Modulation of brain activity and sensory computations by habenula-dorsal raphe circuitry

Våre emosjonelle tilstander har en betydelig innvirkning på måten vi oppfatter verden vår på. For eksempel kan vår reaksjon på den høye lyden av fyrverkeri være veldig annerledes hvis vi har en avslappet kveld med familien i motsetning til hvis vi er engstelige rett etter en trafikkulykke. Denne sterke moduleringen av nevral prosessering er avgjørende for å ta de riktige beslutningene under forskjellige omstendigheter ved å evaluere både våre indre følelsesmessige tilstander og signaler fra miljøet rundt oss. Enhver dysfunksjon i disse prosessene kan føre til humørsykdommer. Til tross for at stemningslidelser er vanlig i samfunnet, er det fortsatt ikke klart hvilke nevrale mekanismer som ligger til grunn for hvordan våre emosjonelle tilstander påvirker måten vi oppfatter verden vår på. Hovedmålet med dette prosjektet er å forstå hvordan følelsesmessige tilstander regulerer hjerneaktivitet og sammenkobling, og hvordan disse endringene i sin tur modifiserer sensorisk informasjonsbehandling i virveldyrhjernen. I løpet av denne første perioden etablerte vi en rekke atferdsmessige analyser som lar oss måle og kvantifisere dyrs emosjonelle tilstander med fokus på fôring og defensiv atferd. Våre foreløpige resultater viser at genetisk forstyrrelse av habenula og raphe har en direkte innvirkning på denne oppførselen. Videre etablerte vi avbildningsstrategier, som nå lar oss overvåke hjerneaktivitet hos dyr med genetisk forstyrret habenula og raphe. Våre foreløpige resultater viser genetisk forstyrrelse av raphe og habenula endrer synkronisering av forhjernene. Vi analyserer for tiden disse datasettene for ytterligere innsikt i disse endringene. Til slutt utviklet vi også en genetisk strategi, der vi genetisk kan identifisere forskjellige komponenter i habenula og raphe, mens vi avbilder resten av nevrale populasjoner. Vi forventer at videreføring av disse eksperimentene vil tillate oss å undersøke forholdet mellom spesifikke habenula- og raphe -nevroner med resten av forhjernene. På grunn av COVID19 -situasjonen er ansettelsen og inngangen til flere av våre nye labmedlemmer til Norge forsinket betydelig. Dette forsinket starten på noen av våre eksperimenter. Heldigvis er teknikeren som jobber med prosjektet veldig erfaren. Denne godt utdannede teknikeren har allerede samlet flere lovende datasett, og utdanner nå nye laboratoriemedlemmer til å bidra til dette prosjektet.

Our internal state constantly modulates the way we perceive our world. For example, our reaction to the sound of fireworks can be very different if we are having a relaxed evening, or right after a traffic accident. Such modulation of sensory computations is essential for making correct decisions by evaluating the environmental cues within the context of our internal state. Indeed, this process is critical for survival as it help us recognize what is important and initiate appropriate behaviors. Any dysfunction in these processes can lead to a variety of mood disorders. Yet, it is not clear what neural mechanisms underlie how our internal state affects the way we perceive our world. One major brain circuitry important for regulating internal states in various context is the habenula-dorsal raphe circuitry. Habenula and dorsal raphe are evolutionarily conserved brain regions that play important roles in learning, prediction of outcomes, aversion/attraction and sleep. However, the precise role of this circuitry in modulating brain activity and sensory computations is yet to be understood. In this proposal we will determine the role of habenula-dorsal raphe circuitry in modulating brain activity, sensory computations and animal behavior. To achieve this goal: 1) We will investigate the impact of specific perturbations of habenula-dorsal raphe circuitry in sensory induced behaviors. 2) We will determine how opto-/chemogenetic perturbations of habenula-dorsal raphe circuitry modulate the activity, the functional connectivity and the sensory responses of the entire forebrain circuits of awake/behaving juvenile zebrafish. The habenula-dorsal raphe circuitry is known to be associated with several neuropsychological conditions, such as mood disorders and addiction in humans. Our results will reveal the neural computations underlying the role of this network in modulating the sensory responses.