The function of different classes of inhibitory neurons in the auditory cortex - direct shaping of receptive fields or short-term modulation of the functional circuitry?
Final Report Abstract
Die Hörrinde ist eine wichtige zentrale Station für die Reizverarbeitung beim Hören. In dem durchgeführten Projekt wurde die Funktion bestimmter Klassen von hemmenden Zellen in der Hörrinde des Gehirns von Mäusen untersucht. Dazu wurden neue, sogenannte optogenetische Methoden verwendet. Diese Techniken erlauben, mit Hilfe von Licht einzelne Neuronentypen hochpräzise zu aktivieren, während akustische Reize präsentiert werden. Der Vergleich zwischen Hörverarbeitung im lichtaktivierten und nichtaktivierten Zustand erlaubt dann Rückschlüsse auf die Funktion des jeweiligen Zelltyps. Es ist wichtig, diese Funktion zu verstehen, weil bei vielen zentralnervösen Störungen vor allem hemmende Neurone betroffen sind. In einem ersten Schritt des Projektes gelang es, eine wichtige Klasse von hemmenden Neuronen in der Hörrinde - sogenannte Parvalbumin-positive Zellen - mit lichtempfindlichen Kanälen auszustatten. Im Folgenden wurden dann Experimente durchgeführt, bei denen verschiedene akustische Reize gespielt wurden, um Hypothesen über die mögliche Funktion der untersuchten Zellen für die Hörverarbeitung zu testen. In einem ersten Versuch wurde die Aktivität der hemmenden Zellen in der Stille zwischen akustischen Reizen erhöht. Durch erhöhte Hemmung wurde die Gesamtaktivität in der Hörrinde verringert. Wurde dann ein Ton präsentiert, fiel die Antwort der Hörrinde ganz anders aus, als wenn die Ruheaktivität nicht gehemmt gewesen wäre: die Nervenzellen reagierten auf Stimuli, auf die sie vorher nicht reagiert hatten und ließen sich zu viel höherer Aktivität anregen. Dieses Ergebnis war überraschend, weil man bisher angenommen hat, das Hemmung vor allem während der akustischen Reizung die Hörverarbeitung beeinflusst. Weitere Versuchsreihen zeigten, dass eine Erhöhung der Erregbarkeit der hemmenden Neuronen während der akustischen Reizung zu einer größeren Selektivität der Hörrinde führt. Zudem kann eine Zunahme der Hemmung auch dabei helfen, sehr kurze Pausen oder leise Töne in lauten Umgebungen zu bemerken. Die untersuchte Klasse von hemmenden Nervenzellen nimmt also eine sehr wichtige Rolle bei der Hörverarbeitung ein. Schon kleinste Veränderungen haben große Auswirkungen auf die Verarbeitung vieler verschiedener akustischer Stimuli. Das ist besonders deshalb interessant, weil gerade die untersuchte Klasse von Neuronen bei manchen psychischen Krankheiten gestört ist, und diese Klasse sich stärker als andere bei alternden Menschen verändern kann. Je mehr wir über die Auswirkungen solcher Änderungen verstehen, desto besser können wir sie in Zukunft erkennen und ihnen entgegenwirken.
