(Holger Stark)

Mongolische Wüstenrennmäuse lernen schnell, einem milden elektrischen Fußreiz in einer Shuttle-Box (siehe Abbildung) durch das Erlernen von Meide- oder Diskriminierungsstrategien zu entgehen. Lernvorgänge durchlaufen verschiedene Stadien. Das aufgezeichnete Lernverhalten wird physiologischen Daten wie dem Gehalt von Dopamin im präfrontalen Kortex, der mit Mikrodialyse gemessen wird, gegenübergestellt. Die Herausbildung der essentiellen Assoziationen als Voraussetzung des Erlernens einer erfolgreichen (Fußreiz-vermeidenden) Verhaltensstrategie führt zu einem zeitweisen, starken Anstieg des Dopaminstoffwechsels im präfrontalen Kortex. Die Aufzeichnung des Elektroenzephalogramms (EEG) während des Trainings und die anschließende Bestimmung der Theta-Synchronisation gestatten die Differenzierung von Stadien der Entwicklung einer Meidestrategie der Wüstenrennmäuse. Besondere Ereignisse innerhalb der einzelnen Ton-Schock-Kombinationen während des Meidetrainings erlauben die Abgrenzung der Stadien (1) „Signaldetektion“, (2) „Flucht-Lernen (Escape Learning)“, (3) „Meide-Lernen (Avoidance Learning)“ und (4) „Abruf der erworbenen Meidestrategie (Retrieval)“ von einer Ton-Schock-Kombination zur nächsten. Die zu Beginn der Konditionierung hohe Theta-Aktivierung als Reflektion einer starken Beanspruchung des informationsverarbeitenden Systems des Tieres nimmt mit der Ausreifung der Meidestrategie ab. Das detaillierte Wissen über die Herausbildung von Verhaltensstrategien erlaubt Untersuchungen kognitiver Funktionen wie Kurzzeitgedächtnis, Rückkopplungs- (Feedback)-Lernen, Fehlerverarbeitung (Error-Processing), Planung und Entscheidungsfindung (Decision Making).

Abbildung:
Während das Versuchstier die Bedeutung der akustischen Reize und das adäquate Verhalten in der Shuttle-Box lernt, messen wir mit Hilfe der Mikrodialyse die Freisetzung von Dopamin im präfrontalen Cortex.

Mitarbeiter:

Dr. Thomas Rothe

Kollaborationen:

Matthijs G. P. Feenstra (Institute for Brain Research, Amsterdam, The Netherlands)

Wichtige Publikationen:

1. Stark, H. and Scheich, H. (1997) Dopaminergic and serotonergic neurotransmission systems are differentially involved in auditory cortex learning: a long-term microdialysis study of metabolites. J.Neurochem. 68 , 691-697.
2. Stark, H., Bischof, A. and Scheich, H. (1999) Increase of extracellular dopamine in prefrontal cortex of gerbils during acquisition of the avoidance strategy in the shuttle-box. Neurosci.Lett. 264 , 77-80.
3. Bischof, A., Stark, H., Wagner, T. and Scheich, H. (2000) The inhibitory influence of an acquired escape strategy on subsequent avoidance learning in gerbils. Neurosci.Lett. 281 , 175-178.
4. Stark, H., Bischof, A., Wagner, T. and Scheich, H. (2000) Stages of avoidance strategy formation in gerbils are correlated with dopaminergic transmission activity. Eur.J.Pharmacol. 405 , 263-275.
5. Bischof, A., Stark, H., Blumenstein, R., Wagner, T., Brechmann, A. and Scheich, H. (2001) A semiautomatic method for adding behavioral data to videotape records in combination with the Noldus Observer system. Behav.Res.Methods Instrum.Comput. 33 , 549-555.
6. Stark, H., Bischof, A., Wagner, T. and Scheich, H. (2001) Activation of the dopaminergic system of medial prefrontal cortex of gerbils during formation of relevant associations for the avoidance strategy in the shuttle-box. Prog.Neuropsychopharmacol.Biol.Psychiatry 25 , 409-426.
7. Stark, H., Rothe, T., Wagner, T. and Scheich, H. (2004) Learning a new behavioral strategy in the shuttle-box increases prefrontal dopamine. Neuroscience 126 , 21-29.
8. Stark, H., Rothe, T., Deliano, M. and Scheich, H. (2007) Theta activity attenuation correlates with avoidance learning progress in gerbils. NeuroReport 18 , 549-552.
9. Stark, H., Rothe, T., Deliano, M. and Scheich, H. (2008) Dynamics of cortical theta activity correlates with stages of auditory avoidance strategy formation in a shuttle-box. Neuroscience 151 , 467-475.