Der mediodorsale Thalamus als zentrale Schnittstelle des olfaktorischen Lernens

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozent Dr. Friedrich Johenning; Professorin Dr. Jackie Schiller, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520223756

Die soziale Übertragung des Lernens von Nahrungsmittelpräferenzen (STFP) ist ein Lernmodell für Nahrungsmittelvorlieben. STFP-Lernen beruht auf der sozialen Übertragung eines Nahrungsmittelsicherheitssignals. Wir wollen die Kodierung und den Abruf des STFP-Lernens in einer olfaktorischen kortiko-thalamischen-neokortikalen Schleife untersuchen, an der der piriforme Kortex (PC), der mediodorsale Thalamus (MDT) und der orbitofrontale Kortex (OFC) beteiligt sind. Alle drei Komponenten dieser PC-MDT-OFC (PMO)-Schleife spielen eine entscheidende Rolle beim olfaktorischen Lernen. Der MDT erhält Eingänge aus dem ventralen Pallidum, einem hedonischen Hotspot. Damit nimmt der MDT eine zentrale Stellung dabei ein, Geruchsreizen, die im PC und OFC verarbeitet werden, einen Belohnungswert zuzuschreiben. Die stabile Kontextrepräsentation im Rahmen des Lernprozesses erfordert die synchrone Aktivität neuronaler Engramm-Ensembles. Eine Gruppe voneinander abhängiger regionaler Engramm-Ensembles bezeichnet man als Engrammkomplex. Unsere zentrale Hypothese ist, dass der MDT in der PMO-Schleife als synchronisierender Knotenpunkt für die Verarbeitung von Belohnungswerten während des STFP-Lernens dient. Dadurch erleichtert der MDT die Bildung eines Engrammkomplexes. Wir planen, Längsschnittanalysen und Manipulationen an neuronalen Engramm-Ensembles durchführen, die die Kodierung und den Abruf des STFP-Lernens im PC, OFC und MDT bei wachen Mäusen vermitteln. Wir werden modernste bildgebende (miniaturisiertes Mikroskop und Zwei-Photonen Mikroskopie) und elektrophysiologische Techniken (Aufzeichnungen mit Neuropixelprobes) für die dynamische Echtzeitanalyse neuronaler Aktivität einsetzen. Im Rahmen interregionaler opto- und pharmakogenetischer Manipulationen werden transgene und virale Strategien für die schaltkreisspezifische Analyse eingesetzt. Das Forschungsvorhaben lässt sich in 3 Ziele aufteilen: Erstens werden wir untersuchen, wie sich die opto- und pharmakogenetische Manipulation der Aktivität der MDT-Ausgänge in der PMO-Schleife während des Kodierens und Abrufens des STFP-Lernens auf das Verhalten auswirkt. Zweitens werden wir Kalziumimaging einsetzen, um die Entstehung stabiler verhaltensassoziierter neuronaler Aktivitätsmuster von Projektionsneuronen in der PMO-Schleife während des STFP-Lernens zu analysieren. Hier erwarten wir, dieselben Neurone über die verschiedenen Phasen des STFP-Lernens (Kodieren und Abrufen) hinweg longitudinal zu beobachten. Drittens werden wir elektrophysiologische Ableitungen von verhaltensassoziierten neuronalen Aktivitätsmustern der PMO-Schleife während des STFP-Lernens mit hoher zeitlicher Auflösung durchführen. Dabei Charakterisieren wir mehrere Komponenten der PMO-Schleife gleichzeitig. Wir erwarten, dass wir die interdependente und synchrone Aktivierung funktionell verbundener neuronaler Ensembles in verschiedenen Regionen der PMO-Schleife charakterisieren können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2411: LOOPS: Kortiko-subkortikale Interaktionen für Adaptive Wahrnehmung
• Internationaler Bezug: Israel