Correlated network activity forms computational subcircuits in the accessory olfactory bulb

• Korrelierte Netzwerkaktivität führt zur Bildung von informationskodierenden Subnetzwerken im akzessorischen olfaktorischen Bulbus

Malinowski, Sebastian Tobias; Spehr, Marc (Thesis advisor); Ben-Shaul, Yoram (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Für die meisten Säugetiere ist das akzessorische olfaktorische System (AOS) unverzichtbar, da es deren Sozialverhalten und den Hormonhaushalt beeinflusst. In diesem wichtigen und gleichzeitig recht reduktionistischen System stellt der akzessorische olfaktorische Bulbus (AOB) die erste Stufe der Informationsverarbeitung dar. Überraschenderweise sind die grundlegenden Prinzipien der Informationsverarbeitung in diesem Gehirnareal unbekannt. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass der Grundzustand der Aktivität von AOB Mitralzellen (AMCs) hauptsächlich durch langsame Oszillationen charakterisiert ist. Dies ist sowohl in vitro als auch in vivo der Fall. In vitro zeigen ca. 50% aller AMCs periodische Aktivität, in vivo 29%. Ich konnte nachweisen, dass durch zeitgleiche rhythmische Aktivität von AMCs synchronisierte Subnetzwerke entstehen, die als informationskodierende Einheiten in der Mitralzellschicht fungieren. Hierdurch wird komplexe Informationsverarbeitung möglich, da diese synchronisierten Oszillationen einen neuen zeitlichen Kodierungsmechanismus darstellen. Durch starke zeitlich gekoppelte Oszillationen wird die Informationsverarbeitung beispielsweise resistenter gegen internes Rauschen im Netzwerk. Dies ist für die Funktion des AOS unverzichtbar. Weiterhin konnte ich den Einfluss von GABAergen synaptischen Verbindungen auf die Subnetzwerke im AOB beschreiben. Meine Daten zeigen, dass Projektionen höherer Gehirnareale die Formation von Subnetzwerken, und damit der Informationsverarbeitung im AOB, beeinflussen können. Zusätzlich ermöglicht meine Arbeit erstmals die Kalziumfluktuationen von AMCs auf Einzelzellebene in vivo auf Populationsebene zu messen. Hiermit konnte ich erstmalig korrelierte Netzwerkaktivität im AOB in vivo beschreiben. Diese Ergebnisse stützen die Befunde bezüglich der Subnetzwerke aus in vitro Messungen. AMC Aktivität auf Einzelzellebene im lebenden Tier mit komplett intaktem olfaktorischem System mittels eines genetisch exprimierten Kalziumindikators zu messen eröffnet die Möglichkeit viele Fragen in Bezug auf die Physiologie des AOS zu beantworten. Beispielsweise konnte ich drei verschiedene AMC Populationen anhand ihrer Physiologie beschreiben: oszillierend, irregulär "bursting" und irregulär. Hierdurch konnte ich untermauern, dass AMCs eine heterogene Neuronen Population darstellen. Die von mir in dieser Arbeit etablierten Methoden werden maßgeblich dazu beitragen die Physiologie des AOS in Zukunft besser zu verstehen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Chemosensorik [163310]