Lokale Schaltkreise und projektionsspezifische präfrontale Antwortvielfalt bei der Aktionskontrolle in Ratten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ilka Diester
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437610067

Entscheidungen über den Zeitpunkt einer Aktion hängen von internen und externen Faktoren ab. Externe Faktoren beziehen sich auf Hinweise aus der Umgebung, während interne Faktoren auf einem Zusammenspiel von Erfahrungen und daraus resultierenden Motivationszuständen und physischen Konditionen beruhen. Menschen und Tiere integrieren diese Faktoren und adaptieren daraufhin flexible ihr Verhalten, um ihre Erfolgsrate zu optimieren. Diese Entscheidungen werden zu einem großen Teil im präfrontalen Kortex (PFC) ausgeführt und müssen in Aktionspläne in motorischen Arealen umgewandelt werden, welche Signale zum Rückenmark senden. Es gibt verschiedene Pfade, die für den Informationstransfer zwischen dem PFC und Motorkortex infrage kommen. In diesem Projekt fokussieren wir uns auf den präfrontalen-thalamischen Pfad, wobei wir zwischen Projektionen zum mediodorsalen und dem ventromedialen thalamischen Nucleus (MD und VM) differenzieren. Wir werden testen, ob es einen qualitativen Unterschied zwischen den Informationen gibt, die aus dem medialen PFC (mPFC) über diese beiden Routen gesendet werden, und wie dies zu der flexiblen Formation von aufgabenabhängigen und outputabhängigen neuronalen Ensembles im mPFC beiträgt. Um diese Fragen zu beantworten, werden wir elektrophysiologische Messungen im prälimbischen (PL) Anteil des mPFC sowie im MD und VM während einer Motorvorbereitungs- bzw. Inhibitionsaufgabe in Ratten durchführen. Bei dieser Aufgabe reagieren Ratten auf einen Ton mit dem Loslassen eines Hebels. Durch das Variieren der Haltezeit und des Belohnungsregimes werden wir testen, welche Parameter für die Entscheidung über den Loslasszeitpunkt der Ratten essentiell sind. Mittels eines Reinforcement Learning Ansatzes werden wir diesen Prozess modellieren und so Regeln extrahieren, nach denen die Ratten agieren, und Faktoren zu neuronalen Antworten und Pfaden zuordnen. Um kreislaufspezifische Effekte zu untersuchen, werden wir die Pfade selektiv manipulieren, indem wir entweder den PL-MD oder den PL-VM Pfad optogenetisch blockieren. Diese Daten werden in ein rekurrentes neuronales Netzwerk (RNN) Model gefüttert, um Regeln der neuronalen Aktivität zu extrahieren, welche die Komplexität der neuronalen Antworten sowie neuronale Flexibilität erklären. Wie in der Kernhypothese 1 beschrieben, werden wir untersuchen, wie Muster der zeitlichen Koordination (Oszillationsausbrüche) präfrontale Ensembles dynamisch über die Aufgabe hinweg organisieren, und zwar in einer entscheidungs- und zustandsabhängigen Art und Weise. Wir nehmen an, dass neuronale Aktivitäten als neuronale Ensembles identifiziert werden können, welche über zeitlich organisierte Spikeaktivitäten definiert sind. Unterstützend zu Kernhypothese 2 nehmen wir an, dass diese präfrontalen Ensembles zumindest teilweise durch die ausgehenden Pfade zu MD und VM definiert sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5159: Aufschlüsselung präfrontaler Netzwerke der kognitiven Flexibilität