Entwicklung kognitiver Flexibilität als Ergebnis altersabhängiger Entstehung präfrontaler Verschaltung in juvenilen Mäusen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ileana L. Hanganu-Opatz
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437610067

Die meisten Fähigkeiten, die zur kognitiven Flexibilität beitragen, wie das Arbeitsgedächtnis, reifen gleichzeitig mit der Entwicklung präfrontaler Netzwerke. Dementsprechend verbessern sie sich während der Kindheit bis zum Erwachsenalter und verschlechtern sich erst nach dem mittleren Lebensalter. Dahingegen erreichen andere Aspekte der kognitiven Flexibilität wie zum Beispiel die Entscheidungsfindung die maximale Leistung in der juvenilen Alter. Die Prinzipien, die die Entwicklung kognitiver Fähigkeiten in Bezug zu den neuronalen Netzwerken sowie die Leistungsunterschiede im Arbeitsgedächtnis im Vergleich zur Entscheidungsfindung während der Entwicklung bestimmen, sind weitgehend unbekannt. Unsere vorherigen Untersuchungen in Nagetieren zeigten, dass kurz nach der Geburt der mediale präfrontale Cortex eine umfangreiche Reifung erfährt. Im Zuge dessen entsteht oszillatorische Aktivität, die für die kognitive Leistung junger Erwachsener von großer Bedeutung ist. Auf der anderen Seite ist fehlerhafte Aktivität während der frühen Entwicklung ein Merkmal der Funktionsstörung in Mausmodellen neuropsychiatrischer Erkrankungen. Abgesehen von der sehr frühen Entwicklungsphase kurz nach der Geburt wurde die juvenile Periode / Adoleszenz als eine sensitive Zeitspanne für die (Re)organisation neuronaler Netzwerke und Entstehung kognitiver Fähigkeiten vorgeschlagen. Hier werden wir die dynamische Entstehung präfrontaler Ensembles während Arbeitsgedächtnis und Entscheidungsfindung erfassen und ihrer Task-abhängige Beeinflussung durch thalamische und hippokampale Eingänge charakterisieren. Zu diesem Zweck werden wir elektrophysiologische Ableitungen mit optogenetischer Stimulation in einem neu-entwickelten Setup für die Erfassung juvenilen Mausverhaltens kombinieren. Wir nehmen an, dass während der beiden kognitive Aufgaben die präfrontalen Ensembles unterschiedlich organisiert und beeinflusst werden. Als Erstes werden wir untersuchen, wie einzelne Neuronen und Ensembles in dem prälimbischen Teil des präfrontalen Cortex die altersabhängige Arbeitsgedächtnis- und Entscheidungsfindungsleistung codieren. In Überstimmung mit der Kernhypothese 1 schlagen wir vor, dass die synchronizitäsbasierte Zusammenfügung präfrontaler Neuronen in Ensembles, die durch Beteiligung unterschiedlicher Populationen von Interneuronen kontrolliert ist, der Verhaltensleitung zugrunde liegt. Zweites werden wir der Kernhypothese 3 folgend die Beteiligung hippokampaler und thalamischer Eingänge für die altersabhängige Entstehung präfrontaler Ensembles während Arbeitsgedächtnis- und Entscheidungsfindung-Aufgaben erfassen. Letztendlich werden wir untersuchen, ob die temporale Organisation präfrontaler Ensembles im juvenilen Alter die adulte Verhaltensleistung voraussagt. Die erworbenen Erkenntnisse werden helfen, die Grundprinzipien, nach denen sich die kognitive Flexibilität im Verhältnis zu der dynamischen Entstehung präfrontaler Ensembles entwickelt, aufzuklären.

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