Die Rolle der GABAergen Interneuronen im Colliculus superior der Maus bei der visuellen Verarbeitung und bei visuell gesteuerten Verhaltensweisen

Eine zentrale Aufgabe des visuellen Systems besteht darin, verhaltensrelevante Objekte in der Umwelt zu erkennen und entsprechende Verhaltensweisen zu steuern. Der Colliculus superior (SC) im Mittelhirn erhält direkte Eingänge von retinalen Ganglienzellen und spielt eine Schlüsselrolle bei visuell gesteuerten Verhaltensweisen. Er weist eine hohe Dichte an diversen inhibitorischen Neuronen auf, was darauf hindeutet, dass sie essenziell für die visuelle Verarbeitung im Colliculus superior sind. Wie jedoch die verschiedenen Typen inhibitorischer Neurone visuelle Informationen im Colliculus superior repräsentieren und welche Rolle sie bei visuell gesteuerten Verhaltensweisen spielen, ist nur unzureichend bekannt. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Funktion von inhibitorischen Neuronen für visuell geleitetes Verhalten mittels elektrophysiologischer Ableitungen mit hochauflösenden Elektroden zu untersuchen. Zelltypspezifische Identifizierung und optogenetische Manipulation in Kombination mit hochkomplexer Datenanalyse und rechnerischer Modellierung ermöglichen es, die Rolle der inhibitorischen Neurone während einer visuell geleiteten Verhaltensaufgabe zu charakterisieren. Um zu verstehen, wie inhibitorische Neuronen im Superior Colliculus die Repräsentation visueller Informationen modulieren, werden wir (1) mit einer neu entwickelten Methode untersuchen, wie Neurone des Superior Colliculus Signale von retinalen Ganglienzellen in vivo integrieren und (2) die Rolle inhibitorischer SC-Neuronen bei der visuellen Verarbeitung durch optogenetische Manipulation aufdecken. Um die Rolle inhibitorischer SC-Neuronen bei visuell gesteuertem Verhalten zu untersuchen, werden wir (3) die Aktivität optogenetisch identifizierter Neuronen während einer visuellen Erkennungsaufgabe aufnehmen und mit Hilfe komplexer Datenanalyse untersuchen, wie visuelle und verhaltensbezogene Informationen auf hochdimensionaler Ebene in neuronalen Populationen repräsentiert werden. Darüber hinaus werden wir inhibitorische Neuronen während der Verhaltensaufgabe optogenetisch manipulieren, um ihre Rolle während ebendieser kausal zu testen (4). Final werden wir (5) die experimentellen Daten in ein computergestütztes Schaltkreismodell der visuellen Schichten des Colliculus superior integrieren, um zu untersuchen, wie die Interaktion von erregenden und hemmenden Neuronen die Integration von visuellen Reizen moduliert. Zusammenfassend, besteht das übergeordnete Ziel dieses Projekts darin, zu untersuchen, wie inhibitorische Neurone die Populationsaktivität im Colliculus superior während der visuellen Verarbeitung modulieren und somit visuell gesteuerte Verhaltensweisen beeinflussen.

The role of GABAergic interneurons in mouse superior colliculus in visual processing and visually guided behaviours

A central task of the visual system is to detect behaviourally relevant objects in the environment and to guide appropriate behavioural responses. The superior colliculus (SC) in the midbrain receives direct inputs from the retinal ganglion cells and plays key roles in visually guided behaviours. Importantly, the superior colliculus houses a high density and large diversity of inhibitory neurons, suggesting a vital role of inhibitory neurons in visual processing in the superior colliculus. However, how different inhibitory neuron types sculpt the neuronal representation of visual information within the superior colliculus, and their role in visually guided behaviours is poorly understood. The main objective of this Project is to study the role of inhibitory neurons in superior colliculus through large-scale electrophysiological recordings using high-density electrodes, cell-type specific identification and causal optogenetic perturbation of superior colliculus neurons in head-fixed mice that preform a visually guided behavioural task, in combination with advanced data analysis and computational modelling. To understand how inhibitory neurons in the superior colliculus shape the representation of visual information we will (1) investigate how superior colliculus neurons integrate inputs from retinal ganglion cells in vivo using a newly developed method and reveal the role of inhibitory SC neurons in visual processing by optogenetic manipulation (2). To study the role of inhibitory SC neurons in visually guided behaviours, we will (3) record the activity of optogenetically identified neurons during a visual detection task and investigate how visual and behavioural information is represented on the high-dimensional level in neuronal populations using advanced data analysis. Moreover, to test the causal role on the behaviour we will perturb inhibitory neurons using optogenetic manipulations during the task (4). Finally, we will (5) integrate the experimental data in a computational circuit model of the visual layers of the superior colliculus to investigate how interacting excitatory and inhibitory neurons integrate and shape visual processing. Thus, the overarching goal of this Project is to examine how inhibitory neurons in the superior colliculus sculpt the population activity in during the visual processing and to reveal their causal role in visually guided behaviours.