Tuft dendrites in frontal motor cortex facilitate adaptive behaviour

Die Anpassung von Verhalten in unterschiedlichen Kontexten erfordert die Integration sensorischer und kontextueller Signale, um Bewegungen situationsgerecht auszuführen. Der anterolaterale motorische Kortex (ALM) ist eine Region, die für die Entscheidungsfindung bei Nagetieren eine zentrale Rolle spielt; die zellulären Mechanismen, die Verhaltensflexibilität zugrunde liegen, sind noch unzureichend verstanden. Studien konnten zeigen, dass Axone mit relevanter Information im Kontext der Entscheidungsfindung auf den apikalen Dendriten von Pyramidalneuronen der Schicht 5b im ALM konvergieren. Um die funktionelle Bedeutung dieser Dendriten zu untersuchen, kombinierten wir einen Verhaltenstest der kognitive Flexibilität erfordert, mit 2-Photonen-Kalziumbildgebung und optogenetischen Manipulationen. Die Aktivierung NDNF-positiver Interneurone, die apikale Dendriten hemmen, beeinträchtigte spezifisch das Lernen neuer Verhaltensregeln, ohne zuvor konsolidiertes Verhalten zu stören. Diese Manipulation dämpfte globale Kalziumsignale in Dendriten erheblich, während lokale Kalziumtransienten in Spines erhalten blieben. Dies deutet darauf hin, dass globale dendritische Kalziumsignale das Ziel der NDNF-Interneuron-vermittelten Suppression darstellen, und nicht spine-spezifische synaptische Transmission. Darüber hinaus wiesen exzitatorische Eingänge auf apikalen Dendriten eine regelabhängige räumliche Gruppierung auf, was zeigt, dass sich die Organisation synaptischer Eingänge dynamisch an wechselnde Aufgabenanforderungen anpasst. Schließlich war die Aktivität von NDNF-Interneuronen eng an das Aufgabenengagement gekoppelt und wurde spezifisch während Fehlern beim Umlernen reduziert. Zusammengenommen belegen diese Ergebnisse, dass aktive dendritische Integration in Pyramidenneuronen der Schicht 5b des ALM einen zentralen Rechenmechanismus für flexibles Lernen darstellt, und identifizieren ein zelluläres Substrat, durch das kontextabhängige Verhaltensanpassung realisiert wird.