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"Neuronal activity in primary visual cortex and superior colliculus of the rd10 mouse model for retinal degeneration" = Neuronale Aktivität im primären visuellen Kortex und Colliculus superior des rd10 Mausmodells für Netzhautdegeneration
2022 & 2023
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2023
Genehmigende Fakultät
Fak01
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-09-20
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-08351
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/967944/files/967944.pdf
Einrichtungen
- Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare Sinnes- und Neurobiologie (FZ Jülich) (163020)
- Fachgruppe Biologie (160000)
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
cross-modal plasticity (frei) ; electrophysiological recordings (frei) ; local field potential (frei) ; neuropixels (frei) ; optomotor response (frei) ; oscillations (frei) ; rd10 (frei) ; retina (frei) ; retinal degeneration (frei) ; spikes (frei) ; superior colliculus (frei) ; vision loss (frei) ; visual cortex (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570
Kurzfassung
Die Wiederherstellung des normalen Sehvermögens nach dessen kompletten oder teilweisen Verlust durch degenerative Erkrankungen der Retina ist bereits seit Jahren Ziel der Sehforschung. Obwohl Netzhautimplantate eine vielversprechende Lösung für dieses Problem darstellen, haben diese weiterhin mit Schwierigkeiten zu kämpfen. So ist der hervorgerufene Seheindruck relativ simpel und der Behandlungserfolg nicht garantiert. Zwar könnten technische Einschränkungen der eingesetzten Implantate für diesen Umstand verantwortlich sein, doch sind ebenfalls Beeinträchtigung der Verarbeitungen des artifiziellen Seheindrucks im Hirn betroffener Personen in Folge des Verlusts des Sehvermögens denkbar. Dies soll im Rahmen dieser Arbeit anhand des rd10 Mausmodells für Netzhautdegeneration untersucht werden. Zunächst wurde die Sehfähigkeit aller experimentell untersuchten Tiere anhand des optomotorischen Reflexes (OMR) bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass rd10 Mäuse ihre visuellen Reaktionen bis zu einem durchschnittlichen Alter von 18 Wochen beibehielten, deutlich später als es vorherige histologische Untersuchungen vermuten ließen. Um potenzielle funktionale Veränderungen zu charakterisieren, wurden hochdichte elektrophysiologische Ableitungen im Colliculus superior (SC) und im primären visuellen Kortex (V1) von blinden rd10 Mäusen durchgeführt und die Reaktionen auf visuelle, auditorische und taktile Stimulationen gemessen. Wie erwartet konnte in rd10 Mäusen keine Aktivität als Antwort auf den visuellen Reiz festgestellt werden. Überraschenderweise unterschieden sich jedoch die Reaktionen auf auditorische und taktile Reize sowie die Verteilung der antwortenden Zellen nicht von denen einer normal sehenden Kontrollgruppe, ein starker Hinweis darauf, dass es in den visuell deprivierten Arealen keine funktionalen Veränderungen gab. Darüber hinaus zeigten sowohl das lokale Feldpotential (LFP) sowie die gemessenen Aktionspotenziale von rd10 Mäusen eine auffällige oszillatorische Aktivität im V1 und SC, die in Form und Frequenz zuvor gefundener Aktivität in extrahierten Netzhäuten desselben Mausmodells stark ähnelte. Diese Arbeit schlägt deshalb vor, dass dieser kontinuierliche pathologische Netzhauteingang eine Veränderung des Antwortprofils auf nicht-visuelle Reize in Bereichen der oberen Sehbahn wie V1 und SC auch nach Einsetzen der Erblindung verhindern könnte und so zur Erhaltung der Fähigkeit, Reize von Netzhautimplantaten verarbeiten zu können, beiträgt.Vision restoration in patients affected by complete or partial blindness due to photoreceptor degeneration has been a longstanding aim in vision research. Retinal implants have emerged as a very promising technique to achieve this goal, but evoked visual impressions are still quite simple and success of the treatment is not guaranteed. Even though technical limitations of the currently employed implants might cause these ongoing issues, functional changes in the brain of affected individuals caused by the loss of visual input could impair the processing of retinally evoked stimuli and pose additional problems. This thesis therefore used the rd10 mouse model for retinal degeneration to investigate whether cross-modal changes in the brain can be found. First, visual ability of the experimental animals was determined using the optomotor response (OMR). Results showed that rd10 mice retained their visual responses for 18 weeks of age on average, which was later than suggested by previous histological investigations. To characterize potential cross-modal changes, high-density electrophysiological recordings in superior colliculus (SC) and primary visual cortex (V1) of behaviorally blind rd10 mice were conducted and responses to visual, auditory and tactile stimulation measured. As expected, no activity related to the visual stimulus could be found in rd10 mice. Surprisingly however, responses to auditory and tactile stimulation as well as distributions of responsive cells were not different to those from a normal vision control group, suggesting no cross-modal changes of visually deprived areas. Additionally, the local field potential (LFP) as well as spiking activity of rd10 mice showed aberrant oscillatory activity in V1 and SC that was similar in shape and frequency to aberrant activity previously found in extracted retinae of the same mouse model. This thesis therefore proposes that this continuous pathological retinal input might prevent upper visual pathway areas like V1 and SC from changing their response profile to non-visual stimuli even after blindness onset and in turn helps retain their ability to process stimulations by retinal implants.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030340261
Interne Identnummern
RWTH-2023-08351
Datensatz-ID: 967944
Beteiligte Länder
Germany
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