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AG Bergmann



Leitung:
Prof. Dr. Til Ole Bergmann

Research Group Leader LIR, Deptuy Head of Neuroimaging Center (NIC), Mainz, Professor of Neurostimulation

Mitarbeitende

Dr. Umair Hassan

Stefanie Henauer, Stipendiatin

N.N.

Kurzbeschreibung der Arbeitsgruppe

Die Arbeitsgruppe Neurostimulation setzt non-invasive, transkranielle Hirnstimulationstechniken (TMS, TDCS, TACS, TUS) in Kombination mit elektrophysiologischen (EEG/MEG) und bildgebenden (fMRT) Verfahren ein, um die Funktion neuronaler Oszillationen in der Regulation von Informationsverarbeitung und neuronaler Plastizität zu untersuchen. Zukünftig wollen wir hierdurch die neuronalen Grundlagen der Resilienz besser verstehen und diejenigen neuronalen Netzwerke und Oszillationen identifizieren, welche die Enkodierung, die Konsolidierung und Reorganisation (im Wachzustand und Schlaf), sowie den Abruf emotionaler (bzw. traumatischer) Gedächtnisinhalte vermitteln und regulieren. Der methodische Fokus der Gruppe liegt dabei auf der simultanen Anwendung von multimodalen Mess- und Stimulationsverfahren (z.B. EEG-fMRT, TMS-EEG, TMS-fMRI, TUS-EEG) und der Entwicklung hirnzustandsabhängiger Neurostimulation in Echtzeit (z.B. real-time EEG-triggered TMS/TUS).

Aktuelle Forschungsprojekte
  • Etablierung der MR-gestützten Transkraniellen Ultraschallstimulation (TUS) zur nicht-invasiven Neuromodulation tiefgelegener Hirnareale
  • Etablierung der MR-gestützten Transkraniellen Ultraschallstimulation (TUS) zur vorübergehenden lokalen Öffnung der Blut-Hirn-Schranke und gezielten Wirkstofftransport ins Gehirn
  • Entwicklung von Software zur Experimentalsteuerung von Hirnstimulationsexperimenten inkl. Echtzeit EEG-getriggerter und closed-loop TMS/TUS (www.BEST-Toolbox.org)
Externe Kooperationspartner:innen
  • Prof. Dr. Badley Treeby, University College London
  • Prof. Dr. Ole Jensen, School of Psychology, University of Birmingham, Vereinigtes Königreich
  • Dr. Elly Martin, University College London
  • Dr. Keith R. Murphy, University of Stanford
  • Dr. Nigel Rogasch, Psychology, Monash University, Melbourne, Australien
  • Steffen Tretbar, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT), St. Ingbert
  • Prof. Axel Thielscher, Danish Research Centre for Magnetic Resonance (DRCMR), Hospital Hvidovre, Universität Kopenhagen, Dänemark
Förderungen
  • DFG (IADS)
  • EIC Pathfinder (CITRUS)
  • MWG (ACCESS)
  • Leibniz (NanoBrain)
Key Publications

Bergmann TO, Hartwigsen G (2020). Inferring Causality from Noninvasive Brain Stimulation in Cognitive Neuroscience. Journal of Cognitive Neuroscience 1-29.

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Bergmann TO, Lieb A, Zrenner C, Ziemann U (2019). Pulsed facilitation of corticospinal excitability by the sensorimotor μ-Alpha rhythm. J Neurosci 39(50):10034-10043.

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Bergmann TO, Karabanov AN, Hartwigsen G, Thielscher A, Siebner HR (2016). Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: current approaches and future perspectives. NeuroImage 140:4-192.

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Bergmann TO, Varatheeswaran R, Hanlon CA, Madsen KH, Thielscher A, Siebner HR (2021). Concurrent TMS-fMRI for causal network perturbation and proof of target engagement. NeuroImage 237:118093.

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Darmani G, Bergmann TO, Butts Pauly K, Caskey CF, de Lecea L, Fomenko A, Fouragnan E, Legon W,  Murphy KR, Nandi T, Phipps MA, Pinton G, Ramezanpour H, Sallet J, Yaakub SN, Yoo SS, Chen R (2022). Non-invasive transcranial ultrasound stimulation for neuromodulation. Clinical Neurophysiology. doi: 10.1016/j.clinph.2021.12.010

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Hassan, U., Feld, G. B., & Bergmann, T. O. (2022). Automated real‐time EEG sleep spindle detection for brain‐state‐dependent brain stimulation. Journal of Sleep Research. doi: 10.1111/jsr.13733

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Hassan U, Pillen S, Zrenner C, Bergmann TO (2021). The Brain Electrophysiological recording & STimulation (BEST) toolbox. Brain Stimul 15(1):109-115.

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Herring JD, Marshall TR, Esterer S, Jensen O, Bergmann TO (2018). Low-frequency alternating current stimulation rhythmically suppresses gamma-band oscillations and impairs perceptual performance. NeuroImage 184:440-449.

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Herring JD, Thut G, Jensen O, Bergmann TO (2015). Attention modulates TMS-locked alpha oscillations in the visual cortex. Journal of Neuroscience 35(43):14435-14447.

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Ilhan-Bayrakcı M, Cabral-Calderin Y, Bergmann TO, Tüscher O, Stroh A (2022). Individual Slow Wave Events Give Rise to Macroscopic fMRI Signatures and Drive the Strength of the BOLD Signal in Human Resting-State EEG-fMRI Recordings. Cerebral Cortex. doi: 10.1093/cercor/bhab516

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Jensen O, Gips B, Bergmann TO*, Bonnefond M* (2014). Temporal coding organized by coupled alpha and gamma oscillations prioritize visual processing. Trends Neurosci 37(7):357-369. (*equal contribution)

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Pillen, S., Knodel, N., Hermle, D., Hanke, M., Ziemann, U., Bergmann, TO (2022). No robust online effects of transcranial direct current stimulation on corticospinal excitability. Brain Stimulation, 15(5), 1254–1268. doi: 10.1016/j.brs.2022.08.024

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Siebner HR, Conde V, Tomasevic L, Thielscher A, Bergmann TO (2019). Distilling the essence of TMS-evoked EEG potentials (TEPs): A call for securing mechanistic specificity and experimental rigor. Brain Stimul 12(4):1051-1054.

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Staresina BP*, Bergmann TO*, Bonefond M, van der Meij R, Jensen O, Deuker L, Elger CE, Axmacher N & Fell, J. (2015). Hierarchical nesting of slow oscillations, spindles and ripples in the human hippocampus during sleep. Nature Neuroscience 18(11):1679-86. [*contributed equally]

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Thies M, Zrenner C, Ziemann U, Bergmann TO (2018). Sensorimotor mu-alpha power is positively related to corticospinal excitability. Brain Stimul 11(5):1119-1122.

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