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 Systemphysiologie des Lernens

 AG Funktionelle Anatomie & Plastizität des auditorischen Kortex

Arbeitsgruppenleiter: Dr. rer. nat. Eike Budinger
Doktoranden: Julia Henschke, Katja Saldeitis
Technische Assistenten: Anja Gürke, Janet Stallmann

Forschungsfeld:

Eine der Grundfragen in den Neurowissenschaften ist die nach der Beziehung zwischen der Struktur und Funktion des Gehirns. Im Rahmen dieses Projektes gehen wir dieser Frage am Beispiel des auditorischen Systems, meist ausgehend von seiner höchsten Station - dem auditorischen Kortex -, nach.

Im Allgemeinen untersuchen wir (i) die Zyto-, Faser- und Chemoarchitektur dieser Hirnregion mittels verschiedener histologischer und immunchemischer Methoden als auch (ii) die lokalen und langreichweitigen Verbindungen einzelner auditorischer Felder und ihrer spezifischen funktionellen Domänen mittels anterogradem und retrogradem Tract Tracings. Wir kombinieren diese anatomischen Techniken mit elektrophysiologischen, pharmakologischen, verhaltens- und läsionsexperimentellen, sowie bildgebenden Verfahren um letztendlich die Struktur-Funktions-Beziehungen des auditorischen Kortex bei verschiedenen Säugetierspezies.

Gegenwärtig untersuchen wir:

  • Anatomie und hemisphärische Asymmetrien des auditorischen Kortex auf zellulärer, kolumnärer, laminärer und Areal-Ebene (Eike Budinger)
  • die funktionelle anatomische Organisation des auditorischen thalamo-kortiko-thalamischen Systems (Katja Saldeitis)
  • anatomische und funktionelle Interaktionen des auditorischen Cortex mit anderen sensorischen und nicht-sensorischen Hirnarealen (Julia Henschke)

Projekte:

Unsere Experimentalspezies sind:

  • die Mongolische Wüstenrennmaus (Meriones unguiculatus)
  • die Ratte (Rattus norwegicus)
  • die Hausmaus (Mus musculus) und transgene Mäuse
  • der Javaneraffe (Macaca fascicularis)

Hauptsächlich angewandte Methoden sind:

  • histologische und immunohistochemische Färbemethoden
  • anterogrades und retrogrades Tract Tracing
  • Licht-, Fluoreszenz-, Laserscan- und Elektronenmikroskopie
  • elektrophysiologische Ableitungen
  • intrazelluläre und juxtazelluläre Zellfärbungen
  • laser-induzierte Apoptose von Projektionsneuronen

Zusammenarbeit innerhalb des LIN:

Abtlg. Akustik, Lernen, Sprache
Abtlg. Verhaltensneurologie
Abtlg. Neurochemie und Molekularbiologie
Abtlg. Systemphysiologie

Forschergruppe Neuroplastizität
Forschergruppe Neuralomics

Speziallabor Informatik
Speziallabor Laserscan- and Elektronenmikroskopie
Speziallabor Molekularbiologische Techniken
Speziallabor Nichtinvasive Bildgebung
Speziallabor Primatenneurobiologie

Zusammenarbeit außerhalb des LIN:

Universität Erlangen // HNO / Pharmakologie und Toxikologie
Universität Magdeburg // Biochemie / Biologie / Mikrobiologie / Neurologie / Psychologie
Universität München // Neurobiologie

Unterstützung:

BMBF, CBBS, DAAD, DFG (SFB TRR31), LSA, WGL

Wichtige Veröffentlichungen:

Link zu PubMed


 

Die Anschaffung eines 9,4-Tesla-MRT wird unterstützt durch EFRE-Mittel der Europäischen Union.


Das MRT ermöglicht eine nicht-invasive Darstellung von anatomisch/strukturellen, metabolischen und funktionellen Veränderungen, die während Entwicklungs- und plastisch adaptiven Prozessen auftreten. MRT ist somit ein wesentlicher Bestandteil, um molekularbiologische Befunde mit komplexen systemphysiologischen Prozessen und den daraus resultierenden Verhaltensänderungen verbinden zu können.

Folgende Fragestellungen können damit beantwortet werden:

1. morphologisch-strukturelle Charakterisierung von Mausmodellen, die im LIN generiert bzw. untersucht werden (Abt. Neurochemie, FG NPlast). Diese Untersuchungen sollen klären, inwieweit bestimmte funktionelle Störungen mit morphologischen Veränderungen korrelieren und welche morphologischen Parameter somit von diagnostischer Bedeutung sein können. Von besonderen Interesse sind dabei:
a) hoch aufgelöste (25 μm) anatomische Abbildungen in einzelnen Hirnstrukturen, z.B. dem Hippocampus, dreidimensionale Darstellung der Lage von Hirnstrukturen
b) Darstellung von Fasersystemen durch Diffusion Tensor Imaging,
c) strukturell bedingte Änderungen von MRT-spezifischen Parametern (z.B. Phasenkontrast), Perfusion (Hinweis auf lokale Blutversorgung), Diffusion (Hinweis auf freie Wasserdiffusion,
strukturelle Integrität), Magnetization Transfer (Hinweis auf Myelinisierungsgrad),
d) Tracing einzelner Zellen mit Kontrastmittel (Messung der Migration einzelner Zellen, bzw. bei axonalem Transport des Kontrastmittels Visualisierung der Verbindung einzelner Zellgruppen).

2. metabolische (metabolomische) Charakterisierung von einzelnen Hirnstrukturen in Kleinnagern durch Messung der Konzentration einzelner Metabolite und/oder Beschreibung der vorhandenen metabolischen Zusammensetzung in einer bestimmten Hirnstruktur („Metabolom“, Abt. Neurochemie, Abt. Funktionelle Neuroplastizität, Abt. Systemphysiologie des Lernens), von speziellem Interesse sind:
a) in vivo 1H-NMR Spektroskopie („Metabolom“) zum Vergleich der Metabolit-Zusammensetzung in einzelnen Regionen des Gehirns zu unterschiedlichen Zeitpunkten und nach unterschiedlichen Behandlungen,
b) räumliche Verteilung einzelner Metabolite („metabolische Kartierung“)
c) in vivo 13C-NMR Spektroskopie zur Untersuchungen von metabolischen Prozessen mit Hilfe von spezifischen 13C-markierten Substraten (z.B. 13C Glukose zur Untersuchung von Störungen im Energiestoffwechsel in Neuroplastin-knock out Mäusen oder auch zur Analyse von Störungen im Transmitterstoffwechsel in Bassoon knock out Mäusen)

3. Charakterisierung plastisch-adaptiver Prozessen wie Lernen auf systemphysiologischer Ebene, d.h. funktionelle Bildgebung (fMRT) mit sehr hoher räumlicher Auflösung (< 400 μm), wobei nachstehende Aspekte von besonderem Interesse sind:
a) funktionelle Konnektivität zwischen Hippocampus und Cortex, (Abt. Funktionelle Neuroplastizität Abt. Systemphysiologie des Lernens),
b) Aufklärung der Bedeutung medialer Temporallappen-Areale für das Gedächtnis in wachen Ratten (fMRI, Abt Functional Architecture of Memory, Sauvage)
c) Rolle der Amygdala für Lern-und Gedächtnisprozesse, speziell die funktionelle Interaktionen der Amygdala mit anderen Hirnregionen (Abt. Genetik von Lernen und Gedächtnis in Kooperation mit dem Institut für Pharmakologie & Toxikologie der OvGU, Gerber, Fendt)
d) Einfluss der Extrazellulären Matrix auf intrakortikale Signalweiterleitung am Beispiel des Hörkortex (Abt. Neurochemie und Abt. Systemphysiologie des Lernens, Frischknecht, Deliano)
e) Einfluss des dopaminergen Systems auf die Funktion des Hippokampus (SL Molekularbiologische Techniken, Tischmeyer)
f) Rolle der Glia für Mechanismen der neuro-vaskulären Kopplung als Grundlage der funktionellen Bildgebung (Abt. Neurochemie, SL nicht invasive Bildgebung)
g) Verbindung von fMRT und Elektrophysiologie mit optogenetischen Ansätzen, Einfluss von inhibitorischen und modulatorischen Systemen auf das fMRT-Signal, (Abt. Systemphysiologie des Lernens, Lippert, SL nicht-invasive Bildgebung)

4. Charakterisierung pathologischer Prozesse im ZNS, beinhaltet die Punkte 1-3 und darüber hinaus im Speziellen:
a) ischämisch induzierte Neuronenuntergang (Schlaganfall) und Neurogenese, Charakterisierung der Penumbra (Abt. Systemphysiologie des Lernens, Goldschmidt)
b) Rolle der Extrazellulären Matrix für die Tumorentwicklung und -ausbreitung (Abt. Neurochemie in Koop. mit Institut f. Neuropathologie der OvGU, Seidenbecher Mawrin)
c) Entwicklung und Ausbreitung von Amyloid-Plaques in Mausmodellen der Alzheimer’schen Erkrankung (Neurogenetik, Montag)


 

 

 

letzte Aktualisierung: 2013-07-19 Fehler melden Seite drucken