Kurzfassung

In der neurobiologisch-mathematischen Literatur werden zeitlich homogene Diffusionsprozess (z.B. vom Ornstein-Uhlenbeck oder Cox-Ingersoll-Ross Typ) benutzt, um das Verhalten des Membranpotentials zu beschreiben. Im Rahmen der bisherigen Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Physiologie und der Arbeitsgruppe von Prof. Höpfner (Institut für Mathematik) konnte durch Anwendung von geeigneten nichtparametrischen Schätzverfahren allerdings gezeigt werden, dass realen Membranpotentialspuren...
In der neurobiologisch-mathematischen Literatur werden zeitlich homogene Diffusionsprozess (z.B. vom Ornstein-Uhlenbeck oder Cox-Ingersoll-Ross Typ) benutzt, um das Verhalten des Membranpotentials zu beschreiben. Im Rahmen der bisherigen Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Physiologie und der Arbeitsgruppe von Prof. Höpfner (Institut für Mathematik) konnte durch Anwendung von geeigneten nichtparametrischen Schätzverfahren allerdings gezeigt werden, dass realen Membranpotentialspuren Diffusionsprozesse auftreten, die eine essentielle Abhängigkeit vom aktuellen Erregungszustand der Neurone zeigen.
Für das vorliegende Projekt sollen mit Hilfe der bisher erarbeiteten Verfahren die im Membranpotential verborgenen Diffusionsprozesse in spontan epileptischem Hirngewebe untersucht werden. Von der Arbeitsgruppe Kilb werden dafür unter Verwendung verschiedener Epilepsiemodelle an hippocampalen in-vitro Präparaten eine Reihe von Datensätzen erhoben, in denen das Membranpotential unter Ruhebedingungen, kurz vor einem iktalen epileptischen Anfall, während eines iktalen epileptischen Anfalls und in der postiktalen Phase aufgezeichnet werden. Unter Verwendung dieser Datensätze soll überprüft werden, (i) in wie weit sich das Membranpotential auch während der verschiedenen Phasen epileptischer Aktivität durch die klassischen Diffusionsmodelle beschreiben lässt, (ii) ob es bereits vor der Initiation iktaler epileptischer Aktivität zu charakteristischen Veränderungen in den Diffusionsprozessen kommt und (iii) ob Veränderungen in Diffusionsprozessen der verringerten Erregbarkeit in der postiktalen Phase zugrunde liegen. Die typischen Signale neuronaler Aktivität in epileptischen Gewebe können dabei auch durch Punktprozesse beschrieben werden für die im Rahmen dieses Antrages von der Arbeitsgruppe Höpfner Analyseverfahren für die Anwendung in biologischen Datensätzen entwickelt werden sollen.
Während unsere bisherigen Ergebnisse zum Verständnis der stochastischen Grundlagen zur Informationsübertragung in großen Systemen von Neuronen beigetragen haben, sollen im aktuellen Projekt explizit Bedingungen untersucht werden, die einem pathophysiologischen Prozess zugrunde liegen. Gerade derartige Untersuchung von epileptischem Gewebe können dazu beitragen weitere Aspekte der Ätiologie von Epilepsien zu verstehen und möglicherweise zusätzliche Anhaltspunkte liefern, die zur Etablierung von diagnostischen Markern für unmittelbar bevorstehende iktale Anfälle führen. Zusätzlich ermöglichen diese Untersuchungen auch ein tiefgreifenderes Verständnis von Diffusions- und Punktprozessen, die der Dynamik neuronaler Netzwerke über einem sehr weiten Bereich der physiologisch beobachteten Aktivitätsmodi zugrunde liegen.
 


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