Neuropyhsiologische Mechanismen der Gedächtnisbildung, untersucht mit Hilfe von Zwei-Photonen Kalziumbildgebung in der wachen Maus

• Antragstellerin: Dr. Antje Birkner
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436821674

Gedächtnisforschung ist wichtig, um grundlegende Hirnfunktionen zu verstehen, aber auch um die Entwicklung neuer Therapien gegen Gedächtnisstörungen voranzutreiben. Es wird davon ausgegangen, dass Erinnerungen von kleinen Ensembles an Gehirnzellen ("Engrammen") repräsentiert werden, die während des Abrufens einer Erinnerung reaktiviert werden. In Dr. Josselyn’s Labor versuchen wir zu verstehen, unter welchen Bedingungen Neuronen einer bestimmten Erinnerung zugeordnet werden. Kürzlich hat Dr. Josselyn’s Gruppe gezeigt, dass Neurone der lateralen Amygdala (LA) mit einer hohen intrinsischen Erregbarkeit bevorzugt Teil eines Engramms werden, verglichen zu ihren Nachbarn. Allerdings ist bisher nicht bekannt, welche räumlichen und zeitlichen Muster an elektrophysiologischer Aktivität der Gedächtniszuordnung zu Grunde liegen (1). Zudem ist die Stärke einer Angsterinnerung unabhängig von der Größe des Engramms in der LA, was die Fragen aufwirft (2) was die neurophysiologischen Unterschiede zwischen starken und schwachen Erinnerungen sind und (3) wie Engramme in der LA sich im Laufe der Zeit entwickeln oder verändern. Bisher war es schwierig diese Fragen zu beantworten, da es technisch nicht möglich war Einzelzellaktivität der gleichen Neuronen in tiefen Hirnregionen über Tage und Wochen hinweg aufzunehmen. Diese räumliche und zeitliche Präzision ist allerdings nötig, um die dynamischen Prozesse der Gedächtnisbildung zu erfassen. Mit Hilfe neuester Techniken, die ich in meiner Doktorarbeit entwickelt habe, werde ich dieses Problem überwinden. Zuvor habe ich ein Zwei-Photonen Mikroskop gebaut, um zelluläre und subzelluläre Prozesse der Verarbeitung sensorischer Signale im Mauskortex in vivo zu untersuchen. Dafür wurden die Zellen mit einem fluoreszenten Kalziumindikator gefärbt und zelluläre Aktivität als Änderung des Fluoreszenzsignals in wachen Mäusen detektiert. In Dr. Josselyn’s Labor werde ich auf diesen Erfahrungen aufbauen und Einzelzellaktivität chronisch, sowohl während des Lernens, als auch des Abrufens einer Angstassoziation, in der LA aufnehmen – einer Hirnregion, die maßgeblich am Speichern von Angstassoziationen beteiligt ist. Außerdem wird kurz vor dem Angstlernen Spontanaktivität als "Read-out" für zelluläre Erregbarkeit aufgezeichnet, um den Einfluss der Erregbarkeit auf die Zuordnung von Neuronen zu einem Engramm zu erforschen. Um die lokale Verschaltung der Neurone in der Amygdala nachzuvollziehen, werde ich spezifische Zelltypen optogenetisch manipulieren und zeitgleich funktionell messen. Diese Experimente werden das Verständnis der zellulären Mechanismen der Gedächtnisbildung, -speicherung und dessen Abruf voranbringen. Sie werden zudem als Grundlage für die Erforschung der Alzheimerkrankheit und dem Posttraumatischen Stresssyndrom dienen, bei denen Angsterinnerungen schwächer bzw. stärker im Gedächtnis bleiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeberin: Professorin Dr. Sheena Josselyn, Ph.D.