Charakterisierung der Beziehung zwischen Lokalen Feldpotenzialen und Spikeaktivität im Nucleus subthalamicus bei Patienten mit Morbus Parkinson

• Applicant: Professorin Dr. Sonja Grün
• Subject Area: Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 101434521

Das Lokale Feldpotential (LFP) ist ein komplexes, jedoch einfach zu messendes bioelektrisches Populationssignal, das über die Aufsummierung postsynaptischer Potentiale die gemittelte neuronale Aktivität eines Gehirnnetzwerkes widerspiegelt. Parallel hierzu sind extrazelluläre Messungen von Aktionspotentialen (Spikes) einzelner Neurone möglich. Durch eine Korrelations- und Phasenanalyse von Eingangs- (erfasst durch Spikes) und Ausgangsaktivität (erfasst durch das LFP) eines lokalen Teils des Gesamtnetzwerks ist es möglich, die verschiedenen Komponenten des LFPs in Bezug zur zugrundeliegenden Netzwerkdynamik zu setzen. In diesem Teilprojekt analysieren wir LFPs und Spikes im Nucleus subthalamicus in Bezug auf Veränderungen der Populationsaktivität bei Patienten mit Morbus Parkinson (PD). Mit Methoden der Phasensynchronisation charakterisieren wir den LFP-Spike Zusammenhang in Abhängigkeit der Elektrodenposition, der Präsenz pathologischer Oszillationsaktivität, und des Neuronentyps. So gewinnen wir Erkenntnisse, wie sich LFP und Spikes gemeinsam als Signal für „closed-Loop“ Systeme der Tiefen Hirnstimulation nutzen lassen. Insbesondere untersuchen wir, ob der LFP-Spike-Bezug als Indikator therapeutisch effektiver Ableitstellen während eines operativen Eingriffs dienen kann. In einem zweiten Aspekt dieses Teilprojekts werden wir durch gleichzeitiges Beobachten der Muskelaktivität anhand elektromyografischer Ableitungen (EMG, als Proxy für die Aktivität spinaler Motoneurone) mittels einer Kausalitätsanalyse die Hypothese testen, dass das Ankoppeln von Spikes an das LFP den Grad widerspiegelt, in dem oszillatorische Aktivität im Ncl. subthalamicus den efferenten Informationsfluss zum Muskel bestimmt und damit zu motorischen Defiziten des idiopathischen Parkinson Syndroms beiträgt.

• DFG Programme: Clinical Research Units
• Subproject of: KFO 219: Basal-Ganglia-Cortex-Loops: Mechanisms of Pathological Interactions and Therapeutic Modulation
• Participating Persons: Dr. Michael Denker; Professor Dr. Lars Timmermann