Neue Erkenntnisse zur visuellen Verarbeitung

Für ein besseres Verständnis von Hirnfunktionen ist es notwendig, Neuronen zu charakterisieren und ihre spezifische Funktion zu ermitteln. Ein EU-finanziertes Projekt untersuchte an der Netzhaut von Mäusen die Regelung vollständiger neuronaler Schaltkreises.

Gesundheit

Das Projekt NEURAL CIRCUITS forschte an Netzhautzellen eines Mausmodells, da die Komponenten dieser Netzhaut einfach aktiviert und überwacht werden können. Zur Klassifizierung einzelner Neuronentypen wurden transgene Mäuse mit genetisch markierten Zellen verwendet. Insbesondere wurden Amakrinzellen mit exogenen Proteinen versehen, die sich nach Bedarf ein- oder ausschalten lassen. Amakrinzellen sind Interneuronen, die mit den Ganglienzellen der Netzhaut verknüpft sind. Die Netzhaut besitzt die Fähigkeit, Lichtsignale differentiell zu verarbeiten – Stäbchen werden bei schwachem Lichteinfall bzw. unter skotopischen Bedingungen aktiviert, Zapfen hingegen bei Tageslicht. Mittels Zwei-Photonen-Mikroskopie und einem Mausmodell, bei dem verstärkt das Fluoreszenzprotein EYFP exprimiert wurde, wurde die Aktivität eines großen ON-Ganglienzelltyps untersucht, der sich typischerweise dicht unter der Netzhautoberfläche befindet (PV1). Vorherige Studien hatten gezeigt, dass PV1-Zellen keine Umgebung haben, wenn Stäbchen aktiviert werden, während bei hellem Licht die PV1-Zelle einen klaren Zentrum-Umfeld-Antagonismus zeigt. Dieses Phänomen ermöglicht die Detektion von Kanten und Kontrasten im visuellen Kortex. Wie sich herausstellte, korreliert der Schwellenwert für die ON-Zapfenbipolarzelle genau mit der Lichtmenge, bei der eine Hemmung in den PV1-Zellen nachgewiesen werden kann. Die selektive Aktivierung des hemmenden Umfelds wurde durch chemische Manipulation und elektrophysiologische Messungen genauer analysiert. Experimentelle Versuche zeigten, dass bei Amakrinzellen Gamma-Aminobuttersäure (GABA) als Neurotransmitter für das hemmende Umfeld fungiert. Sowohl der GABA-Inhibitor Picrotoxin als auch der Sodiumkanalblocker Tetrodoxin reduzierten die inhibitorischen Ströme. Das Erregungslevel blieb mithilfe des glycinergen Antagonisten Strychnin hingegen unbeeinflusst. Die GABAerge Hemmung trat nur bei Tageslicht auf, wenn Zapfen aktiviert werden, und wurde durch ON-Zapfenbipolarzellen vermittelt. Insgesamt zeigte das Projekt, dass ein Schalter für einen neuronalen Schaltkreis eine Weitfeld-GABAerge Amakrinzelle durch elektrische Kopplung mit ON-Zapfenbipolarzellen aktiviert, die durch Zapfenaktivierung ein- oder ausgeschaltet werden. Die Ergebnisse des Projekts NEURAL CIRCUITS haben demonstriert, auf welche Weise Informationen aus der Netzhaut verarbeitet werden. Die verwendeten Untersuchungsmethoden eignen sich auch für andere Hirnbereiche.

Functional Analysis of Genetically Identified Retinal Interneurons

Neue Erkenntnisse zur visuellen Verarbeitung

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