Neue Erkenntnisse zur visuellen Wahrnehmung
Bislang war es nicht möglich, durch Erforschung neuronaler Schaltkreise kontextuelle Modulationen zu erklären, da die räumliche und zeitliche Auflösung begrenzt war. Die jüngsten Fortschritte in der Optogenetik lieferten allerdings spektakuläre Einblicke in die Zellspezifität und räumlich-zeitliche Steuerung der neuronalen Aktivität. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Controlling conscious visual perception with light" (A LIGHT ON VISION) untersuchte den primären visuellen Kortex (V1) des Gehirns mittels Optogenetik und elektrophysiologischer Aufnahmen neuronaler Schaltkreise. Schwerpunkt war die kontextuelle Modulation und Unterdrückung von Umgebungsrauschen. Letztere findet vor allem im V1 statt, indem Neuronen ein kleineres Signal in Reaktion auf einen Reiz erzeugen, der das neuronale Rezeptorfeld übersteigt. Zur Beschreibung dieses Phänomens wurden bereits mehrere Hypothesen herangezogen, die jedoch nicht untermauert werden konnten. Die neuronale Aktivität wurde bei narkotisierten Mäusen mit flächigen Elektroden im V1-Kortex aufgezeichnet, wobei Rückmeldungen selektiv durch optogenetische Interventionen gehemmt wurden. Für die selektive Hemmung wurde der lichtgesteuerte Kationenkanal Kanalrhodopsin-2 in inhibitorischen Neuronen exprimiert, und zwar mithilfe einer Aktivierung mit blauem Licht. Die Ergebnisse zeigten, dass nach der anfänglichen Antwort Umgebungsrauschen unterdrückt wird, was nahe legt, dass eine wiederholte Verarbeitung der Signale stattfindet. Die Bedeutung der Kommunikation zwischen den Kortexen wurde getestet, indem Rückmeldungen aus den höheren visuellen Arealen wie der lateromedialen oder anterolateralen Region während der V1-Aufnahme unterbrochen wurden. Vorläufige Ergebnisse bestätigen die Theorie der Unterdrückung von Umgebungsrauschen, da keine verringerte neuronale Reaktion von V1 auf stärkere Reize bei der Unterbrechung von Rückkopplungssignalen zu beobachten war. In weiteren Untersuchungen sollen diese Ergebnisse nun validiert werden, und vor allem an Mausmodellen bestätigt werden. Das Projekt hat damit deutlich das Potenzial optogenetischer Interventionen für die Erforschung komplexer Hirnfunktionen durch selektive Aktivierung oder Hemmung aufgezeigt, was die Neurobiologie revolutionieren könnte. Zukünftige Anwendungen umfassen die Behandlung und Rehabilitation von psychiatrischen und anderen psychischen Störungen.
Schlüsselbegriffe
Visuelle Reize, neuronale Aktivierung, Hemmung, kontextuelle Modulation, Unterdrückung von Umgebungsrauschen, neuronale Schaltkreise, Optogenetik, primärer visueller Kortex, Kanalrhodopsin