Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sichtbar gemacht: Plastische Veränderungen im Gehirn

04.09.2014

Tinnitus, Migräne, Epilepsie, Depression, Schizophrenie, Alzheimer. Dies sind Beispiele neurologisch bedingter Erkrankungen, die zunehmend mittels Magnetstimulation des Gehirns behandelt und erforscht werden. Doch über die genauen Wirkmechanismen dieser Methode wusste man bisher nicht viel.

Der Arbeitsgruppe um PD Dr. Dirk Jancke vom Institut für Neuroinformatik der RUB ist es nun erstmalig gelungen, neuronale Effekte der Behandlung mit hochaufgelösten Bildern darzustellen.


Das Prinzip transkranieller Magnetstimulation (TMS). Eine stromdurchflossene Spule (oben links) erzeugt kurzzeitig Magnetfelder, die elektrische Ströme in der Hirnrinde auslösen.

Nick Davis

Schmerzfreie Behandlungsmethode

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine schmerzfreie, nicht invasive Stimulationsmethode, bei der ein starkes Magnetfeld durch eine über dem Kopf platzierte Spule erzeugt wird. So werden Gehirnregionen gezielt aktiviert oder gehemmt. Trotz zunehmender medizinischer Anwendungen sind die genauen neuronalen Wirkmechanismen der TMS bislang nur wenig verstanden. Dies liegt einerseits daran, dass beim Menschen eingesetzte bildgebende Verfahren, wie fMRT (funktionelle Kernspintomografie), nicht die notwendige zeitliche Auflösung haben, um Aktivitäten von Nervenzellen in Millisekunden zu erfassen. Schnellere Messverfahren, wie EEG oder MEG, werden hingegen durch das induzierte Magnetfeld beeinflusst, sodass starke Störsignale kurzzeitig nach einem Magnetpuls wesentliche Informationen über Aktivitätsänderungen im Gehirn verbergen.

Wirkung auf Nervenzellen in Echtzeit beobachten

Hochaufgelöste Bilder der Wirkung von TMS sind nun erstmalig Forschern der RUB im tierexperimentellen Ansatz gelungen. Die Arbeitsgruppe um PD Dr. Dirk Jancke, Institut für Neuroinformatik, nutzt dazu spannungsabhängige Farbstoffe, die in Zellmembranen verankert fluoreszente Lichtsignale aussenden, sobald Nervenzellen aktiviert oder gehemmt werden. Die Verwendung von Licht vermeidet das Problem von Messartefakten aufgrund der auftretenden Magnetfelder.

„Wir konnten nun in Echtzeit zeigen, wie ein einzelner TMS-Puls Gehirnaktivität über einen größeren Bereich unterdrückt, höchstwahrscheinlich durch massive Aktivierung hemmender Gehirnzellen“, so Jancke. Bei höheren TMS Frequenzen erzeugt jeder weitere TMS-Puls eine schrittweise Erhöhung der Gehirnaktivität. „Der daraus resultierende erhöhte Aktivitätszustand öffnet ein Zeitfenster für plastische Veränderungen“, erläutert Dr. Vladislav Kozyrev, Erstautor der Studie.

Chance für Patienten

Die erhöhte Erregbarkeit von Nervenzellen kann genutzt werden, um eine Reorganisation von Zellkontakten durch gezielte Lernprozesse zu bewirken. Etwa wird durch visuelles Training nach TMS die Unterscheidungsfähigkeit von Bildkonturen verbessert, und bei Patienten mit Amblyopie - einer erworbenen Sehschwäche - die Kontrastwahrnehmung erhöht.

Für viele neurologische Erkrankungen des Gehirns wie beispielsweise Epilepsie, Depression und Schlaganfall sind spezifische Modelle entwickelt worden. „Mittels unserer Technik erhalten wir raumzeitlich hochaufgelöste Daten von kortikalen Aktivitätsveränderungen im Tierexperiment“, so Dirk Jancke. „Diese Daten, so hoffen wir, erlauben gezielte Verbesserungen von TMS-Parametern und Lernvorgängen, die zur Übertragung auf die medizinische Behandlung des Menschen genutzt werden können.“

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Studie, unter anderem im Rahmen des Bochumer SFB 874 „Integration und Repräsentation sensorischer Prozesse (Teilprojekt A2, Eysel/Jancke)“.

Titelaufnahme

V. Kozyrev, U.T. Eysel, D. Jancke (2014): Voltage-sensitive dye imaging of transcranial magnetic stimulation-induced intracortical dynamics, PNAS, 10.1073/pnas.1405508111

Weitere Informationen

PD Dr. Dirk Jancke, Optical Imaging Group, Institut für Neuroinformatik der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-27845, E-Mail: dirk.jancke@rub.de

Angeklickt

Webseite Optical Imaging Lab
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Dirk.Jancke/

Arne Dessaul | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Darmflora beeinflusst das Altern
21.04.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten