Summary

English:

A fundamental feature of the brain is its ability to acquire and store novel information, which enables the individual organism to adapt to its changing environment. Learning and memory are dependent on the capacity of nerve cells to change the efficacy of their communication points, the synapses. These plastic changes depend on correlated neuronal activity of communicating neurons and are expressed as long-term potentiation (LTP) as well as long-term depression (LTD) of synaptic transmission. Synaptic plasticity had first been proposed and subsequently demonstrated at glutamatergic synapses in networks of excitatory principal cells (Hebb, 1949; Bliss & Lomo, 1973). Since then, synaptic plasticity in excitatory networks has been increasingly well documented, and is widely accepted today as the main neural mechanism underlying learning and memory in the brain (Malenka, 2003; Feldman & Brecht, 2005). In contrast, plasticity in GABAergic inhibitory interneurons (INs) was controversial for a long time and its functional contribution to higher brain function remained speculative (McBain et al., 1999). However, a number of recent studies demonstrated that plastic changes also take place at glutamatergic synapses onto INs (Isaac et al., 2007; Kullmann & Lamsa, 2007; Lange et al., 2012; Topolnik, 2012). Moreover, these investigations revealed an unexpected variety in the conditions and forms of synaptic plasticity in these cells (Kullmann & Lamsa, 2011), raising the possibility that plasticity in INs could contribute to information processing in a very versatile, cell type- and synapse-specific manner. It further indicates that changes in the properties of INs will have a wide-range impact on neuronal network function and thus may underlie major brain disorders. Therefore, in the RU, we aim to decipher the contribution of IN plasticity to learning and memory in a dual approach. First, in a ‘bottom up’ approach, we aim to identify the cellular and molecular mechanisms underlying synaptic plasticity in GABAergic cells. Second, in a ‘top down’ work stream, we will investigate the relationship between IN plasticity, network activity, learning and memory-relevant behaviour. To achieve our goal, we will apply an interdisciplinary approach, combining in vivo and in vitro electrophysiology, neuroanatomy, imaging, molecular biology, optogenetics, behavioural and computational analyses in a concerted, integrative and causal manner.

German:

Eine fundamentale Eigenschaft des Gehirns ist die Fähigkeit, neue Innformationen zu erwerben und zu speichern, um es Individuen zu ermöglichen, sich an ihre verändernde Umwelt anzupassen. Lernen und Gedächtnis werden von der Fähigkeit der Nervenzellen vermittelt, die Effizienz ihrer Kommunikationsstellen, der Synapsen, zu verändern. Diese plastischen Veränderungen hängen von der korrelierten neuronalen Aktivität kommunizierender Nervenzellen ab und beinhalten sowohl Langzeitpotenzierung (LTP) als auch Langzeitdepression (LTD) der synaptischen Transmission. Synaptische Plastizität wurde erstmals für glutamatergen Synapsen in Netzwerken exzitatorischer Prinzipalzellen erstmals vorgeschlagen und im Anschluss auch nachgewiesen (Hebb, 1949; Bliss & Lomo, 1973). Seitdem wurde synaptische Plastizität kontinuierlich in exzitatorischen Netzwerken nachgewiesen und gilt heute als zentraler neuronaler Mechanismus, der Gedächtnsbildung im Zentralnervensystem (Malenka, 2003; Feldman & Brecht, 2005). Im Gegensatz dazu wurde die synaptische Plastizität in GABAergen inhibitorischen Interneuronen (INs) lange Zeit kontrovers diskutiert und ihr Beitrag zu höheren Gehirnfunktionen blieb lange Zeit spekulativ (McBain, et al., 1999). Jüngst haben zahlreiche Untersuchungen jedoch gezeigt, dass synaptische Plastizität an glutamatergen Eingängen GABAerger INs auftritt (Isaac et al., 2007; Kullmann & Lamsa, 2007; Lange et al., 2012; Topolnik, 2012). Zudem wiesen diese Untersuchungen eine große Vielfalt der Bedingungen und Formen synaptischer Plastizität in diesen Neuronen nach (Kullmann & Lamsa, 2011). Diese Befunde führten zu der Hypothese, dass Plastizität in INs in einer vielfältigen, zelltyp- und synapsenspezifischen Weise zur Informationsverarbeitung beitragen könnte. Sie ließen weiterhin vermuten, dass Änderungen in der IN Plastizität weitreichende Auswirkungen auf neuronale Netzwerkfunktionen würden und somit schweren Gehirnerkrankungen zu Grunde liegen könnten. Aus diesem Grund möchten wir in der Forschergruppe die Bedeutung der IN Plastizität für Lernen und Gedächtnis in einem dualen Ansatz entschlüsseln. Erstens möchten wir in einem ‚bottom-up’-Ansatz die zellulären und molekularen Mechanismen der synaptischen Plastizität in GABAergen Zellen identifizieren. Zweitens beabsichtigen wir in einem ‚top-down’-Ansatz das Verhältnis zwischen IN Plastizität, Netzwerkaktivität, Lernen und gedächtnisrelevantem Verhalten zu ermitteln. Um unser Ziel zu erreichen, werden wir einem interdisziplinären Ansatz folgen, der in vivo und in vitro Elektrophysiologie, Neuroanatomie, bildgebende Verfahren, molekulare Biologie, Optogenetik, Verhaltensuntersuchungen und rechnergesteuerte Analysen in einer gemeinsamen, integrativen und kausalen Weise kombiniert.

Sektionen

Summary

Start Footer

Benutzerspezifische Werkzeuge

Sektionen

Sektionen

Artikelaktionen

Summary

Start Footer

Benutzerspezifische Werkzeuge