Monoaminergic IMPACT on Neuronal Circuits - a Leibniz Postdoctoral Network (LPN)

Gamma-Aminobuttersäure (GABA) exprimierende Interneurone kontrollieren Erregbarkeit, Informationsverarbeitung und Plastizität, sowie die Generierung spezifischer Netwerkaktivität im frontalen Kortex und mit diesem interagierender Strukturen. GABAerge Neurone lassen sich anhand ihrer Morphologie, elektrophysiologischer Eigenschaften und ihres Expressionsprofils in Subpopulationen einteilen. Zum Beispiel kontaktieren Somatostatin-positive Zellen bevorzugt die Dendriten der nachgeschalteten Zellen, während Parvalbumin-positive Neurone hauptsächlich auf deren Zellkörper projizieren. So kontrollieren diese Interneurone spezifische Aspekte des Informationsaufnahme und -verarbeitung an ihren Zielneuronen.
In diesen Projekt untersuchen wir die Funktion spezifischer GABAerger Subpopulationen in kognitiven Prozessen höherer Ordnung, insbesondere im Rahmen kognitiver Flexibilität und exekutiver Funktionen. Dazu bedienen wir uns verschiedener Lernparadigmen mit Aufgaben des Umkehrlernens und Strategiewechsels, sowie appetitiver und aversiver Lernaufgaben mit variierendem Schwierigkeitsgrad. Für das Erlernen dieser Aufgaben wird ein präzises Zusammenspiel des frontalem Kortex mit Hippocampus, Amygdala und Striatum benötigt. Unter Verwendung molekularer Marker und hochauflösender Genexpressionsanalysen werden wir regionale Aktivierungsmuster und adaptive lerninduzierte Veränderungen im GABAergen System untersuchen. Basierend auf diesen Befunden werden wir die relevanten Subpopulation mit Hilfe pharmakogenetischer Intervention gezielt manipulieren und die Konsequenzen einer Unterbrechung ihrer Ansteuerung durch das dopaminerge System beobachten. Wir erwarten so GABAerge Interneurone zu identifizieren, die die dopaminerge  Modulation kognitiver Verarbeitung und der ihr zugrundeliegenden Netzwerkaktivität vermitteln.

Gamma-amino butyric acid utilizing (GABAergic) interneurons control regional excitability, information flow and plasticity, as well as the generation of specific network activity patterns in the frontal cortex and associated brain regions. The GABAergic system consists of heterogeneous subclasses, differing in morphology, expression of neuropeptides and electrophysiological properties. For example, somatostatin- and parvalbumin expressing cells target preferentially dendrites and somata of pyramidal neurons, respectively, and thereby control information input and output.
In this project, we investigate how the function of different subpopulations of these GABAergic interneurons are modulated through dopamine during cognitive information processing, and how these cells contribute to cognitive flexibility and executive functions.
To this end, we examine the use and effectiveness of different learning strategies as well as the ability for reversal learning, decision-making and strategy shifting in mice. Appetitive and aversive learning tasks are used which require different levels of cognitive processing and interaction of particular frontal cortex regions with the hippocampus, striatum and amygdala. Using molecular markers and high-resolution gene expression analysis we will investigate the regional activation patterns and adaptive molecular changes in GABAergic interneurons that are induced by these tasks. Based on these findings, we will target relevant subpopulations with transgenic and pharmacogenetic tools to control their activity and responsiveness to dopaminergic modulation. We thus expect to identify GABAergic interneurons that mediate the dopaminergic control of cognitive functions and adaptive behaviour.