Darstellung plastisch-adaptiver Prozesse im Hippokampus von Ratten und Mäusen durch simultane elektrophysiologische und fMRT Messungen
Final Report Abstract
Ein experimenteller Ansatz, der es ermöglicht während einer definierten elektrischen Stimulation des Tractusperforans gleichzeitig die induzierten elektrophysiologische und fMRT Signale im Hippokampus der Ratte aufzuzeichnen, wurde genutzt, um die neurophysiologischen Grundlagen der fMRT zu untersuchen. Die Arbeiten führten zu folgenden Ergebnissen: 1. Für die Generierung einer fMRT Antwort im Hippokampusist die Qualität der lokalen Signalverarbeitung von entscheidender Bedeutung. 2. Die gemessene fMRT Antwort im Gyrusdentatus und Hippokampus wird durch das Zusammenspiel von präsynaptisch (vermutlich über aktivierte Glia Zellen), postsynaptisch- und Spiking – induzierte Mechanismen bestimmt, wobei die Wichtung der einzelnen Mechanismen durch die aktuelle intrinsische Erregbarkeit der Neurone bestimmt wird. Dieses komplexe Zusammenspiel bewirkt, dass die gemessene fMRT Antwort nicht mit einer bestimmten Form der neuronalen Aktivität (z.B. synaptischer- oder Spiking-Aktivität) eindeutig korreliert werden kann. 3. Eine veränderte Signalverarbeitung im Hippokampuskann zu einer effizienteren Signalweiterleitung führen, wodurch überraschenderweise nicht nur direkte Zielstrukturen des Hippokampus, wie der Nucleus accumbens (NAcc) und medialer präfrontaler Cortex (mPFC), sondern auch das mesolimbischedopaminerge System aktiviert wird. 4. Das mesolimbischedopaminerge System moduliert seinerseits die Interaktion zwischen Hippokampus und seinen Zielstrukturen, wie z. B. NAcc und mPFC. Somit wirkt die durch denHippokampus vermittelte Stimulation des dopaminergen Systems weiter verstärkendauf die Aktivierung der direkten Zielstrukturen des Hippokampus. 5. Die simultane Aktivierung des mesolimbischendopaminergen Systems und des Hippokampus während des Erlernens einer aktiven Vermeidungs-reaktion führt zu längerfristigen Veränderungen in der Interaktion von Hippokampus und mPFC. Das heißt, lernbedingte Änderungen in der lokalen Signalverarbeitung sind eindeutig mit fMRT Methoden darstellbar.
Publications
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Perforant pathway stimulation as a conditioned stimulus for active avoidance learning triggers BOLD responses in various target regions of the hippocampus: A combined fMRI and electrophysiological study. Neuroimage, 2013. 75C: p. 221-235
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Synchronized electrical stimulation of the rat medial forebrain bundle and perforant pathway generates an additive BOLD response in the nucleus accumbens and prefrontal cortex. Neuroimage, 2013. 77: p. 14-25
Krautwald, K., H.K. Min, K. H. Lee, and F. Angenstein
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Variations in the temporal pattern of perforant pathway stimulation control the activity in the mesolimbic pathway. Neuroimage, 2013. 64: p. 43-60
Helbing, C., G. Werner, and F. Angenstein
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The actual intrinsic excitability of granular cells determines the ruling neurovascular coupling mechanism in the rat dentate gyrus. Journal of Neuroscience 18 June 2014, 34 (25) 8529-8545
Angenstein, F.
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Postsynaptic and spiking activity of pyramidal cells, the principal neurons in the rat hippocampal CA1 region, does not control the resultant BOLD response: A combined electrophysiological and fMRI approach. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, Vol 35, Issue 4, pp. 565 - 575, 2015
Scherf, T. and F. Angenstein
