Visualisierung der synaptischen homöostatischen Plastizität: Verknüpfung synaptischer Veränderungen während des Schlafes mit dem Lernen in Drosophila

• Antragsteller: Sridhar Jagannathan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467545627

Schlaf ist ein grundlegender physiologischer Prozess, der im gesamten Tierreich konserviert ist. Während Schlaf für viele Verhaltensweisen von entscheidender Bedeutung ist - Schlafentzug führt zu Aufmerksamkeitsverlusten und Gedächtnisstörungen -, bleibt dessen biologische Kernfunktion eines der größten Rätsel der Neurobiologie. Die Hypothese der synaptischen Homöostase besagt, dass Schlaf synaptische Plastizität reguliert und dadurch das Lernen erleichtert. In diesem Projekt werde ich untersuchen, wie Schlafentzug die synaptische Plastizität im genetisch verfolgbaren Drosophila-System stört. Ich werde die Wechselwirkung zwischen Schlaf und synaptischen Skalierungs-, Gedächtnis- und Aufmerksamkeitsprozessen anhand von molekularen und Schaltkreisanzeigen im sich verhaltenden Tier untersuchen. Geruchsspeicher werden an Synapsen zwischen Kenyon-Zellen (KCs) und einer kleinen Anzahl von MB-Ausgangsneuronen (MBONs) gespeichert. KC-MBON-Synapsen werden durch dopaminerge Neuronen (DANs) moduliert, die diesen Gerüchen Wertigkeit zuweisen. Experimentelle Co-Aktivierung von DANs mit Geruch kann aversive oder appetitliche Erinnerungen implantieren. Ich werde DANs zusammen mit Gerüchen aktivieren, um mehrere Tage andauernde aversive Erinnerungen auszulösen. Zunächst werde ich die Stärke und molekulare Zusammensetzung von KC-MBON-Kontakten im Laufe der Zeit zusammen mit der Gedächtnisleistung der Tiere nach Schlafentzug aufzeichnen. Zweitens, um die Auswirkung von Schlafentzug auf Aufmerksamkeit und Gedächtnis zu untersuchen, werde ich maschinelles Lernen verwenden, um die KC-Aktivität zu klassifizieren und zu untersuchen, ob Geruchsrepräsentationen intakt sind, selbst wenn das Abrufen des Gedächtnisses beeinträchtigt ist. Drittens werde ich die MBON-Dynamik von Versuch zu Versuch mit dem Verhalten verknüpfen. Schließlich werde ich Auslesungen der synaptischen Stärke mit der MBON-Dynamik nach Schlafentzug verbinden, um zu untersuchen, wie der Schlaf die KC-MBON-Plastizität im Kontext der Gedächtnisbildung und des Lernens moduliert.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle