Forschungsschwerpunkt Neurologie
Heart & Brain Center Göttingen (HBCG)
Das übergreifende Ziel unserer Forschung ist das Verständnis der neuronalen Mechanismen, die dem visuellen Bewusstsein und der visuomotorischen Koordination zugrunde liegen. Wir wollen die Lücke zwischen den neurowissenschaftlichen Grundlagen und der klinischen Forschung schließen. Wir gehen diesen Fragen auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen neuronalen Ebenen beim Menschen und nicht-humanen Primaten nach. Wir verwenden visuelle Psychophysik, multimodale MRT und elektrophysiologische Methoden wie EEG-ECG, Eye Tracking und Hirnstimulation (z. B. tACS, TMS).
Die kombinierte Herz- und Hirnforschung ist eine neue Entwicklung in unserem Labor, und einige der wichtigsten Projekte werden im Folgenden beschrieben.
Herz-Hirn-Projekte: Einführung
Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass kortikale Oszillationen und dementsprechend Wahrnehmung und Kognition durch externe Reize und intrinsische neuronale Fluktuationen sowie kardiale Signale beeinflusst werden. Eine mögliche Quelle für kardiale und neuronale Interaktionen ist eine Reihe von Gehirnregionen, die kardiale Signale verarbeiten und das sogenannte "zentrale autonome Netzwerk" (CAN) bilden. Diese Herzsignale verarbeitenden Gehirnregionen überschneiden sich weitgehend mit Gehirnregionen, die ihre Aktivität bei körperlichen und kognitiven ("autonomen") Herausforderungen gleichzeitig mit der Herzfrequenz erhöhen. Während die Lokalisation und die grundlegende Funktion des CAN durch Bildgebungsmethoden gezeigt wurden, fehlt uns derzeit ein gutes physiologisches Modell, wie kardiale Signale mit neuronaler Aktivität integriert werden.
Unsere Herz-Hirn-Forschung hat drei Hauptziele:
- Nachweis eines physiologischen Mechanismus, durch den die Herzaktivität die neuronale Aktivität und die daraus resultierende visuelle Wahrnehmung beeinflusst.
- Bestimmung der kausalen Beiträge von CAN-Gehirnregionen bei der Vermittlung von kardialen Effekten auf die neuronale Aktivität.
- Prüfung der CAN-Aktivität während autonomer Herausforderungen als Prädiktor für kardiale Dysfunktion bei Schlaganfallpatienten.
Einfluss von Herzsignalen auf die kortikale Dynamik
(Zusammenarbeit mit Caspar Schwiedrzik, ENI)
Wir wollen aufklären, wie Aktivität im CAN-Netzwerk die visuelle Wahrnehmung beeinflusst, von der man annimmt, dass sie von Hirnregionen vermittelt wird, die weit vom CAN entfernt liegen. Diese Experimente an gesunden Menschen sollen die Entwicklung eines physiologisch gültigen Modells der Herz-Hirn-Interaktionen erleichtern. Wir testen die Hypothese, dass sich die durch das Herz hervorgerufene Aktivität in CAN-Regionen zu verbundenen Hirnregionen ausbreitet und dort die oszillatorische Aktivität beeinflusst. Um dies zu testen, setzen wir (i)EEG- und Hirnstimulationsmethoden (z.B. TMS) ein. Wir wollen diesen Mechanismus von anderen plausiblen Szenarien abgrenzen, nämlich, dass die Herzaktivität Wahrnehmungsprozesse beeinflusst, indem sie die allgemeine Wachheit moduliert.
* Gefördert von der Else-Kröner-Fresenius-Stiftung und das GRK 2824
Einfluss von Herzsignalen auf die bewusste visuelle Wahrnehmung
Wir untersuchen die "kausale" Beziehung zwischen visueller Wahrnehmung und kardialer Aktivität, indem wir visuelle Illusionen mit autonomen Herausforderungen wie Fahrradfahren kombinieren. Durch die gleichzeitige Messung von EKG-EEG und Pupillengröße testen wir die Idee, dass Herz- und Atemfrequenz die Wahrnehmungsschwellen beeinflussen, während wir allgemeine Erregungs- und Wachheitseffekte kontrollieren.
* Gefördert von der Else-Kröner-Fresenius-Stiftung und das GRK 2824
Multimodale Analyse der CAN als Prädiktor für kardiale Dysfunktion bei Schlaganfallpatienten
(Zusammenarbeit mit Mathias Bähr, Klinik für Neurologie)
Schlaganfälle sind häufig von unbekannter Ursache. Einige Patient*innen entwickeln jedoch nach dem Schlaganfall Vorhofflimmern (AF). Wir testen die Hypothese, dass pathologische Herz-Hirn-Interaktionen, unabhängig von typischen Schlaganfall-Risikofaktoren, die Entwicklung von Vorhofflimmern vorhersagen können. Wir gehen davon aus, dass neuronale Aktivierungsmuster bei Schlaganfallpatient*innen, die z. B. durch autonome Herausforderungen ausgelöst und gemessen werden, die Entwicklung von Vorhofflimmern und andere sekundäre Herz- und kognitive Probleme vorhersagen können.
* Gefördert durch das GRK 2824