Experience-induced synaptic plasticity and network activity in visual cortex

I prosjektet har vi undersøkt hvordan bearbeider hjernen sanseinformasjon og omformer disse til minner. Det finnes ulike former for læring som involverer forskjellige hjerneområder, men felles er at det skjer strukturelle og funksjonelle endringer i kontaktpunktene mellom hjernecellene slik at minner kan lagres og hentes frem igjen. Vi benyttet oss av at dyr lett lærer og husker assosiasjoner mellom et nøytralt stimuli med noe ubehagelig. I studiet kunne vi vise hvordan nervecellenettverk i fryktsenteret amygdala samarbeider med områder av synshjernebarken for å langtidslagring av slik minner. I et annet forsøk har vi kartlagt hvilke nervecellenettverk i hjernen som er ansvarlig for ulike typer fryktresponser hos rotte. Her har vi kombinert genetisk manipulering i form av optogenetikk i kombinasjon med adferdsstudier, immunohistokjemi og elektrofysiologi. I et siste forsøk har vi etablert en adferdsoppgave for mus hvor vi kan studere hva som skjer med nervecellene under læring. Hjernestrukturene som ansvarlig for fryktadferd involverer evolusjonært svært gamle noe som også vil si at deres oppbygning og funksjon er godt bevart opp gjennom dyreriket og helt opp til oss mennesker. Kunnskapen fra prosjektet kan derfor bidra til å forstå hva som skjer i psykiske lidelser som for eksempel angst, depresjon og posttramuatisk stresslidelse. Arbeidene har inngått som endel av tre doktorgrader ved Universitetet i Oslo.

Prosjektet omfattet grunnforskning for å forstå hvordan hjernen lærer og hvilke nevrale og molekylære mekanismer som bidrar til dette. To postdoktorer var ansatt i prosjektet. Den ene av disse har jobb i annen sektor mens den andre har valgt å forfølge en karriere i akademia. Postdoktorene erhvervet er ny kompetanse som var viktig for deres utvikling. I tillegg bygger prosjektleders forskningsgruppe videre på de teknikker og kompetanse som ble etablert i prosjektet. Postdoktorene fikk medveilederansvar for tre PhD kandidater som jobbet på komplementære prosjekter og på den måten bidro til prosjektgjennomføringen. Veilederkompetansen er viktig for kvalifisering til toppstillinger i akademia. Internasjonale samarbeid ble introdusert i forbindelse med prosjektet. Disse videreføres nå i andre NFR støttede prosjekter til prosjektleder som Toppforsk. Forskningsresultatene og de nye samarbeidene danner også grunnlag for planlagte søknader fra prosjektleder til NFR og ERC (CoG 2021).

The way in which we perceive the world is highly influenced by previous experiences and the state of mind. The response properties of neurons in primary sensory cortices remain malleable throughout life and the existence of such plasticity and the charact eristics of a form of implicit learning known as perceptual learning suggest that changes in primary sensory cortex may mediate learning. While much knowledge a of sensory systems has been garnered from animals under deep anesthesia, the state that is mos t inimical to new learning, the next step in neuroscience is to study cortical processing in awake and behaving animals. I propose to identify the neural fingerprint that reflects learning of sensory experiences in cortical circuits from structural change s of synapses to changes in the population code of neural ensembles in behaving animals. To achieve this, I will make use of advanced techniques such as large-scale electrophysiological recordings, two-photon laser-scanning microscopy, and genetic tools f or celltype-specific genetic interference. We will induce activity-dependent plasticity experimentally through learning the animals to associate salient cues the and directly assess the effects of these processes on synapse dynamics and network activity i n visual cortex. The research outcome will identify mechanisms underlying basic cortical plasticity and function that will have great impact on our understanding of normal brain function and help our understanding of what fails in the diseased brain. The outcome of these experiments on behaving animals will open an avenue of directions on which I will pursues my future research to untangle how experience modifies cortical circuits to form long-lasting memories.