Computergestützte und physiologische Ansätze für die Untersuchung des Angstkonnektoms in Primaten

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Dayan
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455297784

Wenn Emotionen wie Angst bei psychiatrischen Erkrankungen die normale Funktion einschränken, dann ist deren Regulation ein fundamentaler Behandlungsansatz. Ungeklärt ist aber weitgehend, wie das Gehirn Stimmungen und Angstgefühle erzeugt und wie diese Funktion gestört wird. Das behindert die Entwicklung von Behandlungsstrategien. Aktuelle funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)-Studien an Menschen zeigen Hinweise auf weitreichende Netzwerke koordinierter Aktivität im Gehirn. Dies deutet darauf hin, dass die zeitgleiche Aktivierung entfernter Hirnregionen eine wesentliche Rolle bei Interaktionen zwischen Arealen des menschlichen Gehirns spielt. Weitere Studien zeigten, dass ein großes Netzwerk im menschlichen Gehirn vor allem bei pessimistischen Ausprägungen von Angststörungen aktiviert wird. Ob und wie diese Netzwerke kausal an ängstlichem Verhalten beteiligt sind, ist jedoch ungeklärt. Interaktionen zwischen weit entfernten Arealen sind besonders ausgeprägt im Gehirn von Primaten. Wir haben mehrere Areale im Primatenhirn identifiziert, die kausal an der Erzeugung angstähnlicher Zustände beteiligt sind. Dies deutet darauf hin, dass ein „Primaten-Angst-Konnektom“ homolog zum menschlichen Netzwerk existiert. Dieses Homolog bietet eine beispiellose Gelegenheit die Netzwerke zu untersuchen, die Angstzustände erzeugen. Mit diesem Ziel werden wir vier experimentelle Verfahren kombinieren: elektrische Mikrostimulation (EMS), Verhaltensanalyse, Computermodellierung und fMRT. Zuerst werden wir die EMS der unterschiedlichen limbischen Areale durchführen, während Makaken eine Aufgabe ausführen, die bekanntermaßen für die Charakterisierung angstbedingten Verhaltens nützlich ist: der „fixed ratio conflict“. Um die inneren Zustände der Versuchssubjekte zu quantifizieren, die relevant für Emotionen und Ängste sind, werden wir das Verhalten mit Hilfe komplexer Arten des Reinforcement Learning modellieren (ein zentraler Punkt der Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Japan). Dieses Vorgehen wird uns die Möglichkeit bieten, die Regionen zu identifizieren, in denen die EMS kausale Änderungen von Verhalten im Zusammenhang mit Angstzuständen hervorrufen kann. Anschließend werden wir fMRT-Scans des gesamten Gehirns an narkotisierten Primaten durchführen, um zu untersuchen, wie die EMS weitreichende Aktivität beeinflusst. Unser Vorgehen könnte erste Hinweise dafür liefern, dass die Aktivierung des zusammenhängenden Netzwerks im Primatenhirn wichtig ist, um Angstzustände zu erzeugen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2041: Computational Connectomics
• Internationaler Bezug: Japan
• Partnerorganisation: Japan Agency for Medical Research and Development
• Kooperationspartner: Professor Ken-ichi Amemori, Ph.D.