Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Linking brain morphology to age, animal personality, and cognition in a nonhuman primate (Microcebus murinus)

Fritz, Rebecca GND

Rebecca Grace Fritz - Linking brain morphology to age, animal personality, and cognition in a nonhuman primate (Microcebus murinus): Aging populations and increasing neurodegenerative diseases are challenging today’s biomedical research. The gray mouse lemur has become a valuable animal model, as cerebral alterations were revealed comparable to those observed during human brain aging. As an animal’s behavior is ultimately controlled by its brain, brain research can be combined with behavioral research to identify neurobiological substrates for individual, phenotypic variation in behavioral domains, such as cognitive abilities and animal personality. For this thesis, age-related brain structural changes (derived through MRI) of 59 gray mouse lemurs were analyzed by evaluating ventricular expansion of cerebrospinal fluid and measuring subcortical brain regions as well as cortical thickness. To assess learning capability and cognitive flexibility, animals were trained in touchscreen-based cognitive tasks on object discrimination and reversal learning. Open-field maze-based experiments were used to quantify spontaneous personality-related behavioral traits. Analyses revealed an increase in brain atrophies with age, particularly around temporo-occipital regions and the caudate nucleus. Sex-specific analyses found mainly ventricular expansion to be significantly more pronounced in aged females. Linking brain morphometry to cognitive performance suggested a prominent role of striatal and temporal structures to procedural learning and object discrimination. Cingulate, hippocampal, and thalamic structures were linked to cognitive flexibility and response inhibition. With regard to animal personality, explorative behavior related to volume of the amygdala and to shyness/boldness, while volume of the caudate nucleus related to neophilia. As the described brain atrophies validate previous findings in mouse lemurs and resemble patterns of age-related human brain atrophies, this thesis provides a valuable basis for future studies and will benefit further neurobiological research.

Rebecca Grace Fritz - Verknüpfung zwischen Hirnmorphologie, Alter, Tierpersönlichkeit und Kognition bei einem nicht-menschlichen Primaten (Microcebus murinus): Eine stetig alternde Bevölkerung stellt die biomedizinische Forschung vor große Herausforderungen. Der graue Mausmaki hat sich als Tiermodell etabliert, da Hirnveränderungen gefunden wurden, die zerebralen Veränderungen beim Menschen ähneln. Da auch Tierverhalten zerebraler Steuerung unterliegt, können durch die Kombination von Hirn- und Verhaltensforschung neurobiologische Substrate individueller, phänotypischer Variationen identifiziert werden, wie kognitive Fähigkeiten und tierpersönlichkeitsbezogenes Verhalten. Für diese Arbeit wurden altersbedingte Hirnveränderungen von 59 Mausmakis mittels MRT in Form einer semiquantitativen Analyse der ventrikulären Ausdehnung von Cerebrospinalflüssigkeit sowie der Vermessung verschiedener subkortikaler Hirnareale und der Hirnrindenschichtdicke, analysiert. Verhaltensdaten wurden durch touchscreen-basierende Kognitionstests zur Objektdiskriminierung und zum Umkehrlernen erfasst. Durch Open-Field-Tests wurden verschiedene tierpersönlichkeitsrelevante Verhaltensmerkmale quantifiziert. Die Analysen ergaben eine altersbedingte Zunahme von Hirnatrophien, vor allem in temporo-occipitalen Bereichen und dem Nucleus caudatus. Geschlechtsspezifische Analysen zeigten deutlich verstärkte Ventrikelerweiterungen bei Weibchen. Die Verknüpfung hirnstruktureller Daten mit kognitiven Leistungen ergab eine Beteiligung temporaler und striataler Areale bei prozeduralen Lernprozessen und der Objektdiskriminierung. Cingulum-, Thalamus-, und Hippocampus-Regionen korrelierten mit kognitiver Flexibilität und inhibitorischer Kontrolle. Zur Tierpersönlichkeit zeigte sich eine Beteiligung der Amygdala auf Explorationsverhalten und Schüchternheit/Mut, für das Volumen des Nucleus caudatus ergab sich ein Zusammenhang mit Neophilie. Da die beschriebenen Hirnatrophien Ergebnissen früherer Mausmaki Studien und vom Menschen bekannten Mustern ähneln, liefert diese Arbeit eine wertvolle Basis für weitere neurowissenschaftliche Forschung an diesem Primatenmodell.

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