How do human beings and animals make sense of the world? The central way is that a sensory system, consisting of peripheral sensory receptors, neural pathways, and sensory parts of central nervous system, is involved in sensing, processing and coding the sensory stimuli from the environment. In the mammalian brain, the cerebral cortex, located in the outer layer of cerebrum, contains specific areas being considered as higher terminals that receive and process sensory information, which are called sensory areas. In addition, the cerebellar cortex, a separate structure attached to the posterior part of the brain in mice and rats, also receives rich sensory inputs and probably integrates these inputs for the fine tuning of motor control or for providing information for motor learning. There are two fundamental questions for understanding the basic principle of sensory information processing in the brain: 1) how information signal flows in the neural circuits; 2) how the neurons in the sensory system organize synaptic inputs, especially at the input‐receiving side—dendrites. I attempted to work out these two questions by focusing on the investigations of two sensory systems, the cerebellar cortex and the primary sensory cortex in the living mouse brain, by using multiple experimental methods, including in vivo electrophysiology, two‐photon calcium imaging, local pharmacological manipulations, and behavioural tests. Altogether, 5 projects were completed during my thesis work: 1) Disruption of the olivo‐cerebellar circuit by Purkinje neuron‐specific ablation of BK channels; 2) Basket cell‐mediated regulation of sensory‐evoked signalling in the cerebellar cortical circuitry in vivo; 3) Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo; 4) In vivo two‐photon imaging of sensory‐evoked dendritic calcium signals in cortical neurons; 5) Functional mapping of single spines in cortical neurons in vivo. Based on the findings from these systematic studies and some previously‐established anatomical and physiological knowledge, we have achieved a number of full pictures in the mammalian brain for better understanding the basic principles sensory processing at both circuits level and single synapse level. In addition, we have also made some improvements and developments of techniques in electrophysiology, two‐photon calcium imaging, and acute pharmacological treatment. These allowed us and other researchers to perform functional studies in neural circuitry of the living mouse brain within the range of macro‐ to micro‐scale.     «

How do human beings and animals make sense of the world? The central way is that a sensory system, consisting of peripheral sensory receptors, neural pathways, and sensory parts of central nervous system, is involved in sensing, processing and coding the sensory stimuli from the environment. In the mammalian brain, the cerebral cortex, located in the outer layer of cerebrum, contains specific areas being considered as higher terminals that receive and process sensory information, which are calle...     »

Wie verstehen Menschen und Tiere ihre Umwelt? Sie benötigen dafür ein sensorisches System, das aus peripheren sensorischen Rezeptoren, neuronalen Verbindungen und sensorischen Arealen im zentralen Nervensystem besteht. Dies ist für das Aufnehmen, das Verarbeiten und das Umwandeln von sensorischen Stimuli aus der Umwelt verantwortlich. In einem Säugetiergehirn enthält die Großhirnrinde, welche in der äußeren Schicht des Gehirns lokalisiert ist, bestimmte Bereiche, die als höhere Endpunkte betrachtet werden und welche die sensorische Information erhalten und weiter verarbeiten. Diese nennt man sensorische Areale. Zusätzlich erhält Rinde des Kleinhirns, einer anderen Hirnstruktur, welche bei Mäusen und Ratten im hinteren Bereich des Gehirns lokalisiert ist, vielfältige sensorische Information. Wahrscheinlich benutzt sie diese Information für die Feinabstimmung der motorischen Kontrolle und für motorisches Lernen. Es gibt zwei fundamentale Fragen, um das grundsätzliche Prinzip der Verarbeitung von sensorischer Information verstehen zu können. 1) Wie fließt Information in neuronalen Netzwerken? 2) Wie ist der sensorische Eingang von Neuronen organisiert? Im Rahmen dieser Doktorarbeit habe ich versucht, diese beiden Fragen zu bearbeiten, indem ich zwei sensorische Systeme, die Kleinhirnrinde und den primären sensorischen Kortex, im Mausgehirn in vivo untersucht habe. Dafür habe ich verschiedenste experimentelle Methoden verwendet, zum Beispiel Elektrophysiologie in vivo, Zwei-Photonen Kalzium Imaging, lokale pharmakologische Manipulation und Verhaltenstests. Insgesamt habe ich folgende fünf Projekte beendet: 1) Die Störung des olivo-zerebellären Netzwerks durch eine für Purkinje-Zellen spezifische Ausschaltung der BK-Kanäle 2) Die Korbzell-vermittelte Regulation der sensorischen Signalgebung im Kleinhirn-Netzwerk in vivo 3) Die dendritische Organisation von sensorischen Eingängen von kortikalen Nervenzellen in vivo 4) Zwei-Photonen Imaging von sensorisch-evozierten dendritischen Kalzium-Signalen in kortikalen Nervenzellen in vivo 5) Funktionale Kartierung von einzelnen dendritischen Spines in vivo Auf der Grundlage der Erkenntnisse, die in diesen systemischen Studien gewonnen wurde, konnten wir in Verbindung mit bereits etabliertem anatomischem und physiologischem Wissen ein besseres Verständnis für die Grundsätze der Verarbeitung von sensorischer Information im Säugetiergehirn gewinnen. Zusätzlich haben wir auch einige Verbesserungen und technische Entwicklungen von Techniken der Elektrophysiologie, des Zwei-Photonen Kalzium Imagings und der akuten pharmakologischen Manipulation erreicht. Dies erlaubte uns und anderen Forschern, funktionale Studien von neuronalen Netzwerken des Gehirns in vivo durchzuführen.      «

Wie verstehen Menschen und Tiere ihre Umwelt? Sie benötigen dafür ein sensorisches System, das aus peripheren sensorischen Rezeptoren, neuronalen Verbindungen und sensorischen Arealen im zentralen Nervensystem besteht. Dies ist für das Aufnehmen, das Verarbeiten und das Umwandeln von sensorischen Stimuli aus der Umwelt verantwortlich. In einem Säugetiergehirn enthält die Großhirnrinde, welche in der äußeren Schicht des Gehirns lokalisiert ist, bestimmte Bereiche, die als höhere Endpunkte betrach...     »