Dokument: Optogenetische Untersuchung von medialen präfrontalen Afferenzen der subthalamischen Region bei der Entscheidungsfindung
| Titel: | Optogenetische Untersuchung von medialen präfrontalen Afferenzen der subthalamischen Region bei der Entscheidungsfindung | |||||||
| Weiterer Titel: | Optogenetic investigation of medioprefrontal inputs to subthalamic region during decision making | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=57023 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210803-111331-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Heikenfeld, Carla [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Schnitzler, Alfons [Gutachter] Prof. Dr. von Gall, Charlotte [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Es liegen anatomische Erkenntnisse vor, dass die subthalamische Region (ST), die den Nucleus subthalamicus (STN) und die Zona incerta (ZI) umfasst, Projektionen des medialen präfrontalen Kortex (mPFC) erhält und eine wichtige Rolle bei adaptivem Verhalten spielt. Klinische Studien weisen darauf hin, dass der STN an der Entscheidungsfindung beteiligt ist, da an Parkinson erkrankte Patienten während einer therapeutischen Tiefen Hirnstimulation des STN eine veränderte Dynamik des Entscheidungsfindens in Bezug auf Konfliktfragen aufweisen. Sowohl mPFC als auch die ZI sind bei exekutiven Prozessen involviert. Die neuronalen Schaltkreise des konflikt-geladenen Entscheidungsfindens sind jedoch unerforscht. Im Vordergrund dieser Arbeit steht die Verhaltensfunktion des mPFC-ST-Schaltkreises und dessen Bezug zu struktureller und funktioneller Konnektivität zwischen den beiden Regionen. Diese wurden mittels optogenetischer, mikroskopischer und elektrophysiologischer Methoden bei Mäusen analysiert.
Bestandteil der Versuche waren Mäuse (eNPAC2.0 n= 8, YFP-Kontrolle n= 10). Zur Untersuchung der Entscheidungsfindung der Mäuse, wurden ein T-maze und ein erhöhtes plus maze verwendet. In diesen Modellen wurden die Mäuse dem Konflikt zwischen Neugier und Angst ausgesetzt und mussten eine adaptiv-relevante Entscheidung treffen. Durch Optogenetik können genetisch modifizierte Zellen, die lichtempfindliche Kanäle oder Pumpen exprimieren, hypo- oder depolarisiert werden. Dieser Vorteil wird eingesetzt, um bestimmte Neurone in ihren Verschaltungen zu steuern. Ein adenoassoziiertes Virus ermöglicht die Exprimierung des dualen Channelrhodopsin-YFP-Halorhodopsin Konstrukts (eNPAC2.0) oder des fluoreszierenden Proteins YFP in Neuronen. Unter der Kontrolle des Synapsin-Promotors wurde das virale Konstrukt in einer ersten Operation exprimiert. In einer zweiten Operation wurden die optischen Fasern und zusätzlich in fünf Tieren (n= 5), multikanale Mikroelektroden in mPFC und/oder ST, implantiert, um lokale Feldpotentiale ableiten zu können. Die konfokale Bildgebung wies daraufhin, dass bei Mäusen ein wesentlicher Teil der mPFC-Fasern separat vom medialen Vorderhirnbündel innerhalb der Pedunculi cerebri (CP) läuft. Viele Fasern der CP verlaufen zum STN und ZI, sodass die Axone visualisiert werden konnten. Die Ableitungen lokaler Feldpotentiale zeigten ein cross-frequency coupling (CFC). Dies bedeutet, dass in bestimmten Phasen der langsamen Oszillationen (hier Theta, 5-10 Hz), schnellere Oszillationen (Gamma, 60-90 Hz) eingenistet sind. Eine optogenetische Intervention mit diesem Koordinationsmuster hat eine korrekte Entscheidungsfindung im T-maze stark beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu zeigten die Mäuse im elevated plus maze lediglich eine Tendenz zu längeren Entscheidungszeiten, wobei die optogenetisch gehemmte Gruppe weder ängstlicher, neugieriger noch aktiver war, als die Kontrollgruppe. Insgesamt weisen die Ergebnisse darauf hin, dass die Projektionen von mPFC zu ST und insbesondere die CFC Aktivität an dem Prozess der Arbeitsgedächtnis gestützten Entscheidungsfindung beteiligt sind.According to the latest anatomical findings the subthalamic region (ST), consisting of Nucleus subthalamicus (STN) and Zona incerta (ZI), receives inputs from the medial prefrontal Cortex (mPFC) and has a leading role in adaptive behaviour. Clinical studies have shown that STN plays a role in decision-making. Parkinson’s diseased patients show a change in the dynamic of decision-making in high-conflict situations during therapeutic deep brain stimulation of STN. ZI as well as mPFC are both involved in executive processes. However the neuronal circuit during decision-making are yet unknown and remain unexplored. The main goal of this work is to clarify the functions of the mPFC-ST-circuit considering behaviour and its functional and structural connectivity between these regions. During the study mice were used (eNPAC n= 8, YFP control n= 10). T-maze and elevated plus maze have been used to examine decision-making. During the tasks the animals have been exposed to different conflicts. In the elevated plus maze the animals were put in a conflict between novelty seeking related behaviour and anxiety, during the other task spatial working memory and decision-making was checked. Using optogenetics, it is possible that genetically modified cells express channels or pumps, which lead to a hyper- or depolarization of the cell by light-activation. This tool is used to manipulate activity of neurons and of their projections. An adeno-associative virus enables the expression of the dual construct Channelrhodopsin-YFP-Halorhodopsin (eNPAC2.0) or the fluorescent protein YFP for the control group. Neurons were targeted using the Synapsin promotor. During first surgery the viral construct has been injected. In the second surgery optic fibres and, in additional five mice (n= 5), multichannel electrodes for local field potential (LFP) recordings have been implanted in mPFC and/or ST. The confocal images have shown that a substantial part of the mPFC projections run separately from the medial forebrain bundle in the cerebral peduncles (CP). Many mPFC fibres within CP terminated in STN and ZI. The LFP recordings showed cross-frequency coupling. This indicates that faster oscillations (gamma, 60-90 Hz) were entraines at a frequency of slow oscillations (here theta, 4-10 Hz). An optogenetic intervention with this coordination pattern had a strong influence on decision-making in the T-maze, leading to a worse performance of the mice expressing eNPAC2.0. On the contrary the mice did not show any effect of anxiety-related behaviours in the elevated plus maze. In comparison the optogenetic inhibited group did not show changes in anxiety or motor activity. Altogether our results implicate mPFC projections to ST, and cross-frequency coupling between the regions, in spatial working memory-based decision-making. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 03.08.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 03.08.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 01.02.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 13.07.2021 |
