Strukturelle und funktionelle Plastizität assoziiert mit Gedächtnis-Konsolidierung im Pilzkörper-Calyx

Eine Hauptaufgabe des Nervensystems ist es, den Informationsfluss aus der Umgebung, der zur Definition des Verhaltens dient und in bleibenden Erinnerungen gespeichert werden kann, zu kodieren und zu verarbeiten. Ein konservierter Weg zum Filtern und Extrahieren essentieller Hinweise beinhaltet die Erzeugung von spärlichen ("sparse") Repräsentationen. Der Insektenpilzkörper (MB) ist ein Hirnneuropil, das am assoziativen Gedächtnis beteiligt ist und ein Modell für sparse Kodierung darstellt. Hier werden olfaktorische Informationen von Projektionsneuronen (PNs) an die Kenyonzellen (KCs) des MB geliefert. Innerhalb der MB-Eingangsregion, dem Calyx, kontaktieren PN boutons mehrere klauenartige Dendritenenden von KCs, wobei Mikroglomeruli (MGs) gebildet werden. Im Rahmen einer Zusammenarbeit nutzten wir die im Labor von Dr. Bock (Janelia Research Campus, HHMI) generierte Rekonstruktion eines kompletten erwachsenen Fliegengehirns auf der EM-Ebene, um eine erste detaillierte 3D-Rekonstruktion eines MG zu erstellen und alle Neuronen, die dazu beitragen zu identifizieren. Diese hochauflösende Beschreibung des MG-Mikroschaltkreises hat eine Reihe von Fragen aufgeworfen, die für die sparse Kodierung und die Konsolidierung von Erinnerungen relevant sind und die wir nun im vorliegenden Antrag behandeln wollen. Insbesondere werden wir untersuchen, ob MGs Recheneinheiten darstellen und ob MGs in größeren Einheiten funktionell im Calyx organisiert sein könnten. Weiterhin werden wir die Topologie der modulierenden Inputs im Calyx und die detaillierte Rolle von inhibitorischen Schaltkreisen untersuchen. Diese Experimente werden zeigen, ob und wie lokale Mikroschaltkreise zur sparse Darstellung von olfaktorischen Informationen im MB beitragen. Kürzlich haben wir gezeigt, dass MGs während der Gedächtniskonsolidierung strukturelle Veränderungen erfahren. Wir schlagen nun vor, zu untersuchen, inwiefern die strukturellen Veränderungen, die wir beschrieben haben, modifizierten funktionellen Reaktionen in den MGs entsprechen. Diese Experimente werden wichtige Einblicke in die Rolle des MB-Inputbereichs bei der Geruchsverarbeitung während der Gedächtniskonsolidierung geben. Auf der Grundlage der strukturellen und funktionellen Analyse der MGs werden wir dann beginnen, die zellbiologischen Mechanismen zu untersuchen, die der strukturellen MG-Um-Modellierung im erwachsenen Calyx zugrunde liegen. Langfristig werden diese Experimente Werkzeuge liefern, um direkte Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen strukturellen Modifikationen und Aspekten der Gedächtniskonsolidierung an identifizierten Synapsen zu stellen.