Mäusestudien legen nahe, dass bestimmte Neuronen das Stay-or-Go-Verhalten beeinflussen

Tägliche Entscheidungen wie das Aufstehen von der Couch, um einen Snack zu sich zu nehmen oder verbleibende und surfende Kanäle können davon beeinflusst werden, welche Art von Nervenzelle im Gehirn aktiviert ist.

Neurowissenschaftler vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) haben nun wichtige Schaltungselemente identifiziert, die zu solchen Entscheidungen im anterioren cingulären Cortex (ACC), einem Teil des präfrontalen Cortex, beitragen.

In einer Studie veröffentlicht in NaturAdam Kepecs, Ph.D., und sein Team entdeckten zum ersten Mal bestimmte Gehirnzelltypen für ein bestimmtes Verhaltensmuster bei Mäusen - ein „Stay or Go“ -Muster, das als Nahrungssuche bezeichnet wird.

Das Papier zeigt, dass das Brennen von zwei verschiedenen Arten von inhibitorischen Neuronen, bekannt als Somatostatin (SOM) - und Parvalbumin (PV) -Neuronen, eine starke Korrelation mit dem Beginn und dem Ende einer Periode des Futtersuchverhaltens aufweist.

Die Verknüpfung bestimmter neuronaler Typen mit genau definierten Verhaltensweisen hat sich als äußerst schwierig erwiesen.

"Es gibt eine große Wissenslücke zwischen unserem Verständnis der Neuronentypen hinsichtlich ihrer physischen Position und ihres Platzes in einem bestimmten neuronalen Schaltkreis und dem, was diese Neuronen tatsächlich während des Verhaltens tun", sagte Kepecs.

Ein Teil des Problems ist die technische Herausforderung, diese Studien an lebenden, frei verhaltenen Mäusen durchzuführen.

Der Schlüssel zur Lösung dieses Problems ist ein im Labor des Cold Spring Harbor Laboratory entwickeltes Mausmodell, bei dem die Maus eine genetische Veränderung aufweist, die es den Forschern ermöglicht, eine bestimmte Population von Neuronen mit einem beliebigen Protein von Interesse anzusprechen.

Die von Duda Kvitsiani und Sachin Ranade angeführte Kepecs-Gruppe verwendete diese Maus, um bestimmte Neuronentypen im ACC mit einem lichtaktivierten Protein zu markieren - eine Technik, die als optogenetisches Tagging bekannt ist.

Wann immer sie Licht auf das Gehirn der Mäuse strahlten, von denen sie aufzeichneten, reagierten nur die markierten PV- und SOM-Neuronen sofort mit einem Aktivitätsanstieg, so dass die Forscher sie aus der großen Vielfalt der zu einem bestimmten Zeitpunkt beobachteten zellulären Reaktionen heraussuchen konnten.

Das Team zeichnete die neuronale Aktivität im ACC dieser Mäuse auf, während sie sich auf Nahrungssuche einließen.

Sie entdeckten, dass die PV- und SOM-hemmenden Neuronen etwa zum Zeitpunkt der Nahrungssuche reagierten - mit anderen Worten, ob sie bleiben und trinken oder woanders hingehen und erforschen sollten. Insbesondere wenn die Mäuse einen Bereich betraten, in dem sie eine Wasserbelohnung sammeln konnten, schalteten sich SOM-hemmende Neuronen ab und traten in eine Phase geringer Aktivität ein, wodurch ein „Tor“ geöffnet wurde, über das Informationen in ACC einfließen konnten.

Als die Mäuse beschlossen, diesen Bereich zu verlassen und sich anderswo umzusehen, feuerten PV-inhibitorische Neuronen und setzten die Zellaktivität abrupt zurück.

"Das Gehirn ist komplex und kontinuierlich aktiv. Daher ist es sinnvoll, dass diese beiden Arten von hemmenden Interneuronen die Grenzen eines Verhaltens definieren, z. B. das Suchen, Öffnen und Schließen des 'Tors' innerhalb eines bestimmten neuronalen Kreislaufs durch Änderungen ihrer Aktivität." sagte Kepecs.

Dies ist ein wichtiger Fortschritt, der sich mit einem Problem in der Verhaltensneurowissenschaft befasst, das Wissenschaftler als „Zoo für kortikale Reaktionen“ bezeichnen.

Wenn Forscher während des Verhaltens die neuronale Aktivität im Kortex aufzeichnen und nicht wissen, von welcher Art von Neuronen sie aufzeichnen, wird eine verwirrende Reihe von Reaktionen beobachtet.

Dies erschwert die Interpretationsaufgabe erheblich. Daher die Bedeutung der Ergebnisse des Kepecs-Teams, die zum ersten Mal zeigen, dass bestimmte kortikale Neuronentypen mit bestimmten Verhaltensaspekten verknüpft werden können.

„Wir denken über das Gehirn und das Verhalten in Bezug auf Ebenen nach. Was sind die Zelltypen und welche Schaltungen oder Netzwerke bilden sie? in welchen Regionen des Gehirns sie sich befinden; und welches Verhalten von ihnen moduliert wird “, sagte Kepecs.

"Durch die Beobachtung, dass die Aktivität bestimmter Zelltypen im präfrontalen Kortex mit einer Verhaltensperiode korreliert, haben wir einen Zusammenhang zwischen diesen Ebenen identifiziert."

Quelle: Cold Spring Harbor Laboratory