AG Experimentelle Kortikale Plastizität

AG Experimentelle Kortikale Plastizität

Die Abteilung für Neurophysiologie befasst sich seit vielen Jahren mit der Verarbeitung sensorischer Signale im Säugerhirn und mit deren „plastischer“ Veränderung im Zuge von Lernvorgängen und Reorganisationsprozessen nach Läsionen. Meine Arbeitsgruppe (AG Experimentelle Kortikale Plastizität) widmet sich aktuell den zellulären Wirkmechanismen der transkraniellen Magnet-stimulation (TMS). Mittels TMS ist es möglich, direkt unter der Schädeldecke liegende kortikale Areale beim Menschen nicht-invasiv und schmerzfrei zu stimulieren. Einzelne Reizpulse ermöglichen es im Zuge funktioneller Studien, die kortikale Aktivität kurzzeitig zu stören („virtuelle Läsion“). Repetitive Reizung (rTMS) hingegen kann die kortikale Erregbarkeit nachhaltig verändern, ein Effekt, der potentiell therapeutischen Nutzen hat. Meine Arbeitsgruppe hat sich zum Ziel gesetzt, durch eine Kombination aus immunhisto-chemischen, molekularbiologischen, elektrophysio-logischen und verhaltenstechnischen Methoden die zellulären Wirkmechanismen der rTMS aufzuklären. Zum einen untersuchen wir, wie sich die Verarbeitung sensorischer Signale mittels rTMS beeinflussen lässt, und wie sich dies in einer veränderten Expression funktioneller Proteine widerspiegelt. Des Weiteren untersuchen wir, inwieweit die rTMS plastische Prozesse beeinflussen kann. Es deutet vieles darauf hin, dass die rTMS Prozesse der synaptischen Plastizität im Sinne einer homeostatischen Metaplastizität modulieren kann. Diese Projekte werden derzeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert (FU 256/3-1, 3-2, neuronale Mechanismen der rTMS; SFB 874, TP A4, Integration sensorischer Reize im Barrel-Kortex der Ratte und deren Modulation durch künstliche Stimulation wie z.B. durch rTMS).


Current Projects

Topic: Cellular Mechanisms of Transcranial Magnetic Stimulation (TMS)

  • Time course of changes in cortical protein expression following theta-burst stimulation via TMS
  • Age-dependence of TMS effects on parvalbumin expression in fast-spiking interneurons
  • Changes in the electrical properties of fast-spiking interneurons following TMS-induced reduction in parvalbumin expression
  • Effects of theta-burst TMS on inhibitory sensory interactions in rat barrel cortex
  • Dose-dependence of theta-burst TMS (number of stimulation blocks) on changes in cortical protein expression
  • Dependence of theta-burst TMS effects on NMDA receptor activation
  • Effect of theta-burst TMS on critical period of rat visual cortex


Topic: Sensory integration and plasticity of rat barrel cortex

  • Mechanisms of sensory adaptation and detection of change in rat barrel cortex
  • Dependence of barrel cortex map plasticity on natural and artificial modulation of cortical excitability
  • Spatiotemporal integration of multi-whisker stimulation in rat barrel cortex

Methods and techniques

  • single-/multi-unit recordings in vivo
  • local field potential and EEG recording/analysis
  • repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS)
  • intracortical microstimulation (ICMS)
  • microiontophoresis
  • piezoelectric whisker stimulation
  • visual stimulation
  • intrinsic optical imaging
  • patch clamp recording (in vitro)
  • immunohistochemistry with multi-fluorescent labelling
  • 3D neuronal imaging with ApoTome and Neurolucida / Autoneuron
  • Western Blot
  • Microdialysis & HPLC
  • Behavioural testing (water maze, radial maze, visual acuity test, operant chamber)

Collaborations