Projektbeschreibung
Somatosensorische synaptische Plastizität im Licht der Forschung
Das menschliche Gehirn weist eine außergewöhnliche Plastizität auf – also die Fähigkeit zur Veränderung, die sich in zahlreichen biophysischen Manifestationen äußert und für diverse Prozesse dient, die vom Gedächtnis bis zur Regeneration nach Traumata reichen. Die synaptische Plastizität, d. h. Veränderungen der Verbindungen zwischen Neuronen, ist oft die Folge veränderter Inputs von präsynaptischen Neuronen, durch die sich die Reaktionen in postsynaptischen Neuronen langfristig verändern. Dieser Prozess lässt sich anhand von Tiermodellen besser untersuchen. Mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen erforscht das Projekt iMAC deshalb die synaptische Plastizität am somatosensorischen Kortex von Ratten nach Abschneiden der Tasthaare. Mithilfe optischer Methoden bewertet das Team im Einzelnen die Mechanismen hinter verstärkten exzitatorischen Phänomenen in postsynaptischen Zellen des Kortex, die mit absteigenden präsynaptischen Inputs von übergeordneten Zellen in Zusammenhang stehen.
Ziel
The rodent primary somatosensory cortex (S1) contains a malleable topographic map, in which cortical columns functionally represent individual facial whiskers. When all whiskers but two are trimmed, the cortical representations of the two spared whiskers partially fuse. This fusion is associated and possibly facilitated by an increase in NMDAR-mediated dendritic nonlinearities (plateau potentials) in L2/3 neurons, which are dependent on inputs from the higher-order posteromedial thalamic complex (POm). It has been shown that plateau potentials generated by these inputs can promote plasticity of sensory-related synaptic inputs. However, the spatiotemporal relationships between the plateau potential-generating POm and the sensory-related synaptic inputs on L2/3 neurons, and possible rearrangements therein during plasticity, are not understood.
Recently developed genetically encoded glutamate indicators (GEGIs), which the fellow was involved in, have enabled the visualization of active excitatory inputs. Here, the fellow proposes a novel methodology (iMAC, Input Mapping of Active Connections), where she combines two state-of-the-art optogenetics and optophysiology tools. A presynaptic light-sensitive opsin will allow optical activation of ascending POm inputs, while a postsynaptic GEGI will allow the visualization, i.e. mapping of the activated synapses on L2/3 pyramidal neurons. First, the fellow will establish a proto-map of these higher-order thalamocortical excitatory inputs in an ex vivo preparation, followed by a proof of principle in vivo in the awake mouse. Second, the fellow will compare the POm-driven synaptic maps with those recruited by whisker sensory stimulation in vivo. Third, she will determine how these rearrange upon sensory deprivation.
Altogether, this work will investigate the spatiotemporal relationships between POm and sensory-driven inputs onto L2/3 neurons and reveal possible rearrangements therein related to cortical map plasticity.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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