Direkte Ableitung der Aktivität neuronaler Schaltkreise während transkranieller Magnetstimulation in Nagetieren

01.10.2019 bis 30.09.2022

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS), eine nicht-invasive Methode für die neuronale Stimulation und Induzierung neuronaler Plastizität durch elektromagnetische Induktion, hat in den letzten drei Jahrzehnten großes Interesse in der experimentellen und der klinischen Neurowissenschaft erlangt. Trotz ihrer weit verbreiteten Anwendung basiert unser aktuelles Verständnis der physiologischen Grundlagen der TMS weitgehend auf indirekten Beobachtungen, und die zugrundeliegenden Mechanismen auf der Ebene neuronaler Schaltkreise sind weitgehend unbekannt. Die Klärung dieser Mechanismen ist wichtig, um die Wirkungen der TMS genau zu verstehen und ihr therapeutisches Potenzial zu optimieren. Ziel des beantragten Projektes ist es, bei Labornagetieren in vivo den Zusammenhang zwischen TMS-Stimulation mit Einzelpulsen und der auf Einzelzellebene induzierten neuronalen Aktivierung genau zu untersuchen. Solche neurophysio-logischen Untersuchungen waren bisher aufgrund der großen TMS-induzierten elektromagnetischen Interferenz in den elektrophysiologischen Aufnahmesystemen unmöglich. Wir haben eine neue Technologie entwickelt, die nahezu artefaktfreie extrazelluläre Ableitungen bereits 1ms nach dem TMS-Puls in Labornagern ermöglicht. Zur Aufklärung der Mechanismen der TMS wollen wir zuerst die neu entwickelte Methode von einem Einkanal- auf ein Mehrkanal-System aufzurüsten, um dann TMS-induzierte Effekte gleichzeitig in einer großen Zahl von Neuronen über mehrere Gehirnbereiche hinweg zu erfassen. Zudem wollen wir High-Density-Mikroelektrodenarrays verwenden, um die neuronale Aktivität simultan in mehreren kortikalen Kolumnen bei anästhesierten Tieren aufzuzeichnen, um so die räumliche und zeitliche Dynamik der TMS-induzierten Netzwerkaktivität und ihre Beziehungen zu den kortikalen Ausgangssignalen zu untersuchen. Schließlich werden wir optophysiologische Methoden anwenden, um ein tieferes Verständnis zu erlangen, wie TMS die Aktivitäten lokaler kortikaler Netzwerke moduliert, und wie verschiedenen Neuronenklassen zu dieser Modulation beitragen. Wir sind davon überzeugt, dass das vorgeschlagene Projekt wesentliche Beiträge zur Aufklärung der physiologischen Grundlagen der TMS liefern wird mit weitreichenden Implikationen sowohl für klinische Anwendungen als auch für die neurowissenschaftliche Grundlagenforschung.