2023 September - Ece Sakalar

Ece Sakalar, MSc

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, September 2023

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Frau Ece Sakalar, MSc aus Anlass der im Top-Journal „Science“ (IF 63.714) erschienenen Arbeit „Neurogliaform cells dynamically decouple neuronal synchrony between brain areas.“ [9]. Die multidisziplinäre Studie entstand im Rahmen des PhD-Studiums von Ece Sakalar, MSc am Zentrum für Hirnforschung in der Arbeitsgruppe von Assoc. Prof. Dr. Balint Lasztoczi in der Abteilung für Kognitive Neurobiologie von Univ.-Prof. Dr. Thomas Klausberger (Leiter Zentrum für Hirnforschung).

Neurogliaformzellen: Steuerung der Informationsströme im Gehirn

Das Nervensystem ist dafür verantwortlich, gezieltes Verhalten als Reaktion auf komplexe und dynamische Umgebungen zu erzeugen. Dies erfordert die Integration früherer Erfahrungen, die im Gedächtnis gespeichert werden. In der CA1 Region des Hippocampus werden die sensorischen (unsere Wahrnehmung) und die mnemonischen (unsere Erfahrungen) Informationen kombiniert [1]. Damit diese kontinuierlichen Eingangsströme integriert werden können, ohne Interferenzen zu verursachen, muss die Netzwerkarchitektur die Fähigkeit haben, Informationsströme zu orchestrieren und aufrechtzuerhalten [2-4].

Die Eingangsströme verursachen oszillierende Veränderungen im Feldpotential in unterschiedlichen Frequenzen, ähnlich wie zwei Radiosender, die auf unterschiedlichen Kanälen senden. Diese Oszillationen können die Aktivität von Nervenzellen synchronisieren, damit die Information weitergeleitet werden kann [5]. Es ist bereits bekannt, dass lokale regulatorische Elemente, so genannte Interneurone, diese Synchronisation erzeugen und deshalb die effektive Kommunikation zwischen Gehirnbereichen ermöglichen. Es gibt jedoch im Hippocampus mehr als 21 Arten von Interneuronen, wobei die Rolle der meisten bisher kaum verstanden ist [6].

Um zu untersuchen, wie neuronale Schaltkreise verschiedene Eingangsströme koordinieren, haben wir die Frequenzen der neuralen Aktivität und die zeitliche Aktivität von Interneuronen im CA1 Hippocampus von Mäusen aufgezeichnet. Wir haben entdeckt, dass, wenn eine bestimmte Art von Interneuronen, nämlich die Neurogliaformzellen [7,8], aktiv wurde, die neuronale Aktivität im CA1 Hippocampus plötzlich von den sensorischen Informationen entkoppelt wurde. Gleichzeitig blieb aber die Verbindung zu den Informationen aus den Erinnerungen erhalten. Diese Entdeckung identifiziert den zellulären Mechanismus, wie das Gehirn zwischen zwei Eingangsströmen umschalten kann [9].

Konkret zeigt unsere Studie Sakalar et al., 2022:

1. Neurogliaformzellen in CA1 im Hippocampus reagieren viel stärker als andere Zellen auf sensorische Informationen aus anderen kortikalen Bereichen und koppeln ihre Aktivität stark an Gamma-Oszillationen, die unterschiedliche Netzwerke synchronisieren.

2. Neurogliaformzellen trennen die Aktivität der Pyramidenzellen vorübergehend von kortikalen Gamma-Oszillationen ohne ihre Feuerrate zu verringern. Damit können sie das lokale Netzwerk zwischen zwei Eingabekanälen umschalten.

Wissenschaftliches Umfeld

Ece Sakalar interessiert sich für oszillierende Aktivitäten im Gehirn und die Netzwerke, die an Oszillationen beteiligt sind. Sie begann ihre Arbeit über neurale Oszillationen während ihrer Masterarbeit in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Daniel Durstewitz im Zentralinstitut für Seelische Gesundheit Mannheim. Nach dem Master Studium begann sie ihre Arbeit in der Arbeitsgruppe „Network Oscillations“ von Assoc. Prof. Dr. Balint Lasztoczi in einem FWF-finanzierten Projekt (P-29744-B27). Im Rahmen dieses Projekts arbeitete sie in der Abteilung für Kognitive Neurobiologie von Univ.-Prof. Dr. Thomas Klausberger. Ihre Forschungtätigkeit befasst sich mit der experimentellen Datensammlung und Datenanalyse von elektophysiologischen aufgezeichneten Gehirnaktivitäten und dem theoretischen Hintergrund der neurale Oszillationen. Die Ergebnisse ihres PhD-Projekts wurde im „Science“ Journal veröffentlicht. Diese Arbeit wurde in 2022 mit dem „Constantin von Economo Award“ für die beste veröffentlichte Arbeit ausgezeichnet.

Zur Person

Frau Ece Sakalar, Msc. wurde in Istanbul geboren und studierte von 2010 bis 2017 Biowissenschaften (Bachelor) und Neurowissenschaften (Master) an der Universität Heidelberg (Deutschland). In 2017 begann sie ihr Doktoratsstudium im PhD-Programm „Neurowissenschaften“ an der Medizinischen Universität Wien. Von 2017 bis 2022 arbeitete sie als Forscherin in der Gruppe Netzwerk Oszillationen unter der Leitung von Balint Lasztoczi in der Abteilung für Kognitive Neurobiologie des Zentrums für Hirnforschung als Teil ihres Doktoratsstudiums.

Ausgewählte Literatur

1. O’Keefe J. and Nadel L. (1978). The hippocampus as a cognitive map. Oxford: Oxford University Press.

2. Fernández-Ruiz, A., Oliva, A., Nagy, G. A., Maurer, A. P., Berényi, A., & Buzsáki, G. (2017). Entorhinal-CA3 dual-input control of spike timing in the hippocampus by theta-gamma coupling. Neuron, 93(5), 1213-1226.

3. Schomburg, E. W., Fernández-Ruiz, A., Mizuseki, K., Berényi, A., Anastassiou, C. A., Koch, C., & Buzsáki, G. (2014). Theta phase segregation of input-specific gamma patterns in entorhinal-hippocampal networks. Neuron, 84(2), 470-485.

4. Lasztóczi, B. and Klausberger, T. (2014). Layer-specific GABAergic control of distinct gamma oscillations in the CA1 hippocampus. Neuron 81.5: 1126-1139.

5. Lasztóczi, B. and Klausberger, T. (2016). Hippocampal place cells couple to three different gamma oscillations during place field traversal. Neuron 91.1: 34-40.

6. Klausberger, T. and Somogyi, P. (2008). Neuronal diversity and temporal dynamics: the unity of hippocampal circuit operations. Science 321.5885: 53-57.

7. Price, C.J., Cauli, B., Kovacs, E.R., Kulik, A., Lambolez, B., Shigemoto, R. and Capogna, M. (2005). Neurogliaform neurons form a novel inhibitory network in the hippocampal CA1 area. Journal of Neuroscience, 25(29), pp.6775-6786.

8. Overstreet-Wadiche, L. and McBain, C.J. (2015). Neurogliaform cells in cortical circuits. Nature Reviews Neuroscience, 16(8), pp.458-468.

9. Sakalar, E., Klausberger, T. and Lasztóczi, B. (2022). Neurogliaform cells dynamically decouple neuronal synchrony between brain areas. Science, 377(6603), pp.324-328.