Frequency- and layer-specific connectivity within the cortical premotor-motor network and the effect of high frequency STN stimulation on mouse motor cortical areas in vivo

Abstract

Bewegungsstörungen wie Morbus Parkinson entstehen durch abnorme neuronale Aktivität im motorischen Netzwerk, was die Willkürmotorik beeinträchtigt. Um dies zu untersuchen, wurden in meinem Projekt simultane Aufzeichnungen der neuronalen Aktivität in verschiedenen Schichten der Vordergliedmaßenareale von Mäusen durchgeführt. Die Analyse der spektralen Leistung sowie der funktionellen und effektiven Konnektivität zeigte starke Ähnlichkeiten zwischen dem motorischen Netzwerk von Wildtyp-Mäusen und dem prämotorisch-motorischen Netzwerk gesunder Menschen. Dies deutet darauf hin, dass das RFA-CFA-Netzwerk der Maus ein geeignetes Modell zur Untersuchung der motorischen Kontrolle und pathologischer Veränderungen ist. Ein weiterer Fokus lag auf den Auswirkungen der tiefen Hirnstimulation (DBS) des Nucleus subthalamicus (STN), einer bewährten Therapie für Parkinson. Die schicht- und frequenzspezifischen Effekte der STN-DBS auf die Konnektivität zwischen STN, RFA und CFA wurden mittels extrazellulärer Ableitungen analysiert. Dabei wurden lokale Feldpotentialaktivitäten in Ruhe und während der STN-Burst-Stimulation bei verschiedenen Frequenzen gemessen. Diese Untersuchungen tragen zum Verständnis der Netzwerkmechanismen hinter Parkinson und möglichen therapeutischen Ansätzen bei.

Movement disorders such as Parkinson's disease are caused by abnormal neuronal activity in the motor network, which impairs voluntary motor function. To investigate this, my project involved simultaneous recordings of neuronal activity in different layers of the forelimb areas of mice. Analysis of spectral power as well as functional and effective connectivity revealed strong similarities between the motor network of wild-type mice and the premotor-motor network of healthy humans. This suggests that the mouse RFA-CFA network is a suitable model to study motor control and pathological changes. Another focus was on the effects of deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN), a proven therapy for Parkinson's disease. The layer- and frequency-specific effects of STN DBS on the connectivity between STN, RFA and CFA were analyzed using extracellular recordings. Local field potential activities were measured at rest and during STN burst stimulation at different frequencies. These studies contribute to the understanding of the network mechanisms behind Parkinson's disease and possible therapeutic approaches.