Erforschung der neuronalen Repräsentation von auditorischen Reizen in der Maus mit Hilfe von grossräumiger Kalziumbildgebung

• Antragsteller: Dr. Robert Prevedel
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458898724

Unser sensorisches System hat die bemerkenswerte Fähigkeit sehr verschiedene Arten von sensorischen Stimuli zu interpretieren. Ein besonderes Beispiel ist die Fähigkeit unseres Hörsinnes den räumlichen Ursprung eines Geräusches zu identifizieren, welche überaus wichtig für Tiere ist um Beute zu finden und Gefahren zu entgehen. Bei Menschen mit schweren Gehörverlust ist diese Fähigkeit besonders eingeschränkt, was Bemühungen beflügelt zu verstehen wie das auditorische System räumliche Information repräsentiert (‚kodiert‘) und durch die verschiedenen Ebenen des Hörpfades leitet.Das Antwortverhalten von Neuronen die auf bestimmte räumliche Geräuschsignale getrimmt sind wurde bisher umfassend erforscht. Allerdings ist die Information die von einzelnen Neuronen kodiert wird sehr begrenzt, weil deren Verhalten sehr störanfällig und typischerweise sehr breit abgestimmt sind. Daher ist die akkurate und stabile Repräsentation von räumlichen Geräuschen vermutlich durch eine abgestimmte Aktivität von Populationen von Neuronen kodiert. Der Colliculus inferior (IC) stellt hier eine Kernregion des Hörpfades dar um dies zu studieren, da hier auf- und absteigende Inputs konvergieren. Wie diese Information in strukturierte Populationsantworten (‚Populations-code‘) umgesetzt wird und in höheren Bereichen des IC dekodiert wird muss noch aufgeklärt werden. Daher wollen wir in diesem Projekt untersuchen wie der Ursprungsort und Einfallswinkel eines Geräusches in der horizontalen Ebene (Azimut) im Populations-verhalten des IC kodiert wird. Da diese Aktivitäten typischerweise über einen großen räumlichen Bereich verteilt sind, war es bisher schwierig diese mit gegenwärtiger Technologie zu identifizieren und mit der Wahrnehmung zu verbinden. Um dieses Problem in Angriff zu nehmen, werden wir eine vor Kurzem in unserem Labor entwickelte Methode adaptieren, die es erlaubt auf ultra-schnelle Weise die Aktivität von Neuronen in 3D über Kalziumbildgebung zu visualisieren. Dies wird uns erlauben tausende von Neuronen in einem 0.5x0.5x0.5mm Volumen des IC gleichzeitig zu erfassen, während wir Mäusen Geräusche aus verschiedenen horizontalen Einfallswinkeln präsentieren.Um den neuronalen Code zu identifizieren werden wir die so gemessenen Populationsaktivitäten mit Hilfe von fortgeschrittenen Clusteranalysemethoden auswerten. Dies wird uns erlauben die Repräsentationen der neuronalen IC Populationen zu erkunden und die Dekodierung in höheren Ebenen des Hörpfades zu studieren, um unsere Resultate schließlich mit verschiedenen theoretischen Dekodierungsmodellen zu vergleichen. Das Ergebnis dieses Projektes wird die erste Charakterisierung des neuronalen Populationskode von räumlichen Geräuschrichtungen im IC sein und uns einen beachtlichen Einblick in die Dekodierung von höheren Neuronen geben. Unsere Erkenntnisse könnten einen signifikanten Beitrag zum Design von neuen und verbesserten Neuroprothesen leisten um schwerhörigen Patienten durch gezielte Implantate zu helfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Italien
• Kooperationspartner: Dr. Hiroki Asari; Dr. Brice Bathellier