Zelltyp-spezifische Informationsverarbeitung im Mikronetzwerk des medialen entorhinalen Kortex
Multineuronale Aktivitätsmuster in kleinen Netzwerken gelten als elementare Repräsentationen kognitiver oder behavioraler Elemente. Komplexe Aktivität geht dabei in der Regel mit der Aktivierung multipler Netzwerke einher, die gleichzeitig oder sequentiell aktiviert werden. Repräsentationen räumlicher Kontexte werden im hippocampal-entorhinalen System gebildet und anschließend als ‘sharp wave-ripple‘ Komplexe (SPW-R) in den Neokortex übertragen, der an der dauerhaften Speicherung (Konsolidierung) beteiligt ist. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch nicht bekannt. Wir haben das Ziel, den ersten Schritt dieser Weiterleitung zu analysieren, nämlich die Übertragung von SPW-R vom Hippocampus in den medialen entorhinalen Kortex (mEC) der Maus. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass die hippocampalen SPW-R in der Schicht V des mEC zwei strukturell und funktionell getrennte Sub-Netzwerke aktivieren. Diese parallelen Aktivitätsströme lassen sich zwei unterschiedlichen Typen von Pyramidenzellen (Schicht Va und Vb) zuordnen, die distinkten intrakortikalen Mikronetzwerken angehören. Wir untersuchen die Konnektivität dieser Netzwerke, die ihre unterschiedlichen Aktivitätsmuster, die zugrundeliegenden synaptischen Mechanismen und speziell die Rolle inhibitorischer Interneurone bei der Strukturierung und Trennung der Aktivitätsmuster. Damit soll am Beispiel eines wichtigen Modellsystems die segregierte und parallele Informationsverarbeitung in kortikalen Netzwerken besser verstanden werden.
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430282670
(A) 3D-Modell der hippocampalen Formation und des entorhinalen Kortex der Maus (modifiziert nach dem Allen Brain Atlas; https://atlas.brain-map.org/). Die typische Lage der von uns untersuchten Horizontalschnitte ist gelb markiert. (B) Schematische Darstellung eines Horizontalschnitts mit eingezeichneter Position einer extrazellulären Feldpotential-Elektrode (FP) in der hippocampalen CA1-Region sowie zweier Patch Clamp-Elektroden in Schicht Va bzw. Vb des entorhinalen Kortex. Die Daten rechts im Bild zeigen zelluläre- (farbig) bzw. Feldpotentiale (schwarz) während eines spontan auftretenden SPW-R in CA1.
Z-Projektion des konfokalen Fluoreszenzbildes von Biocytin-gefüllten Zellen der Schicht Va bzw. Vb des entorhinalen Kortex. Der Schicht-Vb-„Marker“ Ctip2 ist in roter Farbe überlagert (Immunfärbung). Kleine Bilder rechts: Somata der beiden Zellen in vergrößerter Darstellung.
Funktionelle Verbindungen (“Konnektivität“) zwischen dem dorsalen Hippocampus und Schicht Va bzw. Vb des mEC. (A) Injektion eines AAV-Vektors zur Expression von Channelrhodopsin in den dorsalen Hippocampus (dHS). Eingezeichnete Linien markieren die Schnittebenen für die spätere Analyse. (B) Z-Projektion konfokaler Bilder eines Biocytin-gefüllten Neurons in mEC Schicht Va mit Ctip2 Immunfärbung (links) und Färbung der hippocampalen Axone, die mit hChR2-EYFP Immunfluoreszenz detektiert wurden (rechts). Gestrichelte Linie markiert die ungefähre Grenze zwischen Schicht Vb and Va. Eingefügte Bilder zeigen das Soma in stärkerer Vergrößerung. (C) Schematische Darstellung eines horizontalen hippocampal-entorhinalen Schnittpräparats, in dem durch Licht-Stimulation Axone aus dem dorsalen Hippocampus aktiviert werden. (D) Licht-evozierte EPSPs in Neuronen der Schichten Va and Vb. Die elektrophysiologischen Beispieldaten zeigen Antworten auf zwei unterschiedlich starke Stimuli. Kalibrierung: 2 ms, 0.5 mV.
Lichtpulse: 1 ms.
