KFO 219:  Basal-Ganglia-Cortex-Loops: Mechanisms of Pathological Interactions and Therapeutic Modulation

• Subject Area: Medicine
• Term: from 2010 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 101434521

The tight interconnections between basal-ganglia, thalamus and cortex are generally summarised as basal-ganglia-cortex-loops. They are key-structures for communication in the human brain. Basal-ganglia-cortex loops are important in the performance and control of movements, in cognitive tasks, oculomotor tasks, but also in emotional processing. These different functions are realised partly in segregated structures, a tight interaction between the different functions has to be postulated.
For our understanding of basal-ganglia-cortex-loops affecting diseases like movement disorders or obsessive-compulsive disorders, the basal-ganglia-cortex-loops are of utmost importance. In Parkinson’s disease, pathological oscillatory coupling between cortical and subcortical brain areas, seem to be a key pathophysiological mechanism. Pathological oscillatory activity in different frequency bands could well explain not only motor symptoms like tremor or bradykinesia, but also higher cognitive functions and emotional-affective processes are pathologically altered and controlled by the basal-ganglia-cortex-loops.
A therapeutic option with respect to modulation of pathological oscillatory activity is deep brain stimulation. This therapy allows a distinct modulation of pathological activity in basal-ganglia-cortex-loops in patients with Parkinson’s disease, tremor and dystonia. Aim of the Clinical Research Unit is the characterisation of pathological basal-ganglia-cortex interactions in different neurological and psychiatric diseases and their therapeutic modulation by deep brain stimulation and pharmacological interventions.

• DFG Programme: Clinical Research Units

Projects

• Bedarfsgesteuerte desynchronisierende tiefe Hirnstimulation (Applicant Tass, Peter )
• Charakterisierung der Beziehung zwischen Lokalen Feldpotenzialen und Spikeaktivität im Nucleus subthalamicus bei Patienten mit Morbus Parkinson (Applicant Grün, Sonja )
• Charakterisierung der effektiven Konnektivität motorischer Basalganglien-Kortex-Schleifen durch loklale Feldpotentiale im Nucelus Subthalamicus und EEG-Ableitungen bei Morbus Parkinson (Applicant Timmermann, Lars )
• Consequences of HCN/h pacemarker channel deficency for cortico-basal ganglia circuit function (Applicant Isbrandt, Dirk )
• Einfluss des dopaminergen Systems auf die Konnektivität der Basalganglien-Kortex Interaktionen bei Gesunden und Patienten mit dopaminergen Dysfunktionen (Applicant Grefkes-Hermann, Christian )
• Fehlerdetektion beim M. Parkinson: Modulation durch Tiefe Hirnstimulation im Nucleus Subthalamicus und dopaminerge Medikation (Applicant Ullsperger, Markus )
• Kernspintomographische und modell-basierte Differenzierung von Subtypen des Morbus Parkinson unter besonderer Brücksichtigung der Basalganglien-Konnektivität (Applicant Tittgemeyer, Marc )
• Konnektivitätsstörungen als pathologischer Link zwischen striatalen und kortikalen Auffälligkeiten bei Subtypen der Parkinson-Erkrankung. Eine longitudinale multimodale Bildgebungsstudie (Applicant Eggers, Carsten )
• Mathematische Modellierung der Entstehung und Suppression pathologischer Aktivitätszustände in den Basalganglien-Kortex-Schleifen (Applicant Diesmann, Markus )
• Modulation des dopaminergen und glutamatergen Systems durch Tiefe Hirnstimulation im Ncl. subthalamicus und L-DOPA be ider 6OHDA-Hemiparkinson-Ratte (Applicant Endepols, Heike )
• Neurophysiologische und neurokognitive Charakterisierung der Basalganglien-Kortex-Interaktionen beim Tourette-Syndrom und deren Modulierbarkeit durch Tiefe Hirnstimulation thalamischer Kernregionen (Applicant Kuhn, Jens )
• Verhaltens- und bildgebende Untersuchungen zur Rolle des striatalen und frontalen Dopamins für kognitive Flexibiltiät und Stabiliseriung bei Parkinson-Patienten und gesunden Probanden (Applicant Schubotz, Ricarda Ines )
• Zentralprojekt (Applicant Timmermann, Lars )

• Leader: Professor Dr. Lars Timmermann
• Spokesperson: Professor Dr. Gereon Rudolf Fink