Visuell-motorische Verarbeitung in retino-kollikulären und kortiko-kollikulären Schaltkreisen

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Kremkow
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348229062

Visuelle Reize werden in der Retina kodiert und in kortikalen und subkortikalen Schaltkreisen weiterverarbeitet, um das Verhalten zu Beeinflussen. Ein neuronaler Schaltkreis, der für visuell gesteuertes Verhalten und die visuell-motorische Verarbeitung von zentraler Bedeutung ist, ist der Colliculus Superior. Der Colliculus Superior ist eine geschichtete Struktur im Mittelhirn, welche afferente sensorische Eingänge und absteigende Top-down-Informationen von kortikalen Neuronen empfängt und somit Befehle über das Verhalten mittels Ausgangsprojektionen zu motorischen Strukturen vermittelt. So verarbeiten beispielsweise Neuronen in der oberflächlichen visuellen Schicht Informationen von retinalen Ganglienzellen und sind in einer globalen Richtungskarte für visuelle Bewegung organisiert, während Neuronen in den tieferen Schichten Eingänge aus dem motorischen Kortex integrieren und gerichtete sakkadische Augenbewegungen vermitteln. Somit ist der Colliculus Superior eine entscheidende Schnittstelle für die visuelle Verarbeitung und visuell gesteuertes Verhalten. Es bleiben jedoch mehrere Fragen offen bezüglich der Mechanismen, die der funktionellen Organisation des Colliculus Superior und der neuronalen Grundlage der visuell-motorischen Verarbeitung in retino-kollikulären und kortiko-kollikulären Schaltkreisen zugrunde liegen. Hier werden wir elektrophysiologische Ableitungen mittels hochauflösender Elektroden (Neuropixels Elektroden) in kopffixierten Mäusen und computergestützte Modellierung einsetzen, um die folgenden Fragestellungen zu beantworten: Um die funktionelle Organisation des retino-kollikulären Schaltkreises zu untersuchen, werden wir eine neuartige Methode anwenden, die wir vor kurzem etabliert haben und die es ermöglicht, retinale Ganglienzellen und die mit ihnen synaptisch verbundenen Neurone im Colliculus Superior gleichzeitig in vivo abzuleiten. Mit dieser Methode werden wir (1) charakterisieren, wie die afferenten Eingänge der retinalen Ganglienzellen in den visuellen Schichten des Colliculus Superior organisiert ist. Darüber hinaus werden wir (2) mit Hilfe eines Computermodells mögliche Entwicklungsmechanismen untersuchen, die zur Entstehung der funktionellen Karten im Colliculus Superior führen. Parallel dazu werden wir (3) untersuchen, wie sakkadische Augenbewegungen die sensorische Verarbeitung in der Netzhaut bei wachen Mäusen modulieren, und (4) die Rolle des kortiko-kollikulären Signalwegs bei der Erzeugung sakkadischer Augenbewegungen während der Navigation studieren. Unser Hauptziel ist es somit, die Mechanismen zu untersuchen, die der visuell-motorischen Verarbeitung in retino-kollikulären und kortiko-kollikulären Schaltkreisen zugrunde liegen, um dadurch neue Erkenntnisse über die Rolle des Colliculus Superior bei visuell gesteuerten Verhalten zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen