Dendritische Integration synaptischer Signale in der Gedächtnisbildung

• Antragsteller: Tobias Bock, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570207552

Jede Sekunde unseres Lebens werden wir mit einer Vielzahl sensorischer Informationen konfrontiert. All diese Reize müssen organisiert und priorisiert werden, und unsere Aufmerksamkeit muss auf die wichtigsten Informationen gerichtet sein, so dass wir effektiv mit unserer Umwelt zu interagieren. Ein ähnlicher Filter muss auch auf die Mechanismen angewendet werden, durch die wir Erinnerungen bilden. Da wir nicht in der Lage sind, uns jeden Moment einzuprägen, werden wichtige Informationen priorisiert. Die Erforschung dieses Filtermechanismus ist entscheidend für das Verständnis der Gedächtnisbildung und kann eine wichtige Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen, welche das Gedächtnis beeinträchtigen, wie der Alzheimer-Krankheit und bei anderen Formen von Demenz. Aber wie wird Information gefiltert und deren Priorität im Gehirn bestimmt? Die apikalen Dendriten von Pyramidenzellen wurden bereits mit der Filterung relevanter Informationen in Verbindung gebracht, da sie große Bereiche sowohl im Kortex als auch im Hippocampus überspannen und sensorische Signale mit Informationen aus höhergeordneten Hirnregionen integrieren. Nun haben wir einen neuen Mechanismus entdeckt, durch den kleine Änderungen im Membranpotential am Zellkörper (Soma) von Pyramidenzellen in der CA1-Region des Hippocampus den Einfluss distaler dendritischer Signale modulieren können. Unsere Daten deuten darauf hin, dass gleichzeitig eintreffende synaptische Inputs am Soma, die ihren Ursprung in höhergeordneten Hirnregionen wie dem Bereich CA2 des Hippocampus haben, sowie sensorische Signale an den Dendriten sowohl die Feuerrate von Aktionspotentialen als auch die synaptische Plastizität in diesen Zellen erhöhen. Da gezeigt wurde, dass die Aktivität dieser Neurone für die Ausbildung von räumlichem und sequenziellem Gedächtnis eine wichtige Rolle spielt, stellen wir die Hypothese auf, dass gezielte synaptische Eingaben speziell zum Soma dieser Neurone die Gedächtnisbildung beeinflussen können. Daher wollen wir untersuchen, wie synaptische Schaltkreise, die Inputs in den somatischen Bereich hippokampaler Pyramidenzellen leiten, die Gedächtnisbildung beeinflussen und ob diese Eingabe einen Filter für zu priorisierende Informationen bereitstellen kann. Konkret strukturieren wir die Studie in zwei Ziele: 1. Wir untersuchen, welchen Einfluss synaptische Eingänge auf CA1 Pyramidenzellen auf die Integration dendritischer Inputs und deren Effekt auf synaptische Plastizität haben. Um dies zu erreichen, werden wir intrazelluläre Aufzeichnungen von den CA1 Zellen in akuten Hirnschnitten von Mäusen durchführen, die das Opsin ChrimsonR im Bereich CA2 exprimieren und optogenetische Stimulation ermöglichen. 2. Wir werden den Einfluss synaptischer Inputs auf die Gedächtnisbildung untersuchen, indem wir das Auftreten von ortsspezifischer neuronaler Aktivität in einer Population von CA1 Zellen mithilfe von In-vivo-2-Photonen-Bildgebung aufnehmen und dabei CA2-Eingänge stimulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Björn Michael Kampa