Tilbake til søkeresultatene

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

Optical dissection of a cortical head direction circuit

Alternativ tittel: Optisk disseksjon av en hoderetnings nervenettverk

Tildelt: kr 9,9 mill.

Hvordan kan komplekse kognitive funksjoner, slik som tenking, hukommelse og problemløsning, oppstå ut av hjernes nervenettverk? For å forstå dette må vi først forstå enklere kognitive funksjoner og nervebaner. En grunnleggende kognitiv funksjon som ofte blir tatt for gitt er retningssansen. Lukker man øynene kjenner man dens tilstedeværelse ved at man fortsatt klarer å navigere rundt i rommet. Hos pattedyr finner man hoderetnings celler (HR celler) som gjennom sin aktivitet danner et nevralt grunnlag for denne sansen. Hver av disse cellene har sin foretrukne hoderetning i forhold til rommet, og sammen kan de fungere som et indre kompass. Selv om HR celler ble oppdaget for mer enn 30 år siden, vet vi fortsatt lite om hvordan deres egenskaper kan oppstå gjennom hjernens nervenettverk. Ny teknologisk utvikling i vårt laboratorium kan nå kanskje hjelpe oss med å finne svar på dette spørsmålet. Vi har utviklet et mikroskop som gjør det mulig å måle aktiviteten til tusenvis av nerveceller i hjernen til en mus, samtidig som dyret blir rotert rundt sin egen akse. Til nå har vi allerede demonstrert at vi kan følge aktiviteten til HR celler over flere uker og vi vil nå benytte denne metode for å studere HR celler i hjernebarken. Vi tror denne metoden vil hjelpe oss med å forstå hvordan nervenettverk kan beregne hoderetning og samtidig bringe nye teknikker for å analysere nevrale nettverk inn i nevrovitenskapen. I løpet av prosjektets første år oppdaget vi i tillegg til HD celler også celler i det samme nettverket som responderer selektivt på svinging. Noen HD celler er også sving-selektive. Dette er et interessant resultat fordi flere tiår gamle modeller har hevdet at slike sving-selektive cellene eksisterer, noe som vi nå har eksperimentelt bekreftet. I prosjektets andre og tredje år har vi konsolidert funnene våre om at det er vinkelhodehastighetsceller i retrosplenial cortex. Videre fant vi ut at denne celletypen var mye mer utbredt enn tidligere antatt.

How do complex cognitive functions such as reasoning, memory and problem solving, emerge from the properties of neural circuits? To answer this question we must start perhaps by studying simple cognitive functions and tractable circuits. A basic cognitive function that is often taken for granted is our sense of direction. You become more aware of its function once you close your eyes and realize that you can still navigate your environment. In mammals, the so-called head direction cells (HD cells) form a neural substrate for this ability by firing when an animal is facing a specific direction. Thus these cells act like an internal compass. While HD cells were discovered more than 30 years ago, how their directional tuning properties emerge from the underlying circuits is still unknown due to technical limitations. Capitalizing on recent technical developments in my lab, I propose a novel approach; 1) We will study HD cells in the retrosplenial cortex of mice. This is a superficial cortical circuit that has the important advantage of allowing easy access with powerful new optical methods to dissect circuit functions. 2) We developed a novel arena for rodents that is compatible with two-photon microscopy; It restrains the head, yet it allows controlled rotations in an environment with visual cues. We can image the activity of hundreds of neurons simultaneously with genetically encoded Ca2+ indicators while maintaining precise behavioral and sensory control. The arena is also sufficiently stable for in-vivo whole-cell patch-clamp recordings. The innovative methods that we developed and the choice of an accessible circuit, will allow us for the first time to determine HD tuning at every level of the neural circuit: somata, dendrites, dendritic spines and axons. We believe this will allow us to reveal how cortical circuits compute HD, and will provide the systems neuroscience community with new capabilities for cellular analysis of circuits.

Aktivitet:

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

Finansieringskilder