Abstract-Text (inklusive Referenzen und Bildunterschriften)

Fragestellung: Die Informationsverarbeitung durch hippocampale Neurone wird getragen durch die Anzahl von Aktionspotenzialen und deren zeitliche Beziehung zu lokalen Netzwerkoszillationen im Theta- (5-14 Hz), Gamma- (30-80 Hz) und im Ripple-Frequenzbereich (150-200 Hz). Der Zeitpunkt der Aktionspotenzialgenerierung einzelner Neurone wird wesentlich durch inhibitorische synaptische Eingänge beeinflusst, die durch ein komplexes Netzwerk Gamma-Amino-Buttersäure (GABA)-freisetzender inhibitorischer Interneurone gebildet wird. Hier stehen u. a. Parvalbumin-exprimierende Interneurone (PVIs) im Fokus des wissenschaftlichen Interesses auf Grund ihrer Funktion als einflussreiche Regulatoren der neuronalen Netzwerkaktivität. Die Rolle der hippocampalen PVIs in der Entstehung hippocampaler Netzwerkoszillationen sowie der zeitlichen Kopplung der Prinzipalzellaktivität an diese rhythmische Netzwerkaktivität ist bislang jedoch nur unvollständig verstanden und wird hier untersucht.

Methoden: Die virus-vermittelte Expression der lichtsensitiven Chloridionenpumpe eNpHR spezifisch in PVIs in den hippocampalen Regionen Gyrus dentatus (DG) und CA1 in Mäusen erlaubt eine zeitlich klar definierte Hemmung der PVI-Aktivität in vivo durch intracerebrale Lichtapplikation. Neuronale Einzelzellaktivität und das lokale Feldpotenzial (LFP) wurde aufgezeichnet durch Tetrodenableitungen in verschiedenen hippocampalen Regionen in insgesamt 7 sich frei bewegenden Tieren (PV-Cre Mäuse) bei zeitgleicher repetitiver licht-gesteuerter Hemmung der lokalen PVI-Aktivität.

Ergebnisse: Die immunhistochemische Untersuchung der eNpHR-Expression ergab eine Spezifität für PVIs von 79,3% (CA1) und 69,6% (DG). Dabei exprimierten 82,6% (DG) und 45,5% (CA1) der PVIs eNpHR. Repetitive licht-vermittelte Aktivierung von eNpHR (2 s lange Lichtpulse) führte zu einer signifikanten Änderung der Feuerrate in 14,3% der CA1 Pyramidenzellen und in 20,1% der erfassten hippocampalen Interneurone (insgesamt 638 registrierte Zellen) mit sowohl einer licht-vermittelten Reduktion als auch einer Erhöhung des Aktivitätslevels. Hippocampale Netzwerkoszillationen zeigten sich im LFP nicht signifikant verändert während der licht-vermittelten PVI-Inhibition. Während einzelne Zellen teilweise mit einer Verstärkung und teilweise mit einer Abschwächung der zeitlichen Kopplung an die Phase verschiedener Netzwerkoszillationen auf die Hemmung der lokalen PVIs reagierten, ergab sich auf dem Niveau der Zellpopulationen lediglich für die CA1 Pyramidenzellen eine signifikante Entkopplung ihrer Aktionspotenziale von der Theta-Oszillationsphase. Die Aktionspotenzial-Phasenkopplung der CA1 Pyramidenzellen an Gamma- oder Ripple-Oszillationen war nicht signifikant verändert. Auch Interneurone wiesen auf dem Niveau der Population keine signifikante Änderung ihrer Aktionspotenzial-Phasenkopplung auf während der licht-vermittelten Hemmung der PVI-Aktivität.

Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse zeigen, dass eine intakte Aktivität der hippocampalen PVIs Voraussetzung ist insbesondere für die physiologische Aktionspotenzial-Phasenkopplung der CA1 Pyramidenzellen an lokale Theta-Oszillationen.