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Prof. Dr. Jens Haueisen

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INHALTE

Informationstransfer und 600 Hz Schwingungen im Gehirn

Projektbeschreibung

Somatosensorisch evozierte, höherfrequente (600 Hz) Aktivität stellt eine aufmodulierte Schwingung im Zeitbereich der ersten kortikalen Antwort des evozierten Potentials/Feldes nach elektrischer Reizung am peripheren Nerven dar (Abbildung 1).

Eine Zeit-Frequenzanalyse zeigt Auftrennung von nieder- und höherfrequenten Anteilen (Abbildung 2). Darüber hinaus fanden wir überraschend, dass im initialen Bereich der 600 Hz Oszillationen die Frequenz über die Zeit zunimmt (Abbildung 3).

Wir konnten zeigen, dass die 600 Hz Aktivität aus 2 Komponenten besteht (Bifurkation der Dispersionskurven in der Zeit-Frequenz-Analyse) und mittels Quellenlokalisation zu den Brodmann Arealen 3b und 1 zugeordnet werden kann (Abbildung 4).

Ebenso konnten wir zeigen, dass der Informationstransfer bei Einzelstimulation bidirektional zwischen den Arealen 3b und 1 verläuft (entgegen den bisherigen Annahmen, die von unidirektionalem Informationstransfer ausgingen; Abbildung 5).

Abbildung 1:
Höherfrequente Oszillationen (ca. 600Hz) überlagern die niederfrequenten Komponenten (N20, P25) bei somatosensorisch evozierter Aktivität (obere Kurve: Filter 0,1-1500Hz; untere Kurve: 450-750Hz).

Abbildung 2:
Zeit-Frequenzdarstellung der niederfrequenten Komponenten und höherfrequenten Oszillationen (oben), sowie Spektrum zum Zeitpunkt 20 ms nach Stimulation.

Abbildung 3:
Ausschnitt der Zeit Frequenzdarstellung für einen Probanden mit Dispersionskurve (weiße Punktlinie) (oben) und Dispersionskurven für 12 Probanden (unten). Für alle Probanden zeigt sich eine unerwartete Zunahme der Frequenz mit der Zeit.

Abbildung 4:
Ergebnis der Quellenrekonstruktion für die tangentiale dipolare Aktivität (links) und die radiale dipolare Aktivität (rechts) der 600 Hz Oszillationen. Die rekonstruierten Dipole sind durch die gelben Pfeile gekennzeichnet und CS kennzeichnet den central sulcus des Probanden. Eine 3D Darstellung der Quellenrekonstruktionsergebnisse ist in Abbildung 5 gezeigt.

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Abbildung 5:
Links: Lokalisierte Aktivität in Brodmann Areal 3b (rot) und Brodmann Areal 1 (blau). In der 3D Darstellung sind die Orte der lokalisierten Quellen angegeben, darüber sind die Zeitverläufe der Quellenaktivierungen dargestellt. Rechts: Drei Modelle für die Beschreibung des Informationstransfers zwischen den Arealen 3b und 1 (Modell 0: keine Interaktion; Modell 1: unidirektionaler Informationsfluss; Modell 2: bidirektionaler Informationsfluss).

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News

Titelseite des Journal of Clinical Neurophysiology.

Götz T, Huonker R, Witte OW, Haueisen J: Thalamocortical impulse propagation and information transfer in EEG and MEG. Journal of Clinical Neurophysiology, 31(3):253-60, 2014
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Projektpartner

Für dieses Projekt wurden noch keine Partner hinterlegt.

Publikationen & Patente

  • Milde,T., Haueisen,J., Witte,H., Leistritz,L.: Modelling of cortical and thalamic 600Hz activity by means of oscillatory networks. Journal of Physiology (P), 103(6):342-7, 2009
  • Jaros,U., Hilgenfeld,B., Lau,S., Curio,G., Haueisen,J.: Nonlinear interactions of high-frequency oscillations in the human somatosensory system. Clinical Neurophysiology, 119(11):2647-57, 2008
  • Haueisen,J., Leistritz,L., Süße, T., Curio,G., Witte,H.: Identifying mutual information transfer in the brain with differential-algebraic modeling: evidence for fast oscillatory coupling between cortical somatosensory areas 3b and 1, Neuroimage, 37:130-136, 2007
  • Leistritz,L., Putsche,P., Schwab,K., Hesse,W., Süße, T., Haueisen,J., Witte,H.: Coupled oscillators for modeling and analysis of EEG/MEG oscillations. Biomed. Tech. 52:83–89, 2007
  • Leistritz,L., Suesse,T., Haueisen,J., Hilgenfeld,B., Witte,H.:  Methods for parameter identification in oscillatory networks and application to cortical and thalamic 600 Hz activity. Journal of Physiology (Paris), 99, 58-65, 2006
  • Haueisen,J., Schack,B., Meier,T., Curio,G., Okada,Y.: Multiplicity in the high-frequency signals during the short-latency somatosensory evoked cortical activity in humans. Clinical Neurophysiology, 112, 1316 – 1325, 2001
  • Liepert,J., Haueisen,J., Hegemann,S., Weiller,C. Disinhibition of somatosensory and motor cortex in mitochondriopathy without myoclonus. Clinical Neurophysiology, 112(5):917-922, 2001
  • Haueisen,J., Heuer,T., Nowak,H., Liepert,J., Weiller,C., Okada,Y., Curio,G.: The influence of lorazepam on somatosensory evoked fast frequency (600 Hz) activity in MEG. Brain Research, 874, 10 – 14, 2000

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