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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Coordinated Reset - Technologie

Bild zum Forschungsgebiet Coordinated Reset

Selbstorganisation und Plastizität sind fundamentale Mechanismen des Gehirns. Lernvorgänge werden durch aktivitätsabhängige synaptische Vernetzungen von Nervenzellverbänden ermöglicht (synaptische Plastizität des Gehirns). Hierdurch können sich Nervenzellverbände in qualitativ gänzlich unterschiedlichen Zuständen befinden: Im gesunden Zustand kann ein Nervenzellverband selektiv vernetzt und schwach synchronisiert sein; in krankhaften Zuständen ist der Nervenzellverband hingegen übermäßig stark vernetzt und übermäßig synchron aktiv, d.h. die Nervenzellen sind besonders stark miteinander gekoppelt und feuern im Gleichtakt. Mit der von uns entwickelten Coordinated Reset (CR®)-Stimulation lassen sich Nervenzellverbänden aus einem krankhaften in einen gesunden Zustand überführen. Hierzu werden milde „resettende“ (die Phase der krankhaften Oszillation rücksetzende) Reize an unterschiedlichen Reizorten zu unterschiedlichen Zeiten appliziert. Ein Coordinated Reset ist eine Abfolge milder Reize, welche das Feuern der stimulierten Nervenzellen nur minimal ändern und insbesondere weder die Nervenzelltätigkeit unterbrechen noch signifikante Änderungen der Entladungsfrequenz der Nervenzellen hervorrufen. Vielmehr wirken die Reize eines koordinierten Resets jeweils kurz auf die jeweilige stimulierte Subpopulation so ein, dass die Subpopulationen wechselseitig außer Takt geraten. Durch die krankhaft übersteigerte Interaktion der Nervenzellen kommt es hierauf automatisch zu einer kompletten Desynchronisation.
Zur Entwicklung der CR®-Stimulation wurden die betroffenen Zellverbände in mathematischen Modellen nachgebildet und Methoden der statistischen Physik, Biophysik und nichtlinearen Mathematik verwandt, um gezielt Selbstorganisationsvorgänge und Plastizitätsregeln des Nervensystems zu nutzen. Durch die Desynchronisation wird die Konnektivität (Vernetzung) der betroffenen Nervenzellverbände grundlegend verändert. Die therapeutische Wirkung überdauert daher die Stimulation, und eine langanhaltende Wirkung tritt ein. Bedingt durch die zugrunde liegende Biophysik lässt sich die CR®-Stimulation über verschiedene Stimulationsmodi realisieren. CR®-Stimulation kann z.B. invasiv, über implantierte Hirnelektroden als elektrische Hirnstimulation verabreicht werden. Sie kann aber auch nicht-invasiv, über sensorische, z.B. akustische Reize realisiert werden.


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