Rolle des Neokortex beim deklarativen Lernen: Funktion und zelluläre Mechanismen der Plastizität im primären sensorischen Kortex als Basis für die Konditionierung des Lidschlussreflexes

• Antragsteller: Professor Dr. Cornelius Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270837099

Assoziatives Lernen geht mit sinnvollen Änderungen des Verhaltens, als Reaktion auf relevante Änderungen der äußeren Bedingungen eines Individuums, einher. Wenn der, die Veränderung signalisierende, sensorische Reiz in zeitlichem Abstand vom zu adaptierenden Verhalten auftritt, bedarf die Assoziation beider einer Gedächtnisspur im Gehirn (Engl. "Trace"). Es ist bekannt, dass bei der sog. Trace Lidschlusskonditionierung, einem etablierten Modell für Deklaratives Lernen, das zeitliche Intervall zwischen CS und CR durch neuronale Aktivität im mPFC überbrückt wird. Primäre sensorische Kortizes sind ebenfalls an der Trace Konditionierung beteiligt, aber ihre exakte funktionelle Rolle dabei ist weitgehend unbekannt. Im vorliegenden Vorhaben soll eine taktile Variante der Trace Konditionierung des Lidschlussreflexes bei der Maus untersucht werden. Dies geschieht, um die Vorzüge des eingehend voruntersuchten BCx, der Vibrissenrepräsentation im primären somatosensorischen Kortex von Nagern, auszunutzen. Unser Ziel ist es zu klären, ob der BCx mnemonische Signale generiert und welche plastische Vorgänge auf zellulärer Ebene eine Rolle bei der Konditionierung spielen. Vorarbeiten anderer ergaben, dass die Intaktheit des BCx eine unbedingte Voraussetzung für Trace Lidschlusskonditionierung ist. Wir konnten in eigenen Arbeiten zeigen, dass dendritische Dornfortsätze auf L5-Pyramdienzellen, als Zeichen des Netzwerkumbaus, während des Lernens eliminiert werden. In einem ersten Ansatz wollen wir die Gedächtnissignale und ihre Interaktion im CS, Trace und CR Intervall in BCx und mPFC mittels elektrophysiologischer Multielektrodenregistrierung aufspüren. Eine zweite Serie von Experimenten wird der Frage gewidmet sein, ob und welche präsynaptischen exzitatorischen Terminalien in L1, zusammen mit der Dornfortsatzeliminierung, ebenfalls morphologischen Änderungen unterworfen sind. Die entsprechenden Projektionen werden dabei unter Verwendung von Virus-basierten Tracingverfahren mittels 2PI während des Lernens visualisiert. Schließlich stellen wir die Frage, welche intrazellulären Mechanismen dem beobachteten Umbau des Netzwerkes zugrunde liegen. Mittels funktioneller 2PI werden wir am lernenden Tier untersuchen, ob und wie Kalziumtransienten in Apikaldendriten von L5 Pyramidenzellen am plastischen Umbau beteiligt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen