Neurokognitive Mechanismen und pathologische Beeinträchtigung von Mustertrennungsprozessen im menschlichen Hippocampus

• Antragstellerin: Aarti Swaminathan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549665162

Die entscheidende Rolle des Gyrus dentatus (DG) bei der Kodierung und dem Abruf von Erinnerungen, die vom Hippocampus abhängen, ist bei Nagetieren umfassend untersucht worden. Viele Studien haben auch die neuronalen Mechanismen erforscht, wie der Hippocampus ähnliche Erfahrungen unterscheidet. Multisensorische Informationen aus dem entorhinalen Kortex werden von spärlich feuernden Körnerzellen im DG, der Haupteingangsstruktur des Hippocampus, durch den Prozess der "Mustertrennung" gebündelt. Die Mustertrennung im DG ermöglicht es dem Hippocampus, ähnliche Erinnerungen zu trennen, und wird durch die Vervollständigung von Mustern in den rekurrenten Netzwerken der CA3-Region ergänzt, wodurch Gedächtnisspuren aus partiellen oder verrauschten Hinweisen abgerufen werden. Es ist jedoch weit weniger klar, ob ähnliche Netzwerkmechanismen beim Menschen eine Rolle spielen, was zum Teil daran liegt, dass es schwierig ist, direkte elektrophysiologische Ableitungen aus dem menschlichen Hippocampus zu erhalten. Studien mit fMRI an gesunden Probanden und erste Erkenntnisse aus intrakraniellen EEG-Studien (iEEG) an präoperativen Epilepsiepatienten haben spezifische Reaktivierungen im Hippocampus und Neocortex während einer mnemotechnischen Diskriminierungsaufgabe ergeben. Hippocampus-Ripples, von denen bekannt ist, dass sie im Schlaf- und Wachzustand auftreten, sind auffällige synchrone Oszillationen (80-140 Hz beim Menschen), die an der Konsolidierung von episodischen Erinnerungen beteiligt sind. Der Einfluss von Ripples während der Mustertrennung und ihre Interaktion mit stimulusspezifischen Netzwerkmustern und mit Oszillationen im Theta/Gamma-Frequenzbereich sind noch weitgehend unbekannt. Wir schlagen vor, die hippocampale und kortikale Aktivität während einer Mustertrennungsaufgabe bei präoperativen Patienten mit Hilfe von iEEG zu untersuchen. Im Einzelnen werden wir drei grundlegende Fragen untersuchen: Erstens werden wir die stimulusspezifischen Repräsentationen während der Enkodierungs- und Abrufphasen einer mnemonischen Unterscheidungsaufgabe, die assoziatives Lernen beinhaltet, und ihre Beziehung zu Oszillationen im Theta/Gamma-Band und Ripples untersuchen. Zweitens werden wir Mikroelektroden-Ableitungen durchführen, um die Aktivität einzelner Neuronen zu messen und ihre Beziehung zur laufenden Populationsaktivität zu untersuchen, die mit iEEG gemessen wird. Drittens werden wir angesichts des Auftretens von Hypererregung und pathologischen Ripples im Hippocampus-Netzwerk bei Temporallappenepilepsie mögliche Unterschiede bei der Enkodierung und dem Abruf zwischen der gesunden und der epileptischen Hemisphäre bei unilateraler Temporallappenepilepsie aufklären. Das Verständnis der zellulären und vernetzten Mechanismen, die dem Gedächtnis beim Menschen zugrunde liegen, und ihrer Beeinträchtigung bei Epilepsie wird uns wichtige Einblicke in die neuronalen Grundlagen des menschlichen Gedächtnisses bei Gesundheit und Krankheit ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle