Dopaminergic influence on cortical processing in rodents by optogenetic stimulation of the ventral tegmental area
Creators: name: Brunk, Michael G. K.
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2020
Subjects: subject: Tierphysiologie
subject: Current source density
subject: Mongolian Gerbil
subject: Dopamine (DA)
subject: Auditory Cortex (ACx)
subject: 570

description: Lern- und Belohnungsassoziationen sind eng mit der kortikalen Plastizität verbunden. In früheren Studien konnte gezeigt werden, dass die Lernleistung während einer Ton assoziierten Vermeidungsaufgabe mit der relativen Zunahme von kortikalem Dopamin (DA) innerhalb des primären auditorischen Kortex (A1) korreliert. Eine Hauptquelle des kortikalen DA ist die Area tegmentalis ventralis (VTA). Die gleichzeitige Stimulation der VTA in Verbindung mit einer spezifischen Tonpräsentation verändert nachweislich die kortikale Verarbeitung zu Gunsten des stimulationsgebundenen Tons. Die unmittelbaren Auswirkungen dieser belohnungsassoziierten DA Ausschüttung auf die kortikale Verarbeitung sind jedoch noch nicht geklärt. Im Rahmen meiner Promotionsthesis, habe ich eine optogenetische Stimulation der VTA bei Mongolischen Wüstenrennmäusen (Meriones unguiculatus) verwendet, um die unmittelbare DA-induzierten zeitliche Veränderung der kortikalen Verarbeitung zu untersuchen. Dies geschah in drei verschiedenen Tiergruppen: C1V1, YFP und einer naiven Kontrolle. Die Tiere der optogenetischen C1V1-Gruppe wurden vor den elektrophysiologischen Experimenten zunächst in einem optogenetischen intrakraniellen Selbststimulationsparadigma (O-ICSS) trainiert, um eine ausreichende Menge an belohnungsassoziierter DA zu gewährleisten. Potenziell unterschiedliche Leistungen im O-ICSS wurden in drei verschiedene Leistungsgruppen (High-, Medium-, Low-Performer; HP, MP, LP) eingeteilt, um die potentielle Kausalität in Bezug auf potentielle Parameter wie die Eigenschaften der Fasern vor (T0) und nach den Experimenten (T1), den Abstand zwischen der Faserspitze des optogenetischen Implantats und dem transduzierten Bereich darunter sowie die anatomische Positionierung der Stimulationsseite zu untersuchen. Im elektrophysiologischem Experiment untersuchte ich die zeitlichen Veränderungen der kortikalen Verarbeitung auf der säulen- und schichtenspezifisch. Ich fand eine schichtspezifische kumulative Zunahme der kortikalen verabeitung und der kortikokortikalen Kommunikation, die die Grundlage für das Remodelling der Säule und damit der Belohnung assoziierten Plastizität des Neokortexes sein könnten.
description: Learning and reward associations have been tightly linked towards cortical plasticity. In previous studies, it has been shown that the performance during an auditory engaged avoidance task correlates with relative increase of cortical dopamine (DA) within the primary auditory cortex (A1). One major source of cortical DA is the ventral tegmental area (VTA). Simultaneous stimulation of the VTA coupled with a specific tone presentation has been shown to change the cortical processing in favor of the presented tone. However, the immediate effects of this reward associated DA on cortical processing are still unsolved. Within this thesis, I utilized an optogenetic stimulation of the VTA within the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus) to investigate the immediate DA-induced temporal changes on cortical processing. I was investigating the potential temporal effects of DA on the tone evoked cortical processing with three different animal groups: C1V1, YFP and naïve control. Animals of the optogenetic C1V1 group, were initially trained in an optogenetic intracranial self-stimulation (O-ICSS) paradigm prior to the electrophysiological experiments to ensure a sufficient amount of reward associated DA. Potentially different performances in the O-ICSS were denoted into three distinct performance groups (High-, Medium-, Low-Performer; HP, MP, LP, respectively) to investigate the potentially causality in respect of potential parameters such as like the the properties of the fibers before (T0) and after the experiments (T1), the distance between the fiber tip of the optogenetic implant and the transduced area underneath as well as the anatomical positioning of the stimulation side. For the experimental setup I was investigating the temporal changes of cortical processing on the columnar and layer-wise level. Eventually, I found prominent accumulative effects in distinct layers and the corticocortical communication, which might be the foundation for the remodeling of the column and therefore the plasticity of the reward associated remapping within the neocortex.