Projekt 3

Kortiko-subkortikale Interaktionen und lokale neuronale Dynamiken bei Morbus Parkinson

Projektinhalte

Eine Vielzahl von Studien zeigt einen Zusammenhang zwischen Morbus Parkinson und dem Auftreten von abnormalen neuronalen Oszillationen in kortiko-Basalganglien-Netzwerken. Bislang lag ein Hauptaugenmerk auf der Erforschung der Korrelation zwischen exzessiv ausgeprägten Beta-Oszillationen im subthalamischen Nukleus (STN) und motorischen Symptomen. Weitaus weniger bekannt ist jedoch die Relevanz von spontaner kortikaler Aktivität und neuronaler kortiko-Basalganglien-Kohärenz für klinische Defizite bei Morbus Parkinson. Bisher wurden zur Analyse von neuronalen Oszillationen und Interaktionen in kortiko-Basalganglien-Netzwerken weitestgehend lineare Auswertungsmethoden verwendet, die jedoch räumliche Spezifität entbehren und analytische Einschränkungen beinhalten.

In unserem Projekt kommen daher neu entwickelte multivariate Analysemethoden (z. B. Räumlich-Spektrale Dekomposition, Kross-Frequenz-Dekomposition, Regressions-Kohärenz) zur Anwendung, um komplementär lineare und nicht-lineare neuronale Interaktionen zwischen Kortex und Basalganglien bei Morbus Parkinson zu charakterisieren. Ein besonderer Schwerpunkt in unserem Projekt liegt auf neuronalen Kross-Frequenz-Interaktionen in kortiko-subkortikalen Netzwerken. Hierbei sollen Mechanismen untersucht werden, durch die dominante kortikale Aktivität (Alpha-Oszillationen) möglicherweise modulierend auf dominante neuronale Aktivität in den Basalganglien (Beta-Oszillationen) wirken kann.

Die Untersuchung speziell von nicht-linearen Interaktionen in kortiko-subkortikalen Netzwerken kann zum Verständnis der Relevanz von kortikaler Aktivität für therapeutisch wirksame subthalamische Stimulation beitragen. Darüber hinaus liegt ein Projektschwerpunkt auf der Untersuchung von möglichen kausalen Auswirkungen der Variabilität in kortiko-Basalganglien-Interaktionen auf motorische Defizite bei Morbus Parkinson. Hierfür werden die momentan-Fluktuationen in neuronalen Oszillationen zeitgleich mit evozierten Potentialen und Bewegungsparametern in Verbindung gesetzt.

Hauptergebnisse aus der ersten Förderperiode (2011–2013)

  • Nachweis neuronaler Langzeitkorrelationen im STN (lokale Feldpotentiale) bei Patienten mit Morbus Parkinson. Nach Levodopa-Entzug waren diese Langzeitkorrelationen in 13–35 Hz und ~300 Hz Oszillationen erniedrigt (Hohlefeld et al., 2012).
  • Nachweis funktionaler und effektiver Konnektivität (befreit von Volumenleitungsartefakten) im STN in lokalen Feldpotentialen bei Patienten mit Morbus Parkinson. Erhöhte funktionelle Konnektivität in 10–30 Hz Oszillationen nach Levodopa-Gabe korrelierte mit der Verbesserung motorischer Symptome im UPDRS (Hohlefeld et al., 2013a).
  • Nachweis von Langzeitkorrelationen in elektroenzephalographischen Ableitungen (6–30 Hz Oszillationen) bei Patienten mit Essentiellem Tremor. Die thalamische Tiefenhirnstimulations-indizierte Modulation von kortikalen Langzeitkorrelationen korrelierte mit der Tremor-Schwere und Krankheitsdauer (Hohlefeld et al., 2013b).
  • Entwicklung einer neuen Methode (Source Power Correlation) zur Maximierung der Korrelation zwischen der Amplitude neuronaler Oszillationen und kognitiv-motorischen Variablen. Dies erlaubt die Extraktionen jener neuronalen Komponenten, welche die Vorhersage behavioraler Parameter optimieren, z. B. Bewegungsparameter bei Morbus Parkinson (Dähne et al., 2014).

Internetseite:
https://sites.google.com/site/neurophysicsgroup/

Dr. rer. nat. Vadim V. Nikulin, Projektleiter
Charité – Campus Benjamin Franklin
Klinik für Neurologie / AG Neurophysik
Hindenburgdamm 30
12203 Berlin
Tel.: +49-30 8445 4706
Fax: +49-30 8445 4264
vadim.nikulin@charite.de
Prof. Dr. med. Gabriel Curio, Projektleiter
Charité – Campus Benjamin Franklin
Klinik für Neurologie / AG Neurophysik
Hindenburgdamm 30
12203 Berlin
Tel.: +49-30 8445 2276
Fax: +49-30 8445 4264
gabriel.curio@charite.de
Dr. phil. Friederike U. Hohlefeld, Postdoc
Charité – Campus Benjamin Franklin
Klinik für Neurologie / AG Neurophysik
Hindenburgdamm 30
12203 Berlin
Tel.: +49-30 8445 4703
Fax: +49-30 8445 4264
friederike.hohlefeld@gmx.de