?Large-scale circuit reconstruction in medial entorhinal cortex“
Helene Schmidt promovierte bei Prof. Dr. Michael Brecht am Institut für Biologie an der Humboldt-Universit?t. Für ihre Dissertation wurde sie mit dem Humboldt-Preis 2018 ausgezeichnet.
Helene Schmidt, Foto: privat
Zusammenfassung
Die Orientierung eines Individuums im Raum ist eine wichtige Leistung des Gehirns. Im S?ugetier wurde der mediale entorhinale Teil der Gro?hirnrinde als entscheidende Struktur für die r?umliche Orientierung identifiziert. Hier wurden Nervenzellen gefunden, die die Umgebung des Individuums in einer gitterartigen Anordnung repr?sentieren. Diese sogenannten Gitterzellen befinden sich haupts?chlich in der zweiten Schicht des medialen entorhinalen Kortex. Die genauen neuronalen Schaltkreise, welche diese einzigartige geordnete Nervenzellaktivit?t erm?glichen, sind noch wenig verstanden.
Die Dissertationsarbeit, erstellt unter Betreuung von Prof. Dr. Michael Brecht, umfasst eine Reihe von anatomischen Studien, die eine Kl?rung der zellul?ren Architektur und der neuronalen Schaltkreise in der zweiten Schicht des medialen entorhinalen Kortex der Ratte zum Ziel hatten. Zum ersten hat diese Arbeit zur Entdeckung hexagonal angeordneter zellul?rer Anh?ufungen in dieser Hirnregion beigetragen. Weiterhin wurden anatomische Daten zu den zwei Klassen der Haupt-Nervenzelltypen erhoben.
Im Hauptteil dieser Arbeit wurde erstmalig eine dichte, sogenannte konnektomische Analyse der neuronalen Schaltkreise des medialen entorhinalen Kortex beschrieben. Mittels neuartiger Methoden der dreidimensionalen Elektronenmikroskopie ergab die detaillierte Untersuchung der Architektur einzelner exzitatorischer Axone das überraschende Ergebnis der pr?zisen Sortierung von Synapsen entlang axonaler Pfade im S?ugetierkortex. Beim weiteren Studium der neuronalen Verschaltungen, in denen diese Neurone eingebettet sind, zeigte sich eine starke zeitliche Bevorzugung der hemmenden Nervenzellen gegenüber den parallel geschalteten erregenden Neuronen. Damit enthalten die hier erhobenen Daten die erste Beschreibung überraschend pr?ziser axonaler synaptischer Ordnung im zerebralen Kortex der S?ugetiere. Die m?glichen funktionellen Konsequenzen wurden mittels numerischer Simulationen exploriert und lassen einen Effekt auf die Weiterleitung synchroner elektrischer Populationsaktivit?t im medialen entorhinalen Kortex vermuten.
Die in der Dissertation erlangten Erkenntnisse legen den Grundstein für weitere Studien, um die Bedeutung pr?ziser neuronaler Architektur für die r?umliche Orientierung von S?ugetieren zu bestimmen. Einiges deutet bereits darauf hin, dass es sich hier um ein generelles Verschaltungsprinzip in der Hirnrinde des S?ugetiers handeln k?nnte, mit dem pr?zise zeitliche Ordnung in komplexen neuronalen Schaltkreisen erlangt und erhalten wird.