Projekte: Entwicklungsbiologie psychiatrischer Störungen

Durstewitz D, Kelsch W. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft SFB 636: TP B08: Phasische Dopaminmodulation von Spike-Timing-Dependent-Plasticity und deren Implikationen für assoziatives Lernen. 01/2012-12/2015.

A long-standing behavioral, pharmacological, and electrophysiological literature relates dopamine (DA) to reinforcement learning and reward prediction. In particular the phasic firing of DA midbrain neurons has been interpreted as an important learning signal that may drive adaptive processes in DA-innervated target regions. These processes are also thought to be of major clinical relevance in addiction, posttraumatic stress and anxiety disorders. One of the major DA target areas is the medial prefrontal cortex (mPFC) which itself has been implicated in associative rule learning and extinction. DA is known to modulate long-term-potentiation and -depression in the mPFC, but only very few studies so far have dealt with DA-modulation of spike-timing-dependent plasticity (STDP), a relatively recent phenomenon of particular relevance to associative learning theories. While previous studies were mainly performed in juvenile animals and with tonic pharmacological stimulation of DA receptors, here we aim to investigate DA-modulation of STDP at prefrontal cortico-cortical connections between pyramidal cells and interneurons in adult preparations in vitro. To overcome previous limitations in selectively and phasically stimulating DA fibers into the mPFC, optogenetic tools will be used. The putative role of the recently discovered parallel or co-release of glutamate from VTA neurons will be studied as well. The experimental findings will be translated into a formal STDP rule which will be further explored in biophysical neural network simulations for its role in mPFC-mediated associative and extinction learning. Computational predictions will be fed back into experimental design. Thus, by combining slice-electrophysiological, optogenetic, and neuro-computational methods we aim to gain deeper insights into the role of phasic DA signals in regulating synaptic plasticity, associative and extinction learning.

Kelsch W. DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft KE 1661/1-1: Wiring new neurons within adult brain circuits (Emmy Noether Nachwuchsgruppe). 04/2012-11/2015.

Die Integration neugebildeter Nervenzellen geschieht unter unterschiedlichen Bedingungen im sich entwickelnden und adulten Säugergehirn. Um die Entwicklung neuronaler Netzwerke besser zu verstehen und Läsionen im Gehirn zielgerichtet zu beheben, benötigen wir Kenntnis der Faktoren, die die Organisation neuronaler Verbindungsmuster bestimmen. Unsere gegenwärtige Kenntnis über den Einfluss genetischer Faktoren auf die Entwicklung neuronaler Verbindungsmuster ist überraschend gering. Erste Daten zeigen, dass sowohl im Riechhirn als auch in der Großhirnrinde bestimmte zelltypspezifische Verbindungen bereits in neuronalen Stammzellen festgelegt sind. Es bleibt jedoch unklar, in welchem Ausmaß diese genetische Bestimmung von äußeren Einflüssen überschrieben werden kann. Wir planen nun im Riechirn die genetische Bestimmung zelltypspezifischer Verbindungen weiter zu untersuchen und zu klären, ob das Muster, mit dem neue Nervenzellen im adulten ZNS Verbindungen mit verschiedenen Zelltypen eingehen, bereits in adulten Stammzellen festgelegt ist oder durch Eigenschaften des adulten Netzwerks bestimmt wird. Weiterhin werden wir in der Entwicklung der Großhirnrinde untersuchen, in welchem Ausmass genetisch festgelegte Verbindungsmuster durch äußere Einflüsse verändert werden können. Diese Arbeiten sollen zu einem besseren Verständnis der Faktoren beitragen, die die Entstehung neuronaler Verbindungen im sich entwickelnden und adulten ZNS steuern.