Dreidimensionale Erfassung neuronaler Netzwerkaktivität im unreifen visuellen Kortex der Maus mit Hilfe der Zweiphotonenfluoreszenzmikroskopie

Medientyp: E-Book; Hochschulschrift

Titel: Dreidimensionale Erfassung neuronaler Netzwerkaktivität im unreifen visuellen Kortex der Maus mit Hilfe der Zweiphotonenfluoreszenzmikroskopie

Beteiligte: Kummer, Michael [VerfasserIn]; Haueisen, Jens [AkademischeR BetreuerIn]; Holthoff, Knut [GutachterIn]; Stroh, Albrecht [GutachterIn]

Körperschaft: Technische Universität Ilmenau

Erschienen: Ilmenau: Universitätsbibliothek, 2016

Umfang: 1 Online-Ressource (LIII, 118 Blätter); Diagramme, Illustrationen

Sprache: Deutsch

Identifikator:

Schlagwörter: Sehrinde > Maus > Nervennetz > Zweiphotonenabsorption > Fluoreszenzmikroskopie > Dimension 3
Positioniergenauigkeit > Aminobuttersäure > Raum-Zeit-Signalverarbeitung

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016

Anmerkungen: Enthält Thesen

Beschreibung: Eine weithin akzeptierte Hypothese der Neurobiologie besagt, dass die spontane Aktivität neuronaler Netzwerke während der Gehirnentwicklung von wesentlicher Bedeutung für die physiologische Ausreifung des Kortex ist. Es besteht daher ein großes Interesse, frühe Formen spontaner Netzwerkaktivität raumzeitlich hochaufgelöst zu charakterisieren. In der vorliegenden Arbeit diente der intakte visuelle Kortex der Maus dabei als Versuchsmodell zur Erfassung der neonatalen Netzwerkaktivität in Form von raumzeitlich koordinierten somatischen Kalziumtransienten mittels eines selbst zusammengebauten Zweiphotonenmikroskops in Kombination mit einer zelltypspezifischen Expression genetisch kodierter Fluoreszenzindikatoren. Fluoreszenzmikroskopische Messungen neuronaler Netzwerkaktivität in drei Raumdimensionen sind nur unter Bildung eines Kompromisses aus räumlicher und zeitlicher Auflösung möglich. Eine Realisierungsmöglichkeit besteht in der Verwendung spiralförmiger Raumtrajektorien. Da dieses Verfahren über eine zu geringe räumliche Auflösung für einen Bildaufbau zur direkten Bestimmung von abgetasteten Raumpositionen verfügt, muss eine Validierung der Positionierung durchgeführt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst ein Verfahren entwickelt, um die laterale und die axiale Positioniergenauigkeit zu validieren. Die Anwendung des Verfahrens auf hardwareoptimierte Scantrajektorien hat ergeben, dass die für die einzelzelluläre Registrierung neuronaler Netzwerkaktivität benötigte Positioniergenauigkeit erreicht werden kann. Wie bildbasierte Epifluoreszenzmessungen gezeigt haben, besteht die neonatale Netzwerkaktivität im Wesentlichen aus niederfrequent auftretenden, räumlich ausgedehnten Clustern. Die Messungen belegen ferner, dass die Generierung dieser Clusteraktivität durch den Neurotransmitter γ-Aminobuttersäure (GABA) sowohl räumlich als auch zeitlich inhibiert wird. Dieser hemmende Effekt auf die Netzwerkaktivität geht einher mit einer depolarisierenden GABA-Wirkung auf einzelzellulärer Ebene, welche für spannungsabhängige Kalzium- und Natriumkanäle größtenteils unterschwellig ist. Um diese Netzwerkaktivität weiter raumzeitlich zu charakterisieren, wurden dreidimensionale zweiphotonengestützte Messungen mittels optimierter positionsvalidierter Scantrajektorien durchgeführt. Diese Messungen ergaben, dass kortikale Cluster lateral begrenzt sind, während ihre axiale Ausdehnung typischerweise die gesamte obere kortikale Platte umfasst. Einzelzelluläre Ableitungen glutamaterger Neurone belegten zudem, dass die Cluster ein hohes Maß an Koaktivierung benachbarter Zellen aufweisen. Die vorliegende Arbeit dokumentiert eine für zweiphotonenmikroskopische Einzelzellableitungen hinreichend genaue Positionierung optimierter Scantrajektorien, deren Anwendung neue Erkenntnisse zur raumzeitlichen Struktur der Netzwerkaktivität im unreifen Kortex lieferte.

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