Multilevel investigation of the neural correlates of emotional understanding

Empathie ist ein wichtiger Teil unserer sozialen Interaktion, ihre Hintergründe sind jedoch weitestgehend unerforscht. Obwohl die neurowissenschaftliche Forschung in diesem Bereich in den letzten 30 Jahren enorme Fortschritte gemacht hat, konzentriert sich die Analyse des Gehirns hauptsächlich auf ganze Gehirnareale. Mikroskopie-Techniken, die für eine Analyse auf zellulärer Ebene benötigt werden, sind für den Menschen zu invasiv, weshalb Nagetiere, wie Mäuse und Ratten, und ihre Grundform der Empathie als Modell verwendet werden. Ziel dieser Arbeit war es, zwei neue Methoden zu etablieren, die es ermöglichen Empathie nicht nur auf der Ebene des Verhaltens, sondern auch auf neurologischer Ebene am Beispiel von Mäusen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde das bereits etablierte Versuchsmodell "empathy for pain" mit zwei bildgebenden Untersuchungsmethoden kombiniert, die die Analyse auf zellulärer Ebene erleichtern. Die erste gewählte Technik war eine in-vivo Weitfeld-Mikroskopie in Kombination mit einer Clear-Skull-Technik, um während des "empathy for pain" -Modells die Aufzeichnung von Gehirnaktivierungsmustern auf zellulärer Ebene zu ermöglichen. Wir waren in der Lage, ein Setup zu erstellen, das es uns ermöglicht, in-vivo Weitfeld-Mikroskopie bei bewussten Tieren ohne die Notwendigkeit vollständiger Immobilisierung durchzuführen. Darüber hinaus gelang es uns Mikroskopie-Bilder zu produzieren, die statistisch signifikante Aktivierungsmuster in Übereinstimmung mit unseren Schockprogrammen zeigten. Die zweite gewählte Technik war CLARITY, eine optische Klärtechnik, die die Analyse von Proteinen und Neurotransmittern in ganzen Gewebeproben ermöglicht. Wir haben erfolgreich Lipide aus jenen Gehirnen entfernt, die wir den, in der Weitfeld-Mikroskopie verwendeten Tieren entnommen haben. Damit wurde die Basis für eine zukünftig erfolgreiche 3D Immun-Färbung gelegt.Empathy is a vital part of our social interaction with other people, its concept however is not well understood. Even though the neuroscientific research in this field has made tremendous progress in the last 30 years, analysis of the brain is mainly focused on whole brain areas. Microscopy techniques, that would be needed for analysis on a cellular level, are too invasive for humans, which is why rodents and their basic form of empathy are used as a model. The goal of this thesis was to establish two new methods, allowing to study the empathy for pain not only on a behavioural but a neurological level. Therefore, the well-established “empathy for pain” paradigm was combined with two investigative imaging techniques, facilitating analysis on a cellular level. The first technique chosen was in-vivo Widefield imaging in combination with a clear-skull technique to allow recording of brain activation patterns on a cellular level during the “empathy of pain” paradigm. We were able to build a setup, allowing us to perform in-vivo Widefield imaging on conscious animals without the need of full restraint. Further, we managed to produce Widefield images showing statistically significant activation patterns in accordance with our shock programs. The second technique chosen was CLARITY, an optical clearing technique enabling analysis of proteins and neurotransmitters in whole-tissue samples. We were able to successfully clear brain tissue of test subjects used in Widefield imaging. This provides a great basis for successful 3D immune staining in the future.Vorgelegt von: Naomi JelinekAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersWien, FH Campus Wien, Masterarb., 2018(VLID)252392