Z01
Das Service-Projekt Z01 stellt moderne Technologien zur Visualisierung von Engrammen für den SFB zur Verfügung. Darüber hinaus werden neurotrope Viren für die in vivo Analyse neuronaler Netzwerke produziert und transgene Mauslinien etabliert, die einen direkten interventionalen Zugang zu neuronalen Ressourcen der Kognition ermöglichen. Mit räumliche Transkriptomik wollen wir es den Mitgliedern des SFB ermöglichen, für die Gedächtnisbildung relevante zelluläre Genexpressionsmuster innerhalb von Hirnregionen zu untersuchen und gleichzeitig deren räumlichen Kontext zu bewahren.
Gruppenleitung
Prof. Dr. Thomas Nickl-Jockschat
Prof. Dr. Michael R. Kreutz
Prof. Dr. Oliver Stork
Gruppenmitglieder
Dr. Rajeev Raman
Dr. Pingan Yuanxiang
Wie wird die Aktivität lokaler neuronaler Netzwerke visualisiert?
Z01 bietet den Mitgliedern des CRC eine Reihe von genetisch kodierten Werkzeugen, die aktivierte neuronale Ensembles aufspüren und markieren können, wie CaMPARI2, RAM und Dual e-GRASP. Einige dieser Methoden erlauben auch den Einsatz von opto- und chemogenetischen Werkzeugen, was den Forschern letztlich die Kontrolle über das Verhalten gibt.
Wie können globale neuronale Netzwerke dargestellt werden?
Ändert sich die neuronale Aktivität in einer bestimmten Hirnregion, so verändert sich auch die Blutversorgung für diese Region. Dieser, auch als neuro-vaskuläre Kopplung bekannter Mechanismus, kann mit der funktionellen Magnetresonanz-tomographie (fMRT) nicht-invasiv gemessen werden. Im gesamten Gehirn der untersuchten Tiere (Maus, Gerbil oder Ratte) werden Veränderungen in einzelnen hämodynamischen Parametern, wie Blutfluss /-volumen oder Blutsauerstoffsättigung, mit einer hohen räumlichen Auflösung (≤ 400 µm) gemessen. Sobald sich in unterschiedlichen Regionen die hämodynamischen Parameter gleichartig in einem bestimmten Zeitrahmen ändern (korrelieren), ist es wahrscheinlich, dass sich auch die dort vorhandenen neuronalen Aktivitäten ähneln, d.h. dass diese Neuronenpopulationen interagieren.
Wie kann man den Einfluss lokaler neuronaler Netzwerkaktivität auf globale neuronale Netze untersuchen?
Lokale neuronale Netzwerke können durch Manipulationen spezifischer Neurone innerhalb des Netzwerk mittels verschiedener molekularer Techniken beeinflusst werden. So kann die Expression von DREADDs (Designer Receptor Exclusively Activated by Designer Drugs) oder Opsinen in bestimmten Neuronen gezielt die Aktivität in einem dazugehörigen lokalen neuronalen Netz (in einem bestimmten Zeitraum) verändern, z.B. durch die Gabe eines Aktivators für DREADDs oder durch Laserlicht-Stimulation der Opsine. Wenn solch eine Manipulation eines lokalen neuronalen Netzwerkes während einer fMRT Messung erfolgt, werden auch mögliche Veränderungen globaler neuronaler Netzwerke messbar. Das bedeutet, dass der Vergleich der fMRT Aktivierungsmuster vor und während der Stimulation der DREADDs oder Opsine zeigt, welche Interaktionen zwischen einzelnen Hirnstrukturen durch das moduliert lokalen Netzwerk reguliert werden.
Ziele unseres Projektes
In den einzelnen Teilprojekten des SFBs werden verschiedene zelluläre Mechanismen untersucht, die als neurale Ressource für kognitive Flexibilität dienen können und den potentiellen Transfer dieser Leistung von einer Aufgabe auf eine andere ermöglichen. All diesen Ansätzen ist gemein, dass sie über eine Modifikation lokaler Netzwerkeigenschaften vermittelt werden, die wiederum, um auch verhaltensrelevant zu werden, auch Veränderungen globaler Netzwerk-eigenschaften bedürfen. Daher bieten wir in diesem zentralen Projekt Methoden zur Identifizierung von Engrammzellen und ihren neuronalen Ensembles sowie Methoden zur Messung der Aktivität lokaler und globaler neuronaler Netzwerke an. Z01 fungiert als Plattform, auf der die teilnehmenden Labore von den etablierten Werkzeuge und dem gesammelten Fachwissen aller Nutzer profitieren können.
Blick in die Zukunft
Das Zentralprojekt Z01 wird auch in Zukunft den SFB auf dem neuesten Stand der Technik halten, um die Aktivität neuronaler Netze im Zusammenhang mit neuronalen Ressourcen auf mikro-, meso- und makroskopischer Ebene zu kartieren. Darüber hinaus sollen die molekularbiologischen Techniken genutzt werden, um insbesondere neuronale Netzwerke zu identifizieren die für die Engrammbildung verantwortlich. Eine gezielte Aktivierung und damit auch eine genauere Charakterisierung dieser Netzwerke sollte ein besseres Verständnis für Mechanismen von neuronalen Ressource für kognitive Flexibilität ermöglichen.
Publikationen des Projektes Z01
Alberto Arboit, Karla Krautwald, Frank Angenstein
Grochowska KM, Sperveslage M, Raman R, Failla AV, Głów D, Schulze C, Laprell L, Fehse B, Kreutz MR
Gürsel Çalışkan, Yunus E. Demiray, Oliver Stork
Karpova A, Samer S, Turacak R, Yuanxiang P, Kreutz MR.
Andres-Alonso M, Borgmeyer M, Mirzapourdelavar H, Lormann J, Klein K, Schweizer M, Hoffmeister-Ullerich S, Oelschlegel AM, Dityatev A, Kreutz MR
Guilherme M Gomes, Julia Bär, Anna Karpova, Michael R Kreutz
K. M Grochowska, G. M Gomes, R. Raman, R. Kaushik, L. Sosulina, H. Kaneko, A. M Oelschlegel, P. Yuanxiang, I. Reyes-Resina, G. Bayraktar, S. Samer, C. Spilker, M. S Woo, M. Morawski, J. Goldschmidt, M. A Friese, S. Rossner, G. Navarro, S. Remy, C. Reissner, A. Karpova, M. R Kreutz
Syed Ahsan Raza, Katharina Klinger, Miguel del Ángel, Yunus Emre Demiray, Gürsel Çalışkan, Michael R. Kreutz, Oliver Stork
Katarzyna M Grochowska, Maria Andres-Alonso, Anna Karpova, Michael R Kreutz
Alessandro Dario Confettura, Eleonora Cuboni, Mohamed Rafeet Ammar, Shaobo Jia, Guilherme M Gomes, PingAn Yuanxiang, Rajeev Raman, Tingting Li , Katarzyna M Grochowska, Robert Ahrends, Anna Karpova, Alexander Dityatev, Michael R Kreutz
Marie Oulé, Erika Atucha, Tenyse M Wells, Tamar Macharadze, Magdalena M Sauvage, Michael R Kreutz, Jeffrey Lopez-Rojas
Ullsperger M, Stork O
Louise Martens, Luisa Herrmann, Lejla Colic, Meng Li, Anni Richter, Gusalija Behnisch, Oliver Stork, Constanze Seidenbecher, Björn H Schott, Martin Waltern, Gregor Laube, Michael R. Kreutz & Anna Karpova
Sebastian Samer, Rajeev Raman, Gregor Laube, Michael R. Kreutz & Anna Karpova
Andres-Alonso M, Kreutz MR, Karpova A