Translated abstract:
Nervenzellen im Kortex verarbeiten Informationen, die über Synapsen auf ihrem Dendritenbaum eingehen. Diese synaptischen Eingänge sind essentiell für die Rechenfunktion von Neuronen. Allerdings ist es seit langem eine Herausforderung, die spezifisch durch sensorische Stimulation aktivierten synaptischen Eingänge der kortikalen Neurone in vivo zu identifizieren. Deswegen habe ich im Rahmen dieser Doktorarbeit das Zwei-Photonen-Kalzium-Imaging mit der Whole-Cell-Patch-Clamp-Technik kombiniert und auf kortikale Neurone der Schicht 2/3 des visuellen Kortex der Maus angewandt. Ich habe damit zum ersten Mal Orientierungs-spezifische dendritische Eingänge in vivo identifiziert: wenn die Nervenzelle knapp unter die Aktionspotential-Auslöseschwelle hyperpolarisiert wurde, konnten mehrere dendritische „Kalzium-Hotspots“, die durch visuelle Stimulation mit einer bestimmten Orientierung aktiviert wurden, beobachtet werden. Diese Hotspots waren in ihrer Ausbreitung auf kleine dendritische Areale (wenige Mikrometer groß) beschränkt und konnten durch einen NMDA-Rezeptor-Antagonisten blockiert werden. Somit stellten sie spezifische sensorisch-evozierte synaptische Eingänge dar. Eine wichtige Erkenntnis war, dass synaptische Eingänge mit unterschiedlicher Orientierungspräferenz im Dendritenbaum vermischt zu finden waren. Darüber hinaus erhielten Neurone Eingänge mit unterschiedlicher Orientierungspräferenz, unabhängig davon, ob das neuronale Ausgangssignal, bestehend aus Aktionspotentialen, eine bestimmte Präferenz aufwies.
Insgesamt habe ich die Kombination des Zwei-Photonen-Kalzium-Imagings mit der Whole-Cell-Patch-Clamp-Technik für Experimente in vivo etabliert und effiziente Algorithmen zur anschließenden Datenanalyse erstellt. Beides wurde für die Untersuchung der sensorisch-evozierten dendritischen Eingänge in kortikalen Neuronen in vivo verwendet. Artikel, die die wichtigen Ergebnisse beinhalteten, wurden in von Experten begutachteten Zeitschriften („peer-reviewed journals“) publiziert oder zur Veröffentlichung akzeptiert. Dieser Dissertation sind diese Artikel beigefügt. Außerdem findet sich eine Einleitung, eine Kurz-Zusammenfassung der Ergebnisse unter genauer Angabe meines persönlichen Beitrags zu diesen Ergebnissen.