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A05 – Zur Bedeutung des Kleinhirns für das Extinktionslernen beim Menschen: Intrinsische Mechanismen und zerebello-zerebrale Interaktionen

Dagmar Timmann-Braun, Harald H. Quick

Im Projekt A05 sind drei 7T fMRT Studien, zwei 3T fMRT Studien und eine Verhaltensstudie geplant. Zwei 7T fMRT Studien (Studien 1, 2) werden in den ersten beiden Förderjahren durchgeführt. Die Verhaltensstudie (Studie 5) beginnt im Laufe des ersten Förderjahres. Die beiden 3T fMRT Studien beginnen im zweiten Förderjahr (Studien 3, 4). In der Studie 3 kommt zerebelläre Gleichstromstimulation (tDCS) zur Anwendung. In der Studie 4 werden Patienten mit fokalen Erkrankungen des Kleinhirns untersucht. Die Studien 3–5 werden bis zum Ende des dritten Förderjahres abgeschlossen. Im vierten Förderjahr erfolgt die Etablierung von tDCS im 7T MRT.

Leitfragen des Projekts A05:

  • Trägt das menschliche Kleinhirn, genauer gesagt sein cerebellare vermis und die fastigialen Kerne, zur Extinktion konditionierter Angst bei?
  • Was für intrinsischen Mechanismen des Kleinhirns liegen Extinktion zugrunde?
  • Interagiert das Kleinhirn während der Extinktion mit Hirnarealen, insbesondere der Amygdala, dem Hippocampus und dem präfrontalen Kortex?
  • Spielen die posterolateralen Kleinhirnhemisphären und Vermis eine andere Rolle bei Extinktion?
  • Können die von uns vorgeschlagenen intrinsisch-cerebellaren Mechanismen und cerebello-cerebellaren Interaktionen durch cerebellare transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und cerebellar bedingtes motorisches Lernen moduliert werden?

Dagmar Timmann-Braun

Projektleiterin A05, F02

Universität Duisburg-Essen

Harald-H. Quick

Projektleiter A05, F02

Universität Duisburg-Essen

Giorgi Batsikadze

Postdoc A05

Universität Duisburg-Essen

Thomas Ernst

Postdoc A05

Universität Duisburg-Essen

Bilge Albayrak

Postdoc A05 (assoziiert)

UK Essen - Klinik für Kinderheilkunde I

Lana Inoue

Doktorandin A05

Universität Duisburg-Essen

Michael Klein

Doktorand A05

Universität Duisburg-Essen

Alice Doubliez

Doktorandin A05

Universität Duisburg-Essen

Enzo Nio

Doktorand A05

Universität Duisburg-Essen

10 projektrelevante Publikationen

Batsikadze G, Rezaee Z, Chang DI, Gerwig M, Herlitze S, Dutta A, Nitsche MA, Timmann D (2019) Effects of cerebellar transcranial direct current stimulation on cerebellar-brain inhibition in humans: A systematic evaluation. Brain Stimul. 12: 1177–1186.

Brunheim S, Johst S, Pfaffenrot V, Maderwald S, Quick HH, Poser BA (2017) Variable slice thickness (VAST) EPI for the reduction of susceptibility artifacts in whole-brain GE-EPI at 7 Tesla. MAGMA. 30: 591–607.

Ernst TM, Thürling M, Müller S, Kahl F, Maderwald S, Schlamann M, Boele HJ, Koekkoek SKE, Diedrichsen J, De Zeeuw CI, Ladd ME, Timmann D (2017) Modulation of 7 T fMRI signal in the cerebellar cortex and nuclei during acquisition, extinction, and reacquisition of conditioned eyeblink responses. Hum Brain Mapp. 38: 3957–3974.

Ernst TM, Brol AE, Gratz M, Ritter C, Bingel U, Schlamann M, Maderwald S, Quick HH, Merz CJ, Timmann D (2019) The cerebellum is involved in processing of predictions and prediction errors in a fear conditioning paradigm. eLife. 8: e46831.

Inoue L, Ernst TM, Ferber II, Merz CJ, Timmann D, Batsikadze G (2020) Interaction of fear conditioning with eyeblink conditioning supports the sensory gating hypothesis of the amygdala in men. ENeuro. 7(5).

Küper M, Mallick JS, Ernst T, Kraff O, Thürling M, Stefanescu MR, Göricke S, Nitsche MA, Timmann D (2019) Cerebellar transcranial direct current stimulation modulates the fMRI signal in the cerebellar nuclei in a simple motor task. Brain Stimul. 12: 1169–1176.

Lipp J, Draganova R, Batsikadze G, Ernst TM, Uengoer M, Timmann D (2020) Prefrontal but not cerebellar tDCS attenuates renewal of extinguished conditioned eyeblink responses. Neurobiol Learn Mem. 170: 107137.

Pfaffenrot V, Brunheim S, Rietsch SHG, Koopmans PJ, Ernst TM, Kraff O, Orzada S, Quick HH (2018) An 8/15-channel Tx/Rx head neck RF coil combination with region-specific B1 + shimming for whole-brain MRI focused on the cerebellum at 7T. Magn Reson Med. 80: 1252–1265.

Steiner KM, Jansen S, Adeishvili N, Hulst T, Ernst TM, Müller O, Wondzinski E, Göricke SL, Siebler M, Uengoer M, Timmann D (2020) Extinction of cognitive associations is preserved in patients with cerebellar disease. Neurobiol Learn Mem. 169: 107185.

Thürling M, Kahl F, Maderwald S, Stefanescu RM, Schlamann M, Boele HJ, de Zeeuw CI, Diedrichsen J, Ladd ME, Koekkoek SK, Timmann D (2015) Cerebellar cortex and cerebellar nuclei are concomitantly activated during eyeblink conditioning: a 7T fMRI study in humans. J Neurosci. 35: 1228–1239.