Intravitalmikroskop mit Holographischem Photostimulator

• Fachliche Zuordnung: Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525322704

In der neurobiologischen Forschung hängt der Fortschritt vom Erkenntnisgewinn auf mehreren Ebenen ab. Für das mechanistische Verständnis von Gehirnfunktionen ist es notwendig, die Antworteigenschaften neuronaler Strukturen zu charakterisieren und die kausale Funktion der Strukturen nachzuweisen. Die Manipulation neuronaler Aktivität auf Ebene einzelner Neurone oder Neuronenverbünde ist hierbei ein wichtiger methodischer Ansatz und kann durch optogenetische Methoden realisiert werden. Für die Aktivierung optogenetischer Proteine werden optische Versuchsaufbauten benötigt, mit denen sich das Stimulationslicht im dreidimensionalen Raum des Nervengewebes räumlich und zeitlich präzise steuern lässt. Wir beantragen Mittel zur Beschaffung eines Versuchsaufbaus, der diese Experimente ermöglicht. Über ein Zwei-Photonen-Mikroskop erhalten wir optisch hochaufgelösten Zugang zu Nervengewebe in vitro und in vivo. Über den Photostimulations-Pfad des Mikroskops werden mit Hilfe eines Spatial Light Modulators (SLM) Hologramme erzeugt, um gezielt ausgewählte Neurone im Zellverbund zu stimulieren. Hologramme sind dreidimensionale Stimulationsmuster, die durch gezielte Interferenz das Stimulationslicht nur an den gewünschten Orten entlang der optischen Achse des Mikroskops entstehen lassen. Der Versuchsaufbau ermöglicht gleichzeitiges Messen von neuronaler Aktivität (Calcium Imaging) sowie Manipulation derselben (optogenetische Holographie). Zusätzliche Anbauten ermöglichen die gleichzeitige Präsentation von Sehreizen und/oder die Aufnahme von zusätzlichen Parametern (z.B. von Augenbewegungen in vivo). Zur Etablierung dieser Technik an der Universität Tübingen beantragen wir Mittel zur Beschaffung eines Intravitalmikroskops (ohne Laser) mit Holographie-Funktion und Software-Lösung zur Ansteuerung. Mit diesem Setup sind verschiedene Projekte zu visuomotorischen Funktionen der Zebrafischlarve (in vivo), dem Sehsystem in der Mausretina (ex vivo), sowie der Gedächtniskonsolidierung in der schlafenden Maus (in vivo) geplant. Ein Beispiel ist die Untersuchung des sogenannten Neuronalen Velocity-to-Position Integrators im okulomotorischen System des Zebrafischs, in dem Information über die gegenwärtige Augenposition als persistente Aktivität gespeichert wird. Dieses System dient als Paradigma für die Erforschung der Speichermechanismen in persistent aktiven, rekurrenten Netzwerken. Mit Hilfe von holographischen Photostimulationsexperimenten planen wir, die Aktivität von funktional identifizierten Integratorneuronen im Zebrafisch zu manipulieren und die Auswirkungen auf Augenbewegungen und Netzwerkaktivität zu untersuchen. Diese Experimente werden die funktionale Struktur des Integrators aufklären und somit zeigen, wie die Aktivitätsspeicherung in diesem persistent aktiven Netzwerk mechanistisch funktioniert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Intravitalmikroskop mit Holographischem Photostimulator
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Eberhard Karls Universität Tübingen
• Leiter: Professor Aristides Arrenberg, Ph.D.