Membrane potential responses of neurons in the optic tectum during visual object processing in amphibians: Top-down influences, the role of GABA and influences on behaviour

Abstract

Das Gehirn von Wirbeltieren ist ein hochdynamisches und komplexes Netzwerk, welches Lebewesen erlaubt, die Reize aus ihrer Umwelt zu verarbeiten, verschiedene Objekte innerhalb ihres visuellen Feldes zu detektieren und Entscheidungen zu treffen. Das Mittelhirn – optisches Tectum ist das Hauptzentrum der visuomotorischen Integration im Amphibiengehirn. Zusätzlich erreichen es zahlreiche Eingänge aus anderen Hirnarealen, darunter Areale aus dem Zwischenhirn, wie dem Nucleus Isthmi oder dem Prätectum. Diese Thesis zeigte, dass Neuronen aus dem optischen Tectum durch den Thalamus beeinflusst werden. Die Verarbeitung von Objektinformationen wurde durch Stimulation des optischen Nervens simuliert. Der Einfluss des Thalamus wurde durch die Stimulation des dorsalen Thalamus simuliert. EPSP, die durch Stimulation des Thalamus ausgelöst wurden, unterschieden sich in der Verteilung ihrer Latenz. Dies suggeriert eine di- oder oligosynaptische Projektion des dorsalen Thalamus zum optischen Tectum. Wahrscheinlich vermitteln Neuronen des Typs TH3 oder TH5 solch eine Projektion. Obwohl keine statistischen signifikanten Unterschiede in der Amplitude zwischen beiden Versuchsbedingungen gefunden wurde, unterschied sich die Latenz der Aktionspotentiale nach Stimulation des optischen Nerven und nach gleichzeitiger Stimulation des Thalamus und des optischen Nerven statistisch signifikant. Diese ‚zeitliche Inhibition‘ ist wahrscheinlich ein Mechanismus innerhalb eines tecto-thalamischen-Rückkopplungsmechanismus, welcher als Aufmerksamkeitssystem bei Aufgaben einer gepaarten-Objekt-Präsentationen bei Amphibien dient. Häufig reagierten tectale Neuronen mit IPSP nach Stimulation des Thalamus. Markierung von Neuronen mit Biocytin zeigte, dass sowohl Projektionsneurone als auch Interneurone des Tectum mit Inhibition auf Thalamusstimulation reagierten. Diese Ergebnisse suggerieren, dass Inhibition, vermittelt durch den Thalamus und GABAergen Interneuronen, welche dann lokale inhibitorische Netzwerke aktivieren, erreicht wird. Damit sowohl das Membranpotential von tectalen Neuronen aufgezeichnet und die Top-down Modulation durch das Zwischenhirn untersucht werden kann, wurde eine neue Präparationsmethode entwickelt. Die Mittelhirnsphäre wurde manuell eröffnet, um eine geneigte Gewebefläche zu schaffen, die zu mikroskopieren ist. Zusätzlich blieben die gesamte Vorderhirnhälfte, inklusive optischem Nerv und absteigenden Fasern erhalten. Mithilfe dieser Präparation wurde der optische Nerv stimuliert und das Membranpotential von tektalen Neuronen durch ‚Whole-Cell Patch Clamp‘ Technik aufgenommen. EPSP mit kurzen Latenzen, welche wahrscheinlich monosynaptischen Ursprungs sind, wurden mit der Badapplikation von 100 µM DL-AP5 unterdrückt. Diese waren aber noch präsent nach der Applikation von 10 µM NBQX. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Projektionen der retinalen Ganglienzellen durch NMDA Rezeptoren vermittelt werden. IPSP, die von Thalamusstimulation in dieser Präparation aufgenommen wurden, konnten durch die Badapplikation von 100 µM Gabazin sowohl in Amplitude als auch in Auftrittswahrscheinlichkeit unterdrückt werden. Dies deutet auf hauptsächlich GABAerge Projektionen, welchem vom Thalamus stammen, hin. Diese Thesis schlägt vor, dass tecale Interneurone, welche von Thalamusneuronen moduliert werden, wiederrum tectale Projektionsneurone beeinflussen, die Eingänge von der Retina erhalten.