Zelluläre Grundlage der kortikalen Repräsentation der Kopfrichtung

20.02.2023 bis 20.02.2026

Die Beobachtung, dass Neurone im dorsalen Präsubiculum (PreS) der Ratte auf die Richtung, in die das Tier blickt, abgestimmt sind, stellt eine bahnbrechende Entdeckung für die neuronale Darstellung der Richtung dar. Es wird angenommen, dass die für die Kopfausrichtung (HD) zuständigen Neurone das Säugetiergehirn mit einem internen Kompass ausstatten, der für die Navigation notwendig ist. HD-Signale werden subkortikal erzeugt und an den Kortex (in primis, dem PreS) weitergeleitet, wo sie vermutlich weiterverarbeitet und mit anderen visuell-räumlichen Signalen integriert werden. Trotz jahrzehntelanger Modellierungsarbeit ist derzeit nicht bekannt, ob und wie die HD-Aktivität und -Rechnungen auf die zugrunde liegende kortikale Mikroschaltkreisstruktur abgebildet werden. Mit dem vorliegenden Vorschlag wollen wir diese Lücke schließen. Durch die Kombination innovativer In-vivo-Einzelzell-Aufnahmen und optogenetischer Methoden, quantitativer Neuroanatomie und Verhaltenstechniken wollen wir die Mikroschaltkreis-Organisation der HD-Aktivität im PreS der Maus entschlüsseln. Unsere laufenden Arbeiten deuten darauf hin, dass die kortikale Modularität die Konnektivität stark einschränkt und die funktionellen Eigenschaften im PreS der Maus prägt. Auf Grundlage dieser Arbeit stellen wir die Hypothese auf, dass es zelltypspezifische Mikroschaltkreise gibt, die HD-Informationen verarbeiten und sie mit visuellen Orientierungspunkten integrieren - eine Berechnung, die die Stabilität des internen Kompasses gewährleistet. Unser entstehendes 'Mikroschaltkreis-Modell' bietet biologisch-realistische Hypothesen für die Signalintegration, die wir im vorliegenden Antrag systematisch testen werden. Insgesamt zielt das vorgeschlagene Projekt darauf ab,die zellulären Grundlagen der kortikalen HD-Repräsentation zu klären und so neue Einblicke in grundlegende Mechanismen der neuronalen Kodierung und Berechnung im Kortex von Säugetieren zu gewinnen.