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Correlated network activity forms computational subcircuits in the accessory olfactory bulb = Korrelierte Netzwerkaktivität führt zur Bildung von informationskodierenden Subnetzwerken im akzessorischen olfaktorischen Bulbus
2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-08-30
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-08613
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/853121/files/853121.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mikroschaltkreise (frei) ; Olfaktorik (frei) ; Oszillationen (frei) ; accessory olfactory bulb (frei) ; akzessorischer olfaktorischer Bulbus (frei) ; microcircuits (frei) ; neuronal networks (frei) ; neuronalte Netzwerke (frei) ; olfaction (frei) ; oscillations (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570
Kurzfassung
Für die meisten Säugetiere ist das akzessorische olfaktorische System (AOS) unverzichtbar, da es deren Sozialverhalten und den Hormonhaushalt beeinflusst. In diesem wichtigen und gleichzeitig recht reduktionistischen System stellt der akzessorische olfaktorische Bulbus (AOB) die erste Stufe der Informationsverarbeitung dar. Überraschenderweise sind die grundlegenden Prinzipien der Informationsverarbeitung in diesem Gehirnareal unbekannt. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass der Grundzustand der Aktivität von AOB Mitralzellen (AMCs) hauptsächlich durch langsame Oszillationen charakterisiert ist. Dies ist sowohl in vitro als auch in vivo der Fall. In vitro zeigen ca. 50% aller AMCs periodische Aktivität, in vivo 29%. Ich konnte nachweisen, dass durch zeitgleiche rhythmische Aktivität von AMCs synchronisierte Subnetzwerke entstehen, die als informationskodierende Einheiten in der Mitralzellschicht fungieren. Hierdurch wird komplexe Informationsverarbeitung möglich, da diese synchronisierten Oszillationen einen neuen zeitlichen Kodierungsmechanismus darstellen. Durch starke zeitlich gekoppelte Oszillationen wird die Informationsverarbeitung beispielsweise resistenter gegen internes Rauschen im Netzwerk. Dies ist für die Funktion des AOS unverzichtbar. Weiterhin konnte ich den Einfluss von GABAergen synaptischen Verbindungen auf die Subnetzwerke im AOB beschreiben. Meine Daten zeigen, dass Projektionen höherer Gehirnareale die Formation von Subnetzwerken, und damit der Informationsverarbeitung im AOB, beeinflussen können. Zusätzlich ermöglicht meine Arbeit erstmals die Kalziumfluktuationen von AMCs auf Einzelzellebene in vivo auf Populationsebene zu messen. Hiermit konnte ich erstmalig korrelierte Netzwerkaktivität im AOB in vivo beschreiben. Diese Ergebnisse stützen die Befunde bezüglich der Subnetzwerke aus in vitro Messungen. AMC Aktivität auf Einzelzellebene im lebenden Tier mit komplett intaktem olfaktorischem System mittels eines genetisch exprimierten Kalziumindikators zu messen eröffnet die Möglichkeit viele Fragen in Bezug auf die Physiologie des AOS zu beantworten. Beispielsweise konnte ich drei verschiedene AMC Populationen anhand ihrer Physiologie beschreiben: oszillierend, irregulär „bursting“ und irregulär. Hierdurch konnte ich untermauern, dass AMCs eine heterogene Neuronen Population darstellen. Die von mir in dieser Arbeit etablierten Methoden werden maßgeblich dazu beitragen die Physiologie des AOS in Zukunft besser zu verstehen.Controlling social behaviour and endocrine state, the accessory olfactory system is indispensable for most mammals. Here, the AOB represents the first stage of information processing in this important, though relatively reductionist system. Surprisingly, many basic principles of AOB information processing remain elusive. In this thesis, I showed that the default activity pattern of AMCs, the sole projection neurons in the AOB, is represented by infraslow oscillations both in vitro and in vivo. In vitro, about 50% of AMCs in their idle state showed this periodic activity, whereas we observed this phenomenon in 29% of AMCs in vivo. My data reveal that temporal coupling of AMCs leads to formation of synchronized microcircuits that build functional subunits within the mitral cell layer. These ensembles enable advanced information processing by adding another temporal coding feature. In addition, pronounced rhythmic activity makes information processing more resistant against internal noise, which is of utmost importance for an indispensable system like the AOS. Furthermore, I showed the influence of inhibition via GABAergic synaptic transmission on microcircuit formation. The AOB is a target of GABAergic top-down modulation. My findings indicate a possible influence of centrifugal inputs on microcircuit formation, and therefore on AOB information processing. In addition, my work enabled AMC large scale calcium imaging in vivo at single cell resolution for the first time. I observed the presence of correlated network activity in vivo, supporting the in vitro finding of ensemble activity. Together, this approach, being able to monitor a large population of genetically targeted AMCs simultaneously without harming any olfactory brain area, lays a basis to address many pressing questions in AOS research. Here, I could show the presence of three physiologically different AMC populations: oscillating, irregularly bursting, and irregular. Thereby, I strengthen the emerging insights that AMCs are a rather heterogeneous neuron population. Further investigations, combining the experimental toolbox I established in this thesis with behavioural paradigms, will help to ultimately decipher AOS physiology.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021476682
Interne Identnummern
RWTH-2022-08613
Datensatz-ID: 853121
Beteiligte Länder
Germany
