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Humboldt-Universitaet zu Berlin - Collaborative Research Center for Theoretical Biology

Humboldt-Universitaet zu Berlin | Department of Biology | Collaborative Research Center for Theoretical Biology | Archive | old projects | 1st period | project B4 | Nicht-invasive single trial Analysen der Wechselwirkung somatosensibel evozierter Potentiale (SEP) mit makroskopischen EEG-Rhythmen beim Menschen

Nicht-invasive single trial Analysen der Wechselwirkung somatosensibel evozierter Potentiale (SEP) mit makroskopischen EEG-Rhythmen beim Menschen

Hirne können (und müssen) Umwelt-Reize im single-trial Modus verarbeiten, und ent- sprechend sollte auch die Hirnphysiologie des Menschen im single-trial Modus u ntersucht werden. Als nicht-invasive Methoden mit adäquater Zeitauflösung bis hinab in den Millisekundenbereich können hierfür nur das makroskopische EEG oder das Magnet oenze- phalogramm (MEG) eingesetzt werden. Die Verarbeitung eines - z.B. somatosensori schen - Reizes ist bislang jedoch mit EEG-Messungen nicht verlässlich im single-trial Modus abbildbar: bisher erreichen somatosensorisch evozierte Potentiale (SEPs) erst na ch Mittelung über wiederholte Reizpräsentationen ein Signal-zu-Rausch Verhältnis, das eine ve rlässliche Quellenanalyse erlaubt, d.h. die Zuordnung einzelner EEG-Komponenten zu neuronal en Generatoren in verschiedenen Hirnarealen. Erst die quellenanalytische Betrachtun g ermöglicht eine Beschreibung der Aktivierungsdynamik makroskopischer Funktionsmo dule des Hirns, mit Hilfe derer die Einflüsse intervenierender kognitiver Prozesse, wie z.B. selektiver Aufmerksamkeit in Reiz-Reaktions-Aufgaben, nicht-invasiv beim Menschen untersucht werden können. Hierzu sollen im für die erste Antragsphase vorgeschlagenen somatosensorischen Modellprojekt die messtechnischen und datenanalytischen Grundlagen erarbeitet werden.

Innerhalb des geplanten Sonderforschungsbereiches fokussieren die Teilprojekte B1-B3 mittels invasiver mikroskopischer Messungen auf die Erarbeitung von Sinnessystem- und Spezies-übergreifenden Konzepten zur Dynamik neuronaler Reizverarbeitung, insbesondere zur Interaktion der Reizantworten von Einzelzellen mit der momentanen Spontanaktivität umgebender Zell-Ensembles. Komplementär sollen im Teilprojekt B4 Gültigkeit und Grenzen der Fortschreibung derartiger Konzepte auf nicht-invasiv erfaßbare, makroskopische Meßparameter überprüft werden. Hierzu soll die funktionale Interpretation von SEPs nach elektrischer Handnervenstimulation unter Bezug auf die lokale EEG-Hintergrundaktivität weiterentwickelt werden. Ziel ist die Analyse der Wechselwirkung zwischen regionalen EEG-Hintergrundrhythmen und den Antworten einer Reiz-spezifisch aktivierten Subpopulation von Neuronen im primären somatosensorischen Kortex S-I.

Signalanalytisch sollen die in Multikanal-EEG-Messungen enthaltenen räumlichen Aktivierungsmuster kortikaler und subkortikaler Quellen bestimmt werden: hierfür sollen Algorithmen zur blinden, d.h. Daten-getriebenen und somit Modell(fehler)-freien Quellentrennung mittels Independent Component Analysis (ICA) weiterentwickelt werden. Anschließend sollen anhand der erhaltenen Quellen-spezifischen EEG-Zeitreihen nicht- lineare Wechselwirkungen zwischen der fortlaufenden, spontanen Quellenaktivität und den single-trial Antworten untersucht werden. Als Prüfhypothese wird angenommen, dass die makroskopischen SEP-Amplituden aufgrund mikroskopischer, d. h. zellulärer Schwellen- bzw. Sättigungsphänomene nicht-linear von der Phasenrelation relativ zur lokalen EEG- Hintergrundaktivität abhängen. Diese stellt einen Ausdruck für die momentane regional gemittelte Kortex-Reagibilität dar. Die modulare Organisation der Rhythmogenese soll durch die Reichweite von Reiz-induzierten Perturbationen des spontanen EEG-Rhythmus auf dem somatotop gegliederten S-I Kortex analysiert werden. In einem weiteren Schritt soll die Verhaltensvarianz in Reiz-Reaktions-Aufgaben als Funktion der Wechselwirkung von Reizzeitpunkt und Phasenlage der lokalen EEG-Hintergrundsaktivität untersucht werden, insbesondere in Hinblick auf die Detektionseffizienz schwellennaher Reize sowie die Variabilität von motorischen Reaktionszeiten.

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