Der Einfluss nanostruktureller Muster der Neuromodulation auf zustandsabhängige visuelle Verarbeitung

• Antragsteller: Dr. Jan Philipp Delling
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567204047

Der physiologische Zustand und das Verhalten eines Tieres beeinflusst dessen sensorische Wahrnehmung stark. Im primären visuellen Kortex (V1) werden Signale wie Erregung oder Bewegung kodiert, die mit diesen Zuständen einhergehen und sensorische Informationsverarbeitung beeinflussen. Die Stärke dieser Kodierung variiert zwischen Neuronen, aber der Ursprung dieser Variabilität ist unklar. Neuromodulation durch cholinerge oder noradrenerge Projektionen ist ein potenzieller Mechanismus, da zustandsabhängige neuronale Aktivität hierdurch stark beeinflusst wird. Aktuellen Untersuchungen solcher Phänomene fehlt die Auflösung, um subsynaptische Strukturen darzustellen. Es ist folglich ungeklärt, ob zustandsabhängige Aktivität in V1 durch die Nanostruktur neuro-modulatorischer Synapsen beeinflusst wird. Durch die Kombination von in vivo Elektrophysiologie, Verhaltensanalyse und Expansionsmikroskopie (ExM) in Lamina 5 von V1 soll die Frage beantwortet werden, ob Eigenschaften neuro-modulatorischer Synapsen die Variabilität der zustandsabhängigen neuronalen Aktivität widerspiegeln. Hierzu ist das Projekt in 3 Ziele unterteilt. Zunächst wird die Nanostruktur neuro-modulatorischer Synapsen charakterisiert ("Objective 1"). Virale Injektionen in Lamina 5 von V1 werden mit ExM kombiniert, um Synapsen einzelner Neuronen zu kategorisieren. Ich vermute, dass neuronale Populationen und dendritische Abschnitte unterschiedliche nanostrukturelle Muster der Neuromodulation zeigen. Außerdem wird untersucht, wie effektiv nanostrukturelle Signaturen der Neuromodulation zustandsabhängige Aktivität vorhersagen ("Objective 2"). In vivo patch-clamp Aufnahmen und ExM werden kombiniert, um Verhaltensweisen, neuronale Aktivität, und subsynaptische Strukturen gemeinsam analysieren zu können. Ich gehe davon aus, dass zelluläre Morphologie, synaptische Nanostruktur und neuro-modulatorischer Input die Vorhersagbarkeit zustandsabhängiger neuronaler Aktivität verbessern. Zuletzt wird die Korrelation zwischen Mustern der Neuromodulation und visueller Verarbeitung quantifiziert ("Objective 3"). Visuelle Reize werden während der in vivo patch-clamp Aufnahmen präsentiert, um zustandsabhängige visuell ausgelöste Aktivität zu analysieren. Ich nehme an, dass zelluläre Morphologie, synaptische Nanostruktur und neuro-modulatorischer Input mit dem Ausmaß solcher Aktivität korrelieren. Dieses Projekt wird das Verständnis der Mechanismen, die der zustandsabhängigen visuellen Verarbeitung zugrunde liegen, verbessern - indem es die Ebenen von subsynaptischen Strukturen bis hin zu neuronaler Aktivität und Verhaltensweisen überbrückt. Da Sensorik und Neuromodulation im Rahmen neuropsychiatrischer Störungen wie Autismus betroffen sind, könnten diese Erkenntnisse die Entwicklung therapeutischer Strategien erleichtern. Die Durchführung dieses Projekts wird mich dabei unterstützen, ein leitender klinischer Wissenschaftler zu werden, der multidisziplinäre translationale Forschung ermöglichen kann.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle