Strukturelle und funktionelle Plastizität neuronaler Netzwerke im Hippokampus des jungen und alternden Gehirns

• Antragsteller: Dr. Gregor-Alexander Pilz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Entwicklungsneurobiologie ; Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466396759

Im gyrus dentatus des Hippocampus bilden neuronale Stammzellen ein Leben lang Neurone, sogenannte Körnerzellen. Im Verlauf dieser adulten Neurogenese migrieren die neu gebildeten Zellen, reifen aus und integrieren in das vorhandene Netzwerk des Hippocampus. Diese neu gebildeten Neurone spielen eine funktionelle Rolle in spezifischen Formen des Lernens. Zudem sind veränderte Raten der adulten Neurogenese mit Krankheiten des Neuropsychiatrischen Spektrums assoziiert. Um ein komplettes Bild der dynamischen adulten Neurogenese – von Teilung der Stammzelle bis zur Integration – zeichnen zu können, war es notwendig eine Technik zur kontinuierlichen Beobachtung der Stammzelle und ihrer Tochterzellen zu etablieren. Kontinuierliche 2 Photonen Mikroskopie durch ein Fenster oberhalb des Hippocampus ermöglicht eine genaue Beschreibung des Verhaltens neuronaler Stammzellen und auch die Aufnahme neuronaler Aktivität der Körnerzellen im wachen Tier. Nichtsdestotrotz bleiben wichtige Fragen, beispielsweise wie adult gebildete Neurone erfolgreich ausreifen und integrieren, oder welchen exakten Einfluss sie auf die Funktion des neuronalen Netzwerks im Hippocampus ausüben. Daher möchte ich drei entscheidende Fragen der adulten Neurogenese und der Funktion des Hippocampus bearbeiten. Ich werde mit chronischer Mikroskopie der Frage nachgehen, welche Voraussetzungen in Bezug auf Morphologie und Funktionalität für die erfolgreiche Integration junger Neurone entscheidend sind. Zudem werde ich Moleküle und physiologischen Bedingungen untersuchen welche die Integration positiv beeinflussen können. Während ihrer Ausreifung und Integration besitzen adult gebildete Neurone spezifische physiologische Eigenschaften und erfüllen spezielle Funktionen innerhalb des Netzwerks. Welche exakte Rolle adult gebildete Neurone in Informationsverarbeitung und Gedächtnisbildung des Hippocampus (DG – CA3) über den Verlauf ihrer Integration spielen ist bisher offen. Ich werde dies durch optische Aufnahme neuronaler Netzwerkaktivität bei gleichzeitiger gezielter Manipulation der Aktivität adult gebildeter Neuronen im Verhaltensexperiment untersuchen. Zu diesem Zweck wird ein Verhaltensexperiment welches spezifisch die Funktion des gyrus dentatus adressiert verwendet werden. Schwierigkeiten im Abrufen von alten, aber auch bei der Bildung von neuen Gedächtnisinhalten treten häufig im Alter auf. Gleichzeitig sinkt auch die Rate der adulten Neurogenese. Welche funktionelle Rolle die mit dem Alter abnehmenden neu gebildeten Neuronen in der Funktion des Hippocampus spielen wird ebenfalls mithilfe von in vivo Mikroskopie aufgeklärt werden. Zudem wollen wir untersuchen, ob eine Stimulation adulter Neurogenese, durch verschiedene physiologischen Interventionen, Funktionalität und Gedächtnisbildung im alternden Gehirn unterstützen oder wiederherstellen kann. Mit der Beantwortung dieser Fragen können wir ein kompletteres Bild der Rolle adulter Neurogenese in der Funktion des Hippocampus zeichnen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Miniature Microscope for In Vivo
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)