Pathophysiologie schlafabhängiger Gedächtniskonsolidierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein Dialog zwischen dem Hippocampus und dem Neokortex bildet die physiologische Grundlage der schlafabhängigen Gedächtniskonsolidierung. Der Hippocampus ist darüber hinaus ein Prädilektionsort für Epilepsie - eine Netzwerkstörung, die durch ein Ungleichgewicht zwischen Erregung und Inhibition (E/I-Balance) auf neuronaler Ebene zu epileptischen Anfällen, interiktalen epileptiformen Entladungen (IEDs) und Gedächtnisstörungen führt. IEDs treten bevorzugt während des NREM-Schlafs (non-rapid-eye-movement) auf, der im gesunden Gehirn hippocampale-neokortikale Interaktionen und Gedächtnisbildung fördert. Daher könnten E/I-Ungleichgewicht, IEDs und gestörte Netzwerkinteraktionen grundlegende Ursachen für Gedächtnisstörungen bei Patienten mit Epilepsie sein. In diesem Projekt wurde die E/I-Balance als gemeinsamer Bezugsrahmen genutzt, um die komplizierten Drei-Wege-Interaktionen zwischen Schlaf, Gedächtnis und Epilepsie bei Patienten mit Epilepsie zu untersuchen. Zunächst konnte ich zeigen, dass aperiodische neuronale Aktivität, quantifiziert durch die Spektralneigung des EEG, mit der E/I-Balance auf zellulärer Ebene korreliert. Letztere wurde mit Hilfe von Kalzium-Bildgebung bei Nagetieren charakterisiert. Anschließend habe ich demonstriert, dass eine Abflachung der Spektralneigung die neuronale Übererregbarkeit während eines epileptischen Anfalls reflektiert und somit als klinisch relevanter Marker für pathologische Aktivität in Frage kommt. Darüber hinaus bieten meine Ergebnisse neue Einblicke in die hippokampalen-neokortikalen Interaktionen, die der Gedächtniskonsolidierung während des Schlafs zugrunde liegen. Diese Resultate zeigen, dass sich die Oszillationen des präfrontalen Kortex funktionell von denen des Hippocampus unterscheiden. Sie beschreiben einen evolutionär erhaltenen Mechanismus, bei dem das präzise Zusammenspiel zwischen hippocampalen und neokortikalen Ripple-Oszillationen während des Schlafs die hippocampale Informationsübertragung von der nachfolgenden neokortikalen Verarbeitung zeitlich trennt. Zusammenfassend bieten diese Studien neue Einblicke in die Netzwerkdynamik, die das neuronale Gleichgewicht zwischen Erregung und Inhibition herstellt oder stört, und zeigen, wie die Formierung kortikaler Ripple-Oszillationen zum hippokampalen-neokortikalen Dialog beiträgt, der schlafabhängige Gedächtniskonsolidierung ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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An evolutionary conserved division-of-labor between archicortical and neocortical ripples organizes information transfer during sleep. Progress in Neurobiology, 227, 102485.
van Schalkwijk, Frank J.; Weber, Jan; Hahn, Michael A.; Lendner, Janna D.; Inostroza, Marion; Lin, Jack J. & Helfrich, Randolph F.
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Human REM sleep recalibrates neural activity in support of memory formation. Science Advances, 9(34).
Lendner, Janna D.; Niethard, Niels; Mander, Bryce A.; van Schalkwijk, Frank J.; Schuh-Hofer, Sigrid; Schmidt, Hannah; Knight, Robert T.; Born, Jan; Walker, Matthew P.; Lin, Jack J. & Helfrich, Randolph F.
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The effects of slow wave sleep characteristics on semantic, episodic, and procedural memory in people with epilepsy. Frontiers in Pharmacology, 15.
Höller, Yvonne; Eyjólfsdóttir, Stefanía; Van Schalkwijk, Frank Jasper & Trinka, Eugen
