Prediction of specific psychiatric symptoms based on electrophysiological measurements in an animal model

Abstract

The dopaminergic system modulates motor control, motiva- tional and cognitive functions. Its dysfunction is related to many neuropsychiatric conditions, among them Tourette’s syn- drome, Parkinsonism and other tic and movement disorders. One regulatory element in the dopaminergic action chain is the dopamine transporter, whose role in repetitive motor dis- ease has until now remained obscure. This study is focused on a mutant overexpressing the dopamine transporter (DAT- transgenic (DAT-tg) rat), which is showing easy to induce stereo- typic movements. Its electrophysiological characteristics are be- ing studied here. Non invasive electric brain stimulation meth- ods have been recently on the rise as therapy for tic disorders, being able to modulate brain activity without the risks of in- vasive brain surgery. The exact working mechanisms are still under inquiry, but therapeutic results are encouraging. This work reveals, for the first time, how transcranial direct current stimulation (tDCS) is affecting functional connectivity in elec- trophysiologically recorded rat local field potentials, in both the nonmanipulated wild-type animal as well as in DAT-tg. The findings are that (i) DAT-tg electrophysiologic activity is less adaptive than in wild-types (ii) the caudate putamen is linked to motor stereotypy, (iii) functional connectivity is reduced in DAT-tg, (iv) tDCS is affecting the centromedian/parafascicular complex in both genotypes and (v) tDCS is affecting functional connectivity of the centromedian/parafascicular complex in a genotype dependent way.

Das dopaminerge System moduliert motorische Funktionen, Motivation sowie Kognition. Dysfunktionen sind mit vielen neuropsychiatrischen Erkrankungen verbunden, wie Tourette Syndrom, Parkinson-Syndrom und anderen Motor- und Tic- störungen. Der Dopamin Transporter ist ein Element des dopamin- ergen Systems, dessen Rolle in Ticstörungen bisher wenig un- tersucht wurde. Vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Dopam- intransporter überexprimierenden Mutante (DAT-tg Ratte), welche leicht induzierbare Stereotypien zeigt. Hier werden ihre elek- trophysiologischen Charakteristiken untersucht. In den letzten Jahren wurde nicht-invasive elektrische Hirnstimulation (tDCS) immer interessanter für die klinische Anwendung, wegen ihrer neuromodulatorischen Wirkung ohne die Risiken eines oper- ativen Eingriffes ins Gehirn. Die genauen Wirkmechanismen sind zum Teil noch unbekannt, aber therapeutische Ergebnisse erwecken bereits Hoffnung. Die vorliegende Studie zeigt zum ersten Mal mit elektrophysiologischen Mitteln, wie tDCS die funktionelle Konnektivität beeinflußt, sowohl im nicht manip- ulierten Wildtyp Tier, als auch in DAT-tg. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass (i) DAT-tg weniger Adaptation der elektrischen Feldpotentiale zeigt, (ii) ein Zusammenhang besteht zwischen Caudate Putamen und motorischen Stereotypien, (iii) die funk- tionelle Konnektivität in DAT-tg reduziert ist, (iv) tDCS in bei- den Genotypen auf den centromedialen Kernkomplex wirkt, (v) tDCS im centromedialen Kernkomplex eine Genotyp-spezifische Wirkung hat.