Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine häufig genutzte nicht-invasive Bildgebungsmethode zur Darstellung von veränderten Hirnaktivitäten mit einer hohen räumlichen Auflösung. Obwohl fMRT ein wichtiges Hilfsmittel für die Erforschung komplexer kognitiver Funktionen des Gehirns geworden ist, wird es noch sehr zurückhaltend für diagnostische Zwecke angewendet. Ein Hauptgrund dafür ist, dass nicht nur normale fMRT-Resultate, sondern insbesondere untypische fMRT Resultate schwer zu interpretieren sind. Im fMRT werden nur lokale Veränderungen in der Hämodynamik dargestellt, die durch eine veränderte neuronale Aktivität ausgelöst werden. Erst wenn die genaue Beziehung zwischen veränderter neuronale Aktivität und der daraus entstehenden fMRT Antwort bekannt ist, können auch sinnvolle Rückschlüsse auf vorhandene neuronale Prozesse aus einem fMRT Befund gezogen werden und dann kann fMRT auch verstärkt für die Diagnostik von neurodegenerativen und psychiatrischen Erkrankungen genutzt werden. Um neuro-vasale Kopplungsmechanismen zu untersuchen, haben wir einen neuen experimentellen Ansatz entwickelt der gleichzeitig neuronale und hämodynamische Antworten im Rattenhippokampus während einer elektrischen Stimulation eines afferenten Faserbündels aufzeichnet. Dieser Ansatz ermöglicht uns nicht nur die neurophysiologischen Grundlagen der fMRT-Bildgebung besser zu verstehen, sondern auch die Rolle von modulatorischen Transmittersystemen oder lokalen pathologischen Vorgängen, wie z.B. Tauablagerungen, auf die Funktion des Hippokampus und seine Interaktionen mit anderen Hirnregionen zu untersuchen.

1 Neurophysiologischen Grundlagen der fMRT-Bildgebung
Um die Beziehung zwischen neuronaler Aktivität und der daraus resultierenden fMRT Antwort zu untersuchen, werden während einer fMRT Messung in einem 9.4T Kleintierscanner afferente (Tractus perforans) oder efferente (Fimbria/Fornix) Faserbündel elektrisch stimuliert und gleichzeitig die dadurch induzierte neuronale Aktivität (in vivo Elektrophysiologie) und lokal veränderte Hämodynamik aufgezeichnet und in Beziehung gesetzt.

2 Einfluss von Dopamin auf die Funktion des Hippokampus
Die Aktivität des mesolimbischen dopaminergen Systems kann durch optogenetische Methoden (Expression von Laserlicht-sensitiven Opsinen in dopaminergen Neuronen der VTA) pharmakogenetischen Methoden (Expression von DREADDS) oder durch direkte elektrische Stimulation der VTA gesteuert werden. Wie eine veränderteerhöhte dopaminerge Transmission die hippokampale Funktion beeinflusst, kann dann mit der kombinierten fMRT/Elektrophysiologie Messung untersucht werden.

3 Interaktion des Hippokampus mit cortikalen und subcortikalen Strukturen
Stimulation von afferenten Fasern des Hippokampus induziert nicht nur fMRT Antworten im Hippokampus, sondern auch in verschiedenen Zielregionen des Hippokampus, wie z.B., im Nc. accumbensAccumbens, präfrontalem Cortex, Septum und Amygdala. Zeitlich korrelierte Änderungen in den hämodynamischen Antworten zwischen verschiedenen Regionen deuten auf funktionelle Interaktion hin. Inwieweit Dopamin oder Acetylcholin, als modulatorische Transmittersystememodulatorischer Transmitter, oder lokalisierte pathologische Prozesse, wie z.B. Tauopathien, die Funktion und Interaktionen des Hippokampus mit anderen Regionen beeinflussen, kann wiederum mit der kombinierte fMRT/Elektrophysiologie Messung untersucht werden.