Die neuronale Steuerung des Schlaf-Wach-Zyklus
Obwohl die alternierenden Wach- und Schlafzustände in der Welt der Tiere omnipräsent sind, ist nur wenig über die Regulationsmechanismen und deren Zweck bekannt. Im Rahmen des Projekts SEROTONINSLEEP (Serotonergic regulation of sleep related neural circuit) wurde untersucht, wie das Serotonin und Hypocretin der Neuropeptide beim Schlafzyklus interagieren. Die Forscher beobachteten die optomotorische Reaktion (optomotor response, OMR), welche als Stabilisator für Bewegungen in einer gerade Linie fungiert. Über eine Messung des Schwimmverhaltens im Verhältnis zu Mono- und Binokularbewegungen wurden neue Instrumente für die Auslegung neuronaler Daten in einem großen Maßstab und für die Identifizierung betroffener Hirnregionen entwickelt. Die Nutzung von Untersuchungen zu begleitenden Verhaltensweisen und zu neuronalen Systemen kann daraufhin auf die Schlaf- und Wachforschung angewandt werden. Daten zur Bewegungsanalyse und -modellierung führten zur Entwicklung von Algorithmen für die Lenkung der augen- und bewegungsspezifischen Bewegung. Die Schwimmrundenfrequenz und Richtungsänderungen wurden unabhängig voneinander moduliert. Dies legt bei egozentrischen Bewegungsmustern getrennte, sich jedoch überlappende Informationskanäle nahe. Zur Kartierung des gesamten neuronalen Schaltkreises verwendeten die Wissenschaftler eine Gesamthirn-Tomographie und eine zielgerichtete Zwei-Photonen-Calcium-Bildgebung sowie eine Cluster-Analyse zu neuronalen Reaktionsklassen. Die Beobachtungen implizieren, dass es einen spezifischen dendritischen Baum gibt, der dafür verantwortlich ist, sensorische Daten an den Schaltkreis zu senden. Die nachfolgenden Bewegungsanweisungen werden daraufhin in spezifischen prämotorischen Arealen verarbeitet. Die Untersuchung der OMR verspricht die Bereitstellung einer Plattform für die Analyse anderer Reiz-Handlung-Beziehungen. Das hieraus entstehende Rahmengerüst könnte als solide Grundlage fungieren, um zu verstehen, wie sich Schlaf, Wachzustände und Pharmakologie auf neuronale Aktivitäten und das Verhalten innerhalb des Gehirns von Wirbeltieren auswirken. Zu den Publikationen, die aus SEROTONINSLEEP hervorgehen, zählen unter anderem Paper in Nature Methods, Neuron, eLife und Cell.
Schlüsselbegriffe
Schlaf-Wach-Zyklus, Zebrafisch, Serotonin, Hypocretin, optomotorische Reaktion, Modell, Algorithmen
