Neuroplastizität

Das menschliche Gehirn besitzt eine erstaunliche Fähigkeit zur Reorganisation, die Voraussetzung für die Anpassung an sich ständig ändernde Umweltbedingungen ist. Diese Fähigkeit zur Plastizität ist von herausragender Bedeutung für Erholungsprozesse nach Schädigungen des Gehirns, wie einem Schlaganfall.

Das prioritäre Interesse unserer Forschungsgruppe liegt darin, das Verständnis der Grundlagen von Plastizität der Hirnrinde auf systemneurowissenschaftlicher Ebene weiter zu verbessern. Im Besonderen sind wir darin interessiert zu verstehen welche Mechanismen von Plastizität Lernen im gesunden Gehirn und Wiedererlernen verlorengegangener Fertigkeiten im geschädigten Gehirn nach Schlaganfall unterliegen.

Wie verändern sich Netzwerke des Gehirns nach Schädigung um Funktionsdefizite auszugleichen? Kann der Erkenntniszuwachs über diese Zusammenhänge genutzt werden, um den Rehabilitationserfolg eines einzelnen Patienten vorherzusagen und/oder durch gezielte Intervention zu verbessern? Wir adressieren diese Fragen mit moderner Bildgebung (funktionelle Magnetresonanztomographie, Diffusionstensor-Bildgebung), elektrophysiologischen Methoden (EMG, EEG, MEG) in Kombination mit nicht-invasiver Hirnstimulation (transkranielle Magnetstimulation, transkranielle Gleichstromstimulation) und Neuropharmakologie. Unser Ziel ist, innovative und effektive neurorehabilitative Strategien, zu entwickeln, die einen relevanten Fortschritt bei der Rehabilitationsbehandlung, von Patienten mit neurologischen, insbesondere neurovaskulären Erkrankungen bedeuten.

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Pharmakologische Modulation von TMS-evozierten EEG Antworten



 

Die Möglichkeit, mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) Hirnfunktionen bei gesunden Probanden und Patienten mit Hirnschädigungen zu verstehen, kann durch die Kombination mit anderen elektrophysiologischen und bildgebenden Methoden oder durch die Kombination von TMS mit einer pharmakologischen Exposition deutlich verbessert werden. Insbesondere die zeitgleiche Aufzeichnung von Hirnströmen mittels EEG erlaubt es, die Effekte von TMS auf das Gehirn mit guter räumlicher und exzellenter zeitlicher Auflösung direkt zu untersuchen.

TMS-evozierte Potentiale (TEP) nach einer Einzelpuls-TMS des primären Motorkortex können sowohl an der Stimulationsstelle als auch in entfernten Gehirnregionen für bis zu 300ms nach dem Stimulus aufgezeichnet werden. Die zugrunde liegenden physiologischen Mechanismen der TEP sind jedoch nicht gut verstanden.

In diesem Projekt sollen die physiologischen Mechanismen von TMS-evozierten EEG Ableitungen durch eine pharmakologische Modulation von GABAerger Neurotransmission näher charakterisiert werden.

 

Modulation des kortikalen Motornetzwerkes durch
Mehrspulen-TMS


 

Die koordinierte neuronale Aktivität in weit verzweigten Netzwerken des Gehirns ist die Basis für höhere kognitive Funktionen und komplexe sensomotorische Fähigkeiten. Im motorischen Funktionssystem bilden zahlreiche Hirnareale wie der dorsale prämotorische Kortex, der ventrale prämotorische Kortex, das supplementärmotorische Areal, der Parietalkortex, die Basalganglien und das Kleinhirn zusammen mit dem primären Motorkortex ein motorisches Netzwerk.

Neuronale Koordination ist hochgradig dynamisch und hängt sowohl von der motorischen Aufgabe als auch vom Zustand des Gehirns ab. Zudem ist die effektive Konnektivität im motorischen Netzwerk des Gehirns nach einer Hirnschädigung (z.B. durch einen Schlaganfall) stark verändert. Entscheidend ist hierbei, dass Änderungen der Netzwerkarchitektur mit Veränderungen von motorischen Fähigkeiten korrelieren.

In diesem Projekt nutzen wir Mehrspulen-TMS, um effektive Konnektivitäten im kortikalen Motornetzwerk gezielt zu modifizieren und untersuchen die Effekte auf motorische Fähigkeiten und Lernen.

 

Reorganisation von zerebralen Netzwerken bei Multipler Sklerose


 

Bei der Multiplen Sklerose (MS) kommt es zum Auftreten von multiplen entzündlichen ZNS-Läsionen, wodurch zerebrale Netzwerke signifikant gestört werden können. Im Gegensatz zu einer akut auftretenden Hirnschädigung wie bei einem Schlaganfall entwickeln sich diese Läsionen über die Zeit hinweg, so dass dem Gehirn mehr Zeit bleibt, sich zu reorganisieren und zu kompensieren. Dennoch zeigen sich klinisch bereits in einem frühen Erkrankungsstadium häufig Einschränkungen in kognitiven Funktionen wie Aufmerksamkeit und Gedächtnis.

Im Rahmen dieses Projektes sollen Veränderungen zerebraler Netzwerke bei Patienten mit MS mittels fMRT und MEG dargestellt und deren Einfluss auf kognitive Funktionen untersucht werden. Diese Untersuchungen erlauben potentiell auch eine neurobiologische Charakterisierung der Wirkung von immunmodulierenden Medikamenten sowie die Identifizierung von Biomarkern zur Therapieüberwachung.

Closed-Loop-Stimulation


Wir untersuchen die Zusammenhänge zwischen dem augenblicklichen Zustand kognitiver Prozesse und der kortikalen Informationsverarbeitung. Ein gleichzeitiger EEG-TMS Aufbau mit echtzeit Signalanalyse ermöglicht eine EEG-gesteuerte Auslösung der Stimulus-Pulse mit deterministischen Latenzen von unter 3 Millisekunden. Unsere initialen Experimente untersuchen den Einfluss der Phase von kortikaler EEG-Alpha Aktivität während der TMS-Pulse auf die kortikospinale Erregbarkeit und Plastizität. Im Rahmen eines Translationsforschungsprojektes entwickeln wir basierend auf diesen Ansatz neue und effektivere, therapeutische EEG-gesteuerte TMS-Protokolle für die Neurorehabilitation.


 
Name
Arbeitsgruppe
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 Paolo Belardinelli
Paolo Belardinelli
Neuroplasticity
 
 Til Ole Bergmann
Til Ole Bergmann
Neuroplasticity
 
 Ghazal Darmani
Ghazal Darmani
Neuroplasticity
 
 Debora Desideri
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Neuroplasticity
 
 Mohamed Yasser Elnaggar
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 Hanna Faber
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 Yeho Kim
Yeho Kim Doktorand
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 Julia Király
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 Franca-Sophie König
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 Semjon Levertov
Semjon Levertov
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 Chen Liang
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 Florian Müller-Dahlhaus
Florian Müller-Dahlhaus
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 Isabella Premoli
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 Jakob Spogis
Jakob Spogis
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 Marianna Stefanou
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 Johannes Tünnerhoff
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Neuroplasticity
01732790781 
 Lena Zeltner
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Prof. Dr. Ulf Ziemann
Prof. Dr. Ulf Ziemann Head of Department
Neuroplasticity
07071 29-82049 
 Carl Zipser
Carl Zipser
Neuroplasticity
 
 Christoph Zrenner
Christoph Zrenner
Neuroplasticity
 

Ausgewählte Originalarbeiten (seit 2008)


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Review-Artikel
Ausgewählte Review-Artikel (seit 2008)

 

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State of the art: Pharmacologic effects on cortical excitability measures tested by transcranial magnetic stimulation
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Leitung
Prof. Ulf Ziemann ulf.ziemann(at)med.uni-tuebingen.de Anschrift

Zentrum für Neurologie

Hertie-Institut für klinische Hirnforschung

 

Abteilung Neurologie mit Schwerpunkt neurovaskuläre Erkrankungen

Hoppe-Seyler-Straße 3

72076 Tübingen



Sekretariat

Christine Riegraf
Tel.: +49 (0)7071 29-82049
Fax: +49 (0)7071 29-5260
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