Diese Dissertation untersucht detailliert die Rolle hippocampaler FS-BCs bei gedächtnisbezogenen Oszillationen und hebt ihre nichtlineare dendritische Integration sowie Plastizitätseigenschaften in Netzwerkdynamiken hervor. FS-BCs, eine Klasse von GABAergen Interneuronen, synchronisieren die neuronale Aktivität im Hippocampus, was entscheidend für die Kodierung, Konsolidierung und den Abruf von Erinnerungen ist. Wie die zellulären Eigenschaften von FS-BCs, wie dendritische Integrationsmodi und Plastizitätsregeln, zu gedächtnisbezogenen Oszillationen beitragen, ist jedoch weitgehend unerforscht. Diese Forschung adressiert diese Fragen durch fortschrittliche biophysikalische Modelle, die von einzelnen Zellen bis zu Mikroschaltkreisen reichen, und liefert neue Einblicke in die Funktionalität von FS-BCs. In der ersten Studie wurden die rechnerischen Fähigkeiten der Dendriten von FS-BCs untersucht. Simulationen zeigten ein nichtlineares bimodales Integrationsprofil, das sowohl supralineare als auch sublineare Modi innerhalb eines dendritischen Baumes ermöglicht. Dies stellt die traditionelle Sichtweise inhibitorischer Interneuronen als lineare Integratoren in Frage und unterstreicht die komplexen, nichtlinearen Verarbeitungskapazitäten von FS-BCs, die denen von Pyramidenzellen ähneln. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde in der zweiten Studie untersucht, wie die dendritische Integration von FS-BCs die Netzwerkdynamik beeinflusst. Ein biophysikalisches Mikroschaltkreismodell testete die Beiträge supralinearer und sublinearer FS-BC-Dendriten zu langsamen und schnellen Oszillationen. Die Ergebnisse zeigen, dass supralineare Aktivierung schnelle Oszillationen, die mit Gedächtniskonsolidierung verbunden sind, verstärkt, während sublineare Aktivierung langsamere Theta-Band-Oszillationen fördert, die mit der Gedächtniskodierung assoziiert sind. Diese Modulation des Erregungs-Inhibitions-Gleichgewichts macht FS-BCs zu zentralen Regulatoren hippocampaler Oszillationen, die spezifische Gedächtnisprozesse unterstützen. In einer kollaborativen Studie wurde die Rolle der synaptischen Plastizität bei der Modulation des Beitrags von FS-BCs zu langsamen Gamma-Oszillationen untersucht, mit Fokus auf CP-AMPAR-abhängiges LTP an Pyramiden-zu-FS-BC-Synapsen. Simulationen zeigten, dass diese Plastizität die Gamma-Oszillationsleistung erhöht und darauf hinweist, dass FS-BC-, aber nicht Pyramidenplastizität, die Plastizität auf LFP-Ebene stärkt, indem sie langsame Gamma-Leistung verstärkt. Insgesamt zeigt diese Dissertation die Bedeutung inhibitorischer Interneuronen in Gedächtnisnetzwerken und liefert grundlegende Erkenntnisse, die zukünftige Studien zur Funktion des Hippocampus in Gesundheit und Krankheit inspirieren können.
This PhD thesis provides an in-depth exploration of hippocampal FS BCs' role in memory-related oscillations, emphasizing their nonlinear dendritic integration and plasticity properties in network dynamics. FS BCs, a class of GABAergic interneurons, synchronize neuronal activity across the hippocampus, a critical function for memory encoding, consolidation, and recall. However, how FS BCs' cellular properties, such as dendritic integration and plasticity, contribute to memory-related oscillations remains largely unexplored. This research addresses these questions using advanced biophysical models, from single cells to microcircuits, shedding unprecedented light on FS BC functionality. In the first study, we uncovered the computational capabilities of FS BC dendrites. Simulations revealed their nonlinear bimodal integration profile, capable of supralinear and sublinear modes within the same dendritic tree. This challenges the traditional view of inhibitory interneurons as linear integrators, highlighting FS BCs' sophisticated, nonlinear processing capabilities akin to pyramidal neurons. Building on these findings, the second study examined how FS BC dendritic integra-tion influences hippocampal network dynamics. A biophysical microcircuit model tested the differential contributions of supralinear and sublinear FS BC dendrites to slow and fast oscillations. Results suggest that supralinear activation of FS BC dendrites enhances fast oscillations linked to memory consolidation, while sublinear activation promotes slower, theta-band oscillations associated with memory encoding. This dynamic modulation of excitation-inhibition balance underscores FS BCs as key regulators of hippocampal oscillations, enabling distinct oscillatory signals to support specific memory processes. Finally, in a collaborative study, we investigated synaptic plas-ticity's role in modulating FS BC contributions to slow gamma oscillations, focusing on CP-AMPAR-dependent LTP at pyramidal-to-FS BC synapses. Simulations demon-strated that this plasticity enhances gamma oscillatory power, indicating that FS BC, but not pyramidal plasticity, uniquely promotes plasticity at the LFP level by enhancing slow gamma power. Overall, this PhD work underscores the importance of inhibitory interneurons in memory networks and offers foundational and novel insights that may inform future studies on hippocampal function in both health and disease under the prism of cellular and dendritic function.
