Forschung

Themen

Neben der klinischen Tätigkeit ist die wissenschaftliche Arbeit eine wichtige Aufgabe der Sektion für Bewegungsstörungen und Neurostimulation an der Universitätsmedizin Mainz. In unseren Projekten untersuchen wir, wie verschiedene Gehirnareale bei gesunden Personen und Patienten mit neurologischen Erkrankungen miteinander interagieren. Hierbei stehen Aspekte der Konnektivität und der Reorganisation im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses. Für unsere Forschung nutzen bildgebende, nicht-invasiv stimulierende und elektrophysiologische Verfahren um die Physiologie und Pathophysiologie u.a. des menschlichen motorischen Systems zu erforschen.

Aktuell arbeiten wir an mehreren Studien bei Patienten mit Bewegungsstörungen (u.a. M. Parkinson) und sind an Projekten zur Optimierung der Wirkmechanismen der tiefen Hirnstimulation beteiligt.

Dabei kooperiert die Sektion für Bewegungsstörungen und Neurostimulation mit anderen Arbeitsgruppen der Universitätsmedizin Mainz: Klinik für Neurologie (Neuroimmunologie, AG Birklein), mit dem Neuroimaging Center Mainz (NIC), Deutsches Resilienz-Zentrum (DRZ), AG Emotion regulation und Impulskontrolle (ERIC) der Klinik für Psychiatrie (Prof. Dr. med. Tüscher, Dr. S.  Kayser) und AG Molecular Imaging and Optogenetics (Institut für mikroskopische Anatomie und Neurobiologie, Prof A. Stroh).

Nationale und internationale Kooperationen bestehen u.a. mit folgenden Institutionen und Arbeitsgruppen:

–    Prof. G: Deuschl, Klinik für Neurologie Kiel

–    Prof. J. Volkmann, Klinik für Neurologie Würzburg

–    Prof. H. Siebner, Centre for Functional and Diagnostic Imaging and Research, Danish Research Centre for Magnetic Resonance

Methoden

  1. Tiefe Hirnstimulation: Studien zu den systemischen Mechanismen der tiefen Hirnstimulationsbehandlung werden bei Patienten mit Bewegungsstörungen (u.a. M. Parkinson und mit essentiellem Tremor) konzipiert und durchgeführt. Ziel dieser Studien ist eine Verbesserung des klinischen Ansprechens und Reduktion der möglichen Nebenwirkungen nach einer optimierten Implantation der Stimulationselektroden in Anbetracht der mithilfe der Kernspintomografie dargestellten Konnektivität.

    deep brain stimulation, tiefe hirnstimulation
    Wirkung der tiefen Hirnstimulation
  2. Nicht-invasive Neurostimulation. Die transkranielle magnetische Stimulation (TMS) stellt ein Verfahren dar, mit welchem berührungslos und schmerzfrei Nerven- und Muskelzellen nach dem Prinzip des Induktionsgesetztes erregt werden können. Die Methode wird zu Analysen und Modulation der kortikalen Erregbarkeit eingesetzt Mithilfe multifokaler TMS werden Konnektivitätsstudien konzipiert und durchgeführt.
  3. Strukturelle Kernspintomographie wird mit Auswerteverfahren der diffusionsgewichteten Bildgebungstechniken, probabilistischer Traktographie (FSL, SPM, VBM) sowie der T1-Aufnahmen (Freesurfer, SPM) zur Netzwerkcharakterisierung (BCT, NBS) und Konnektivitätsanalysen angewandt.
  4. Gleichstromstimulation (tDCS) wird zur Modulation der zerebralen Erregbarkeit im Rahmen von Studien zum Auslösen von plastischen Veränderungen verwendet.
  5. EEG-Analysen (ereigniskorrelierte Potentiale, langsame Hirnpotentiale, ereigniskorrelierte Potentiale bzw. Lateralisierungen, Zeit- und Frequenzspektrumanalysen, samt EEG-EEG und EEG-EMG Kohärenz- und Power-Messungen) werden zur Abbildung kortikaler Korrelate der zerebralen Funktionen verwendet. Simultane TMS-EEG Techniken werden zur Veränderung der oszillatorischen Aktivität angewandt.
  6. Neuropsychologische Untersuchungsparadigmen (Wahlselektions-Reaktionszeit-Aufgaben, kontinuierliche bzw. intermittierende akustische oder visuelle Stimulationen) werden entwickelt um die sensomotorischen, visomotorischen und kognitiven Prozesse adäquat zu modulieren und zu erfassen.
  7. Kinematische Messverfahren werden zur Erfassung von Bewegungsausführung angewandt.

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Ausgewählte Publikationen

Fleischer V, Groger A, Koirala N, Droby A, Muthuraman M, Kolber P, Reuter E, Meuth SG, Zipp F, Groppa S. (2016) Increased structural white and grey matter network connectivity compensates for functional decline in early multiple sclerosis. Mult Scler. doi: 10.1177/1352458516651503

Groppa, S., J. Herzog, D. Falk, C. Riedel, G. Deuschl, and J. Volkmann. 2014. Physiological and anatomical decomposition of subthalamic neurostimulation effects in essential tremor. Brain 137: 109-121.

Hanganu, A., S. A. Groppa, G. Deuschl, H. Siebner, F. Moeller, M. Siniatchkin, U. Stephani, and S. Groppa. 2014. Cortical Thickness Changes Associated with Photoparoxysmal Response. Brain Topogr.

Groppa, S., M. Muthuraman, B. Otto, G. Deuschl, H. R. Siebner, and J. Raethjen. 2013. Subcortical substrates of TMS induced modulation of the cortico-cortical connectivity. Brain Stimul 6: 138-146.

 Groppa, S., N. Werner-Petroll, A. Munchau, G. Deuschl, M. F. Ruschworth, and H. R. Siebner. 2012. A novel dual-site transcranial magnetic stimulation paradigm to probe fast facilitatory inputs from ipsilateral dorsal premotor cortex to primary motor cortex. Neuroimage 62: 500-509.

Groppa, S., B. H. Schlaak, A. Munchau, N. Werner-Petroll, J. Dunnweber, T. Baumer, B. F. van Nuenen, and H. R. Siebner. 2012. The human dorsal premotor cortex facilitates the excitability of ipsilateral primary motor cortex via a short latency cortico-cortical route. Hum Brain Mapp 33: 419-430.

Groppa, S., A. Oliviero, A. Eisen, A. Quartarone, L. G. Cohen, V. Mall, A. Kaelin-Lang, T. Mima, S. Rossi, G. W. Thickbroom, P. M. Rossini, U. Ziemann, J. Valls-Sole, and H. R. Siebner. 2012. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol 123: 858-882.

Depienne, C., M. Cincotta, S. Billot, D. Bouteiller, S. Groppa, V. Brochard, C. Flamand, C. Hubsch, S. Meunier, F. Giovannelli, S. Klebe, J. C. Corvol, M. Vidailhet, A. Brice, and E. Roze. 2011. A novel DCC mutation and genetic heterogeneity in congenital mirror movements. Neurology 76: 260-264.

Groppa, S., T. O. Bergmann, C. Siems, M. Molle, L. Marshall, and H. R. Siebner. 2010. Slow-oscillatory transcranial direct current stimulation can induce bidirectional shifts in motor cortical excitability in awake humans. Neuroscience 166: 1219-1225.

Groppa, S., H. R. Siebner, C. Kurth, U. Stephani, and M. Siniatchkin. 2008. Abnormal response of motor cortex to photic stimulation in idiopathic generalized epilepsy. Epilepsia 49: 2022-2029.

Siniatchkin, M., S. Groppa, B. Jerosch, H. Muhle, C. Kurth, A. J. Shepherd, H. Siebner, and U. Stephani. 2007. Spreading photoparoxysmal EEG response is associated with an abnormal cortical excitability pattern. Brain 130: 78-87.

Muthuraman M, Deuschl G, Koirala N, Riedel C, Volkmann J, Groppa S. Effects of DBS in parkinsonian patients depend on the structural integrity of frontal cortex. Scientific reports. 2017 Mar 06;7:43571.

Chiosa V, Groppa SA, Ciolac D, Koirala N, Misina L, Winter Y, et al. Breakdown of thalamo-cortical connectivity precedes spike generation in focal epilepsies. Brain Connect. 2017 May 11.

Groppa S. Multifocal TMS for temporo-spatial description of cortico-cortical connectivity patterns. Clin Neurophysiol. 2016;127(2):1005-6.

Muthuraman M, Fleischer V, Kolber P, Luessi F, Zipp F, Groppa S. Structural Brain Network Characteristics Can Differentiate CIS from Early RRMS. Front Neurosci. 2016 Feb 2;10.

Muthuraman M, Groppa S, Deuschl G. Cerebello-cortical networks in orthostatic tremor. Brain. 2016 2016-08-01 00:00:00;139(8):2104-6.