Funktionales Neuroimaging
Prof. Dr. Frank Angenstein
Gruppenleiter
Haus 64, Leipziger Str. 44
39118 Magdeburg

frank.angenstein@dzne.de
 +49 391 626392-091

Forschungsschwerpunkte

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine häufig genutzte nicht-invasive Bildgebungsmethode zur Darstellung von veränderten Hirnaktivitäten mit einer hohen räumlichen Auflösung. Obwohl fMRT ein wichtiges Hilfsmittel für die Erforschung komplexer kognitiver Funktionen des Gehirns geworden ist, wird es noch sehr zurückhaltend für diagnostische Zwecke angewendet. Ein Hauptgrund dafür ist, dass nicht nur normale fMRT-Resultate, sondern insbesondere untypische fMRT Resultate schwer zu interpretieren sind. Im fMRT werden nur lokale Veränderungen in der Hämodynamik dargestellt, die durch eine veränderte neuronale Aktivität ausgelöst werden. Erst wenn die genaue Beziehung zwischen veränderter neuronale Aktivität und der daraus entstehenden fMRT Antwort bekannt ist, können auch sinnvolle Rückschlüsse auf vorhandene neuronale Prozesse aus einem fMRT Befund gezogen werden und dann kann fMRT auch verstärkt für die Diagnostik von neurodegenerativen und psychiatrischen Erkrankungen genutzt werden. Um neuro-vasale Kopplungsmechanismen zu untersuchen, haben wir einen neuen experimentellen Ansatz entwickelt der gleichzeitig neuronale und hämodynamische Antworten im Rattenhippokampus während einer elektrischen Stimulation eines afferenten Faserbündels aufzeichnet. Dieser Ansatz ermöglicht uns nicht nur die neurophysiologischen Grundlagen der fMRT-Bildgebung besser zu verstehen, sondern auch die Rolle von modulatorischen Transmittersystemen oder lokalen pathologischen Vorgängen, wie z.B. Tauablagerungen, auf die Funktion des Hippokampus und seine Interaktionen mit anderen Hirnregionen zu untersuchen.

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1. Neurophysiologischen Grundlagen der fMRT-Bildgebung
Um die Beziehung zwischen neuronaler Aktivität und der daraus resultierenden fMRT Antwort zu untersuchen, werden afferente (Tractus perforans) oder efferente (Fimbria/Fornix) Faserbündel elektrisch stimuliert und gleichzeitig die dadurch induzierte neuronale Aktivität (in vivo Elektrophysiologie) und lokal veränderte Hämodynamik aufgezeichnet und in Beziehung gesetzt.

2.Einfluss von Dopamin auf die Funktion des Hippokampus
Die Aktivität des mesolimbischen dopaminergen Systems kann durch optogenetische Methoden (Expression von Laserlicht-sensitiven Opsinen in dopaminergen Neuronen der VTA) oder durch direkte elektrische Stimulation der VTA gesteuert werden. Wie eine erhöhte dopaminerge Transmission die hippokampale Funktion beeinflusst, kann dann mit der kombinierten fMRT/Elektrophysiologie Messung untersucht werden.

3. Interaktion des Hippokampus mit cortikalen und subcortikalen StrukturenStimulation von afferenten Fasern des Hippokampus induziert nicht nur fMRT Antworten im Hippokampus, sondern auch in verschiedenen Zielregionen des Hippokampus, wie z.B., im Nc. Accumbens, präfrontalem Cortex, Septum und Amygdala. Zeitlich korrelierte Änderungen in den hämodynamischen Antworten zwischen verschiedenen Regionen deuten auf funktionelle Interaktion hin. Inwieweit Dopamin, als modulatorischer Transmitter, oder lokalisierte pathologische Prozesse, wie z.B. Tauopathien, die Funktion und Interaktionen des Hippokampus mit anderen Regionen beeinflussen, kann wiederum mit der kombinierte fMRT/Elektrophysiologie Messung untersucht werden.

Schlüsselpublikationen

Cornelia Helbing, Marta Brocka, Thomas Scherf, Michael T Lippert, Frank Angenstein. The role of the mesolimbic dopamine system in the formation of blood-oxygen-level dependent responses in the medial prefrontal/anterior cingulate cortex during high-frequency stimulation of the rat perforant pathway. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2016 Nov. 30; 36:2177-2193. doi: 10.1177/0271678X15615535
Thomas Scherf, Frank Angenstein. Postsynaptic and spiking activity of pyramidal cells, the principal neurons in the rat hippocampal CA1 region, does not control the resultant BOLD response: A combined electrophysiologic and fMRI approach. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 2014 Dec. 31; 35:565-575. doi: 10.1038/jcbfm.2014.252
Angenstein F. The actual intrinsic excitability of granular cells determines the ruling neurovascular coupling mechanism in the rat dentate gyrus. J Neurosci. 2014 Jan. 01; 34:8529-45. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0472-14.2014
Frank Angenstein, Karla Krautwald, Wolfram Wetzel, Henning Scheich. Perforant pathway stimulation as a conditioned stimulus for active avoidance learning triggers BOLD responses in various target regions of the hippocampus: A combined fMRI and electrophysiological study. NeuroImage. 2013 Jul. 04; 75:221-235. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.03.007
Angenstein F, Kammerer E, Scheich H. The BOLD response in the rat hippocampus depends rather on local processing of signals than on the input or output activity. A combined functional MRI and electrophysiological study. J Neurosci. 2009 Jan. 01; 29:2428-39. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5015-08.2009

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