Innere Zustände, wozu Emotionen wie Angst oder Stress sowie physiologische Bedürfnisse wie Hunger oder Durst gehören, können unser Verhalten stark beeinflussen. Emotionale und metabolische Zustände können unser inneres Bewertungssystem lenken und die Wahrnehmung von externen Signalen für potentielle Belohnungen oder Gefahren modulieren – und somit die Auswahl adäquater Verhaltensstrategien dynamisch an die aktuellen Bedürfnisse anpassen. Unsere Arbeitsgruppe interessiert sich dafür, wie neuronale Schaltkreise adaptiv Lernen und Entscheidungsfindung in Abhängigkeit von verschiedenen Verhaltenszuständen vermitteln, im gesunden Gehirn sowie bei Erkrankungen des Nervensystems.

Für diese Frage fokussieren wir uns auf Interaktionen zwischen dem ventralen Mittelhirn und seinen weitreichenden Projektionsgebieten, zum Beispiel dem Striatum und der Amygdala. Um zu verstehen, wie diese Netzwerke innere Zustände und Signale aus der Umgebung integrieren, charakterisieren wir die funktionelle Diversität einzelner Zelltypen in diesen Hirnarealen – ausgehend von der Konnektivität und den molekularen Profilen einzelner Nervenzellen bis hin zu den Aktivitätsmustern neuronaler Populationen in verschiedensten Verhaltensparadigmen.

Neuronale Degeneration in den diesen Netzwerken, insbesondere im Mittelhirn, liegt der Parkinson-Erkrankung zugrunde. Psychiatrische Symptome wie Angstzustände und Depressionen sowie kognitive Probleme bei Lernen und Entscheidungsfindung können bei Parkinson Jahrzehnte vor den typischen Motorsymptomen einsetzen, die Ursachen sind jedoch weitgehend unbekannt. Ihr Auftreten vor dem irreversiblen Verlust von Neuronen weist jedoch darauf hin, dass pathologische neuronale Aktivität vor dem Zelltod eine kausale Rolle spielen könnte. Wir versuchen daher zu verstehen, wie sich Aktivitätsmuster in den oben genannten Netzwerken in frühen Stadien von Parkinson verändern, und wie diese Dysfunktion zu den initialen kognitiven und psychiatrischen Problemen der Erkrankung beiträgt.

Experimentelle Ansätze

Wir nutzen moderne Methoden wie Messungen der neuronalen Aktivität auf Einzelzellebene mit Miniaturmikroskopen in Mäusen, welche wir während verschiedenster Verhaltensparadigmen unter Berücksichtigung unterschiedlicher emotionaler und metabolischer Zustände durchführen. Um die kausale Bedeutung dieser Aktivitätsmuster für einzelne Verhaltensweisen zu testen, kombinieren wir die physiologischen Messungen mit opto- und pharmakogenetischen Manipulationen zur präzisen Aktivierung oder Inhibierung definierter neuronaler Populationen. Wir wenden außerdem anatomische, histologische und molekulare Verfahren an, um die neuronale Diversität im Detail zu charakterisieren. An Mausmodellen der Parkinson Erkrankung können wir mit diesen Methoden zudem pathologische Veränderungen in den neuronalen Netzwerken beobachten.