AG Staiger

Menu Options

AG Staiger


Einleitung

Kolumnäre Module können als Basiseinheit für die kortikale Informationsverarbeitung angesehen werden. Unser Interesse gilt der Verarbeitung von taktiler Information im primären somatosensorischen Kortex, wo bei Nagern Barrel-assoziierte Kolumnen besonders gut zu identifizieren sind. Wegen der ausgeprägten Heterogenität der Neurone in einer kortikalen Kolumne erscheint uns der Ansatz die funktionelle und strukturelle Konnektivität von einzelnen, definierten Neuronen in vitro und in vivo zu untersuchen besonders aussichtsreich, um das grundlegende Prinzip der kolumnären Informationsverarbeitung zu erkennen.

Am Modellsystem des Barrel-Kortex von Ratte und Maus (siehe Abbildung) arbeiten wir an vielfältigen Fragestellungen zur Konnektivität von exzitatorischen und inhibitorischen Neurone, um den Bauplan der kortikalen Mikroschaltkreise entschlüsseln zu können.



Der linke Teil zeigt schematisch den whisker-to-barrel-pathway bei Nagern. Die Schnurrharre (Vibrissen, whiskers) nehmen mit den in ihren Follikeln sitzenden Mechanorezeptoren diskret Anteile der äußeren Welt wahr. Diese taktile Information wird über trigeminale Afferenzen zu den Modulen in den Hirnstammkernen (barrelettes), von dort in den Thalamus (barreloids) und schließlich zur bewussten Wahrnehmung in den primären somatosensorischen Kortex (barrels) geleitet. Der rechte Teil zeigt, dass es eine Vorzugsverschaltung zwischen den Modulen gibt, die jeweils für die Information der gleichen Vibrisse kodieren. Im Kortex findet in den Schaltkreisen der verschiedenen Schichten (I-VI) einer Barrel-assoziierten Kolumne eine Integration der Information statt, die durch die verschiedenen Vibrissen aufgenommen wurde. So kann aus den ursprünglichen Teilinformationen eine einheitliche Wahrnehmung (z.B. Walnuss) entstehen.

Ziele
Ein neuer Forschungsansatz beschäftigt sich mit der Suche nach Mausmutanten oder Knock-out Mäusen, die eine deutliche Störung im Bauplan des Kortex aufweisen. Hierbei sollen alle Module der Informationsverarbeitung des trigeminalen somatosensorischen Systems untersucht werden, nämlich die Barrelettes im Hirnstamm, die Barreloids im Thalamus so wie die Barrels und die mit ihnen assoziierten Kolumnen im Neokortex. Auf diese Weise kann ausgeschlossen werden, dass die eventuelle kortikale Störung eine bloße Phänokopie des Defektes subkortikaler Verarbeitungsstationen von taktilen Reizen darstellt. Als Mausmodelle untersuchen wir derzeit solche mit Störungen in der "Vertikalität" (barrelless; oder: GAP-43 knock outs) und in der "Horizontalität" (reeler; oder: VLDLR/ApoER2-, Dab1 knock outs). Das Ziel dieses Ansatzes ist, einerseits, herauszufinden bis zu welchem Grad an kortikaler Desorganisation eine entwicklungsabhängige Plastizität des Kortex überhaupt noch die Ausbildung einer Kolumne gewährleisten kann. Falls Tiere ohne Kolumnen dabei identifiziert werden können, dann sollen hiermit, andererseits, auch "Strukturdefekt-Funktionsausfall-Untersuchungen" durchgeführt werden.

Diese Ziele wollen wir mit einem multimethodischen, interdisziplinären Ansatz erreichen.