Das Ziel dieses Vorhabens ist die modellbasierte Steuerung pathologischer Nervenaktivität in der Großhirnrinde in einem Tiermodell. Diese Spreading Depression (SD) genannte pathologische Dynamik ist eine massive Entladung neuronaler und astrozytärer transmembraner Ioenengradienten, die mit einer lang anhaltenden Depolarisation einhergeht (ca. 0.5 Minuten) und die sich mit ca. 3 mm/min in der Hirnrinde fortpflanzt. Es soll untersucht werden, ob mit einer modernen Regelungstheorie (Kalman-Filter) SD durch elektrische Felder in einen geschlossenen Regelkreis gezielt beeinflusst werden kann.
Um das Vorhabenziel umzusetzen wird ein physiologisches Computermodell der SD neben dem experimentellen Setup (Regelkreis und Messkammer) und einem In -vitro-Tiermodell (isotroper, tangentialer Hirnschnitt) entwickelt. Die Steuerungstechnik besteht aus einer Rückkopplungsschleife, die in Echtzeit polarisierende elektrische Felder als Kontrollkraft anwendet. Die Entwicklung und Analyse des zweidimensionalen Computermodels der corticalen SD umfasst ein biophysikalisches Ionen-basiertes Modell und ein reduziertes Normalenform-Modell. Ein wesentlicher Arbeitsschritt ist die Optimierung des reduzierten Modells mittels Integration von Referenzmessungen des biophysikalisch fundierten Modells und der Off-line-Daten aus den Experimenten.

An dieser Kooperation sind folgende Wissenschaftler beteiligt:

• Markus A. Dahlem, Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Berlin
• Steven J. Schiff & Bruce Gluckman, Penn State Center for Neural Engineering, Pennsylvania State University, College State, USA