolle der absteigenden Signalübertragung durch exzitatorische kortikale Afferenzen und ihren Einfluss auf subkortikale Schaltkreise, die angeborene Verhaltensweisen steuern, aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen