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Dissecting the biophysical mechanisms of deep brain stimulation using voltage fluorescence microscopy

Projektbeschreibung

Mechanistischer Einblick in die Tiefenhirnstimulation

Die Tiefenhirnstimulation ist eine medizinische Behandlung, bei der ein chirurgisch implantiertes Gerät verwendet wird, um elektrische Impulse an bestimmte Bereiche des Gehirns abzugeben. Sie wird in erster Linie zur Linderung von Symptomen bei Personen mit bestimmten neurologischen und psychiatrischen Störungen eingesetzt, ihre Mechanismen sind jedoch nicht vollständig geklärt. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt OptoDBS zielt darauf ab, die Herausforderungen bei der Untersuchung von Tiefenhirnstimulation durch eine fluoreszenzoptische In-vivo-Technik zur Messung der Spannung zu bewältigen. Die Untersuchung soll an einem Mausmodell der Epilepsie durchgeführt werden und die direkte Aufzeichnung der Membranspannung bei wachen Tieren umfassen. In OptoDBS sollen die zellulären Mechanismen untersucht werden, die der therapeutischen Wirkung von Tiefenhirnstimulation bei der Reduzierung von Krampfanfällen zugrunde liegen.

Ziel

Deep brain stimulation (DBS) is a promising neuromodulation technique for the treatment of neurological and psychiatric diseases. DBS electrically stimulates brain tissue via implanted electrodes. However, the biophysical and therapeutic mechanisms underlying DBS remain largely unknown. While long-standing theories suggest that DBS suppresses neurons, subsequent studies have shown that DBS activates neurons via direct axonal excitation modulating membrane dynamics, information transfer, and network synchronization. Unfortunately, this conundrum has been difficult to resolve experimentally because of (1) the electrical interference occurring in electrode-based recordings and (2) the challenge of measuring cellular-level membrane voltage dynamics in the awake brain.
In this proposal, I will overcome for the first time both key challenges by using a novel in-vivo voltage fluorescence optical technique that permits the direct recording of the membrane voltage from identified neurons in awake animals, free of electrical interference. I will combine voltage fluorescence microscopy and electrical stimulation in a mouse model of epilepsy to optically dissect the cellular mechanisms underlying therapeutic DBS for reducing seizures in the limbic system.
This innovative and comprehensive approach will provide novel insights into the cellular and circuit processes occurring during DBS in the awake epileptic brain. This research program will provide an unprecedented opportunity to build a mechanistic framework of DBS and stimulation parameter selection with the ultimate goal of identifying more effective and targeted DBS protocols for human patients.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

ERASMUS UNIVERSITAIR MEDISCH CENTRUM ROTTERDAM
Netto-EU-Beitrag
€ 1 498 729,75
Adresse
DR MOLEWATERPLEIN 40
3015 GD Rotterdam
Niederlande
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 498 729,75

Begünstigte (1)