Pathologische Merkmale von hippocampalen "sharp-wave-ripple" Komplexen in Nagetieren und Epilepsiepatienten - ein Biomarker für Gedächtnisstörungen und ein Therapie-Target für die Behandlung von Gedächtnisdefiziten.

• Antragstellerin: Dr. Anna Maslarova
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512713434

Bedeutung: Die tiefe Hirnstimulation stellt eine neurochirurgische Behandlungsoption für viele psychiatrische Erkrankungen dar. Die meisten der derzeit angewandten Stimulationsprotokolle verursachen lediglich eine Störung der neuronalen Signalausbreitung, so dass die Ergebnisse, denen von läsionellen Verfahren kaum überlegen sind. In jüngster Zeit hat sich jedoch eine gezieltere Modulation neuronaler Oszillationen, die auf bestimmte Frequenzen des EEG-Signals zeitlich abgestimmt ist, als äußerst effizient bei der Behandlung von Depression erwiesen. Bei Nagetieren konnte zudem die gezielte Modulation neuronaler Oszillationen die Gedächtnisleistung verbessern. Es bleibt noch zu klären, ob eine solche Modulation auch beeinträchtigtes Gedächtnis wiederherstellen kann. Das Projekt: Das aktuelle Projekt zielt darauf ab, Komponenten von hippocampalen Oszillationen zu identifizieren, welche bei Erkrankungen des Gedächtnisses als Targets für eine Neuromodulation dienen können. Das Projekt schlägt einen kombinierten Ansatz aus einem Tiermodell für Gedächtnisstörungen und intrakraniellem EEG (iEEG) von Epilepsiepatienten vor. Der Focus liegt auf der Analyse von hippocampalen „sharp-wave-ripples“ Oszillationen (SWRs), welche eine entscheidende Rolle bei der Kodierung und Konsolidierung von Erinnerungen spielen. Bei Patienten mit pharmakoresistenter Epilepsie und unklarer epileptogenen Läsion, kommt das iEEG zur Lokalisierung der Anfallszone und zur Planung einer chirurgischen Resektion zum Einsatz. Solche iEEG Aufzeichnungen aus dem Hippocampus, welcher an der Bildung des Langzeitgedächtnisses beteiligt ist, bieten die Möglichkeit, lokale Feldpotentiale und die Aktivität einzelner Neuronen zu untersuchen. So wurden im menschlichen Hippocampus SWRs aufgezeichnet. Den meisten Studien ist es jedoch nicht gelungen, die Aufzeichnungen einer bestimmten Subregion des Hippocampus zuzuordnen, da die Bestimmung der Elektrodenposition in der postoperativen Bildgebung nur orientierend gelingt. Ein Teil dieses Projekts wird darin bestehen, die unzureichende Lokalisierung anhand eines automatisierten Region-Classifiers zu verbessern. Basierend auf Aufzeichnungen von identifizierten Regionen im iEEG von Mäusen, sollen Region-spezifische Feldpotentiale und neuronale Feuermuster, verwendet werden, um die Aufzeichnungsorte im menschlichen iEEG vorherzusagen. So können folglich spezifische Merkmale von SWRs in identifizierten Regionen des menschlichen Hippocampus besser klassifiziert werden. Der zweite Teil des Projekts wird sich auf potenzielle neurophysiologische Marker für Gedächtnisstörungen konzentrieren: 1) mittels iEEG in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit 2) im menschlichen iEEG von Epilepsiepatienten. Ob die Modulation dieser Parameter das Verhalten und die Gedächtnisleistung beeinflussen kann, soll bei den Mäusen mittels optogenetischer Closed-Loop-Stimulation untersucht werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Gyorgy Buzsaki, Ph.D.