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März 2016 | Simon M. Danner

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Dr. Simon M. Danner

Simon M. Danner

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, März 2015

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. Simon Danner aus Anlass der im Top-Journal „Brain“ (IF 9.196) erschienenen Arbeit  „Human spinal locomotor control is based on flexibly organized burst generators“ [7]. Diese Studie entstand an dem Zentrum für medizinische Physik und Biomedizinische Technik in Zusammenarbeit mit dem Institut für Analysis und Scientific Computing, Technische Universität Wien und dem Neurologischen Zentrum, Otto Wagner Spital.

Das menschliche Rückenmark kann diverse rhythmische Aktivierungsmuster flexibel kombinieren um Bewegungen zu steuern

Menschen mit Querschnittslähmung besitzen im Rückenmark unterhalb der Verletzung noch immer Nervenverbände (sogenannte Lokomotionszentren), die rhythmische Bewegungen in den Beinen auslösen können. 

Dr. Danner und Kollegen aktivierten in Menschen mit motorisch kompletter Querschnittslähmung mittels elektrischer Stimulation diese Lokomotionszentren im Rückenmark unterhalb der Verletzung. Diese wiederum erzeugten rhythmische Aktivierungsmuster in den Muskeln der gelähmten Beine. Durch die Analyse der Muskelaktivitäten konnte Dr. Danner eine kleine Zahl von Grundmustern identifizieren, die bewegungsbezogenen Muskelaktivitäten in den Beinen zugrunde liegen und die eine periodische Aktivierung bzw. Inaktivierung der Muskeln steuern, wodurch zyklische Bewegungen wie beim Gehen erfolgen. Ähnlich einem Baukastensystem kombiniert das Nervennetzwerk im Rückenmark diese Grundmuster flexibel je nach Bewegungsanforderung. Das lässt den Schluss zu, dass in Menschen mit intaktem Nervensystem, das Gehirn zwar gewünschte Bewegungsaktivität wählt aber diese dann durch das Rückenmark gesteuert wird. 

Diese Erkenntnisse über das Auslösen und die Koordination von Muskelbewegungen in den Beinen nach einer Querschnittslähmung fließen in neue Rehabilitationsansätze, die darauf abzielen, jene Nervenverbände, die nach der Verletzung des Rückenmarks noch funktionieren, weiterhin über elektrische Stimulation nutzbar zu machen. Das eröffnet künftig vor allem neue Möglichkeiten in der Therapie von querschnittgelähmten Menschen, etwa um verlorene rhythmische Bewegungsmöglichkeiten wenigstens teilweise zu reaktivieren. 

Wissenschaftliches Umfeld

Dr. Danner war von 2011 bis 2015 am Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik der Medizinisch Universität Wien tätig (Arbeitsgruppe von Prof. Winfried Mayr) und untersuchte experimentell und mittels Computer Simulation die Lokomotionszentren im menschlichen Rückenmark. Er in eine multizentrische Kollaboration zwischen der Meduni Wien (Prof. Winfried Mayr, Dr. Karen Minassian, Dr. Ursula Hofstötter), der TU Wien (Prof. Frank Rattay), des Otto-Wagner-Spitals (Prof. Heinrich Binder) und des Baylor College of Medicine, Houston, TX (Prof. Milan Dimitrijevic) integriert. Diese Kollaboration die durch den WWTF und Wings for Life gefördert wird hat das Ziel mittels Rückenmarkstimulation Folgeerscheinungen von Querschnittslähmung zu mildern. In diesem Zusammenhang entstanden neben der prämierten Publikation [7] einige weitere Arbeiten am Gebiet der Neurorehabilitation und Biomedizinischen Technik [1-6].

Derzeit setzt Dr. Danner seine Forschungsarbeit die dem Verständnis dienen wie neuronalen Strukturen im Rückenmark Gehen und Gangmuster steuern am Drexel College of Medicine (Arbeitsgruppe von Dr. Ilya Rybak) fort.

Zur Person

Dr. Danner wurde 1985 in Bregenz, Vorarlberg geboren. Nach der Matura mit ausgezeichnetem Erfolg studierte er Medizinische Informatik (2005–2010) und Informatikmanagement (2008–2011) an der TU Wien. In seiner Dissertation (2010–2013), in Rahmen dessen er auch an der MedUni Wien tätig war, untersuchte er die Lokomotionszentren im menschlichen Rückenmark experimentell und mittels Computersimulation. Derzeit ist er als Postdoctoral Fellow auf Einladung von Prof. Ilya Rybak am Department of Neurobiology and Anatomy am Drexel College of Medicine, Philadelphia, PA tätig.

Dr. Danners Forschungsarbeiten wurden mehrfach ausgezeichnet. Unter anderem erhielt er den ersten Preis im Studentenwettbewerb der Biomedizinischen Technik Tagung 2013 (BMT 2013), den Best Poster Award des 2nd Minnesota Neuromodulation Symposium 2014 und den Stefan-Shuy-Preis 2015 der Österreichischen Gesellschaft für Biomedizinische Technik.

Ausgewählte Literatur

  1.  Minassian K, Hofstoetter US, Danner SM, Mayr W, Bruce JA, McKay WB, Tansey KE. Spinal Rhythm Generation by Step-Induced Feedback and Transcutaneous Posterior Root Stimulation in Complete Spinal Cord-Injured Individuals. Neurorehabil Neural Repair. 2016;30(3):233-43.
  2. Danner SM, Krenn M, Hofstoetter US, Toth A, Mayr W, Minassian K. Body Position Influences Which Neural Structures Are Recruited by Lumbar Transcutaneous Spinal Cord Stimulation. PLoS One. 2016;11(1):e0147479.
  3. Dimitrijevic MR, Danner SM, Mayr W. Neurocontrol of Movement in Humans with Spinal Cord Injury. Artif Organs. 2015;39(10):823-33.
  4. Hofstoetter US, Krenn M, Danner SM, Hofer C, Kern H, McKay WB, Mayr W, Minassian K. Augmentation of Voluntary Locomotor Activity by Transcutaneous Spinal Cord Stimulation in Motor-Incomplete Spinal Cord-Injured Individuals.
  5. Artif Organs. 2015;39(10):E176-86.
  6. Krenn M, Hofstoetter US, Danner SM, Minassian K, Mayr W. Multi-Electrode Array for Transcutaneous Lumbar Posterior Root Stimulation. Artif Organs. 2015;39(10):834-40.
  7. Hofstoetter US, Danner SM, Freundl B, Binder H, Mayr W, Rattay F, Minassian K. Periodic modulation of repetitively elicited monosynaptic reflexes of the human lumbosacral spinal cord. J Neurophysiol. 2015;114(1):400-10.
  8. Danner SM, Hofstoetter US, Freundl B, Binder H, Mayr W, Rattay F, Minassian K. Human spinal locomotor control is based on flexibly organized burst generators. Brain. 2015;138(3):577-88

Simon M. Danner

Drexel University College of Medicine
Department of Neurobiology and Anatomy

2900 W Queen Ln
Philadelphia, PA 19129
USA