Forschung

Im Mittelpunkt der Forschungsthematik des Instituts für Physiologie steht die Untersuchung der Kom­munikation zwischen Nervenzellen an Synapsen. Das Verstehen der Funktion dieser zellulären Schalt­stellen ist der Schlüssel zum Verständnis jeder höheren Funktion des Nervensystems: Das Speichern von Gedächtnisinhalten, das Erinnern daran und die kreative Verknüpfung bestehender Gedächtnisinhalte zu neuen Gedanken beruhen auf der Funktion von Synapsen. Die Signalweitergabe an Synapsen kann aktivi­tätsabhängig reguliert werden und es kommt dadurch zur sog. Langzeitpotenzierung (LTP) oder Langzeit­depression (LTD) der synaptischen Signalübertragung. Zur Messung dieser Prozesse verwenden wir isolierte Nervenzellen und Hirnschnitte aus verschiedenen Hirnregionen (Hippocampus, Neocortex, Amygdala) von Mäusen und Ratten, die mithilfe elektrophysiologischer, mikroskopischer und molekular­biologischer Methoden "live" und dadurch mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung untersucht werden können. Ein Kerngebiet unserer Forschung ist dabei die Aufklärung der biochemischen Signalkas­kaden, mit denen neuromodulatorische Transmitter (Dopamin, Noradrenalin) und Neurotrophine (BDNF) die synaptische Plastizität regulieren.

Da diese Prozesse der synaptischen Plastizität ursächlich für Lernprozesse beim Menschen und in anderen Säugetieren verantwortlich sind, beschäftigen wir uns mit der Auswirkung der endogenen Sekretion von Neuromodulatoren und Neurotrophinen auf verschiedene Lernformen im Verhaltens­experiment an Mäusen.

In Kollaboration mit klinischen Kollegen, die beim Menschen mit Methoden wie der Elektroenzephalo­graphie (EEG), der Magnetenzephalographie (MEG), der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und der funktionalen Magnetresonanz-Bildgebung (f-MRT) Signale der menschlichen Hirn-Aktivität messen, vergleichen wir unsere mit zumeist höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung gemessenen tierexperi­mentellen Daten mit denen von menschlichen Probanden und Patienten, und versuchen, gemeinsame Gesetzmäßigkeiten und Plastizitätsmechanismen in Mensch und Tier zu identifizieren.

Nur eine Kombination zellulärer Neuro-Forschung im Tiermodell und nicht-invasiver Messverfahren am Menschen kann zum tieferen Verständnis der Gehirnfunktion des Menschen führen, um im nächsten Schritt Therapien gegen Erkrankungen des menschlichen Nervensystems zu entwickeln. Deshalb kooperieren wir mit klinischen Kollegen, um die von uns gefundenen Erkenntnisse insbesondere zur Bedeutung von BDNF und Dopamin für die Funktion neuronaler Schaltkreise auf ihre Wirksamkeit zur Bekämpfung von psychiatrischen (Depressionen, Schizophrenie) und neurodegenerativen Erkrankungen (Alzheimer-Demenz) zu untersuchen.

Projekte unserer Arbeitsgruppe:

1.)    Mechanismen und Regelkreise der zellulären Sekretion von BDNF

2.)    Zelluläre Mechanismen der Dopamin- und BDNF-abhängigen Regulierung aktivitätsabhängiger synaptischer Plastizität (LTP, LTD, STDP)

3.)    Neuronaler Schaltkreis des Furcht-Gedächtnis und der Furcht-Extinktion

4.)    Auswirkungen von Stress auf BDNF-abhängige synaptische und kognitive Funktionen im Mausmodell

5.)    Alzheimer Demenz: Synaptische Mechanismen und therapeutische Ansätze im Mausmodell

6.)    BDNF als Biomarker für Sport und neuropsychiatrische Erkrankungen

7.)    Die Rolle von BDNF bei der Interaktion von Hippocampus und medialem präfrontalem Cortex