SFU-Tretter-Neurow-GL

NEUROBIOLOGIE
-  Basics –
Prof. DDDr. Felix Tretter
Psychologie LMU
Q: 12/03/2012 123RF Limited 2006-2012
ÜBERSICHT I
1.  Methoden, Erkenntnisprogramm
- EEG, Bildgebung, Tierexperimente
2.  Gehirn – Makroanatomie
- Areale, altbekannte Funktionszuordnungen
3.  Schaltkreise
- wichtige Verbindungen zwischen Zentren
4.  Lokale Netzwerke (Histologie)
- Cortex (Arbeitsgedächtnis), Hirnstamm
5. Nervenzellen (Cytologie)
- Strukturmerkmale
75
1
ÜBERSICHT II
6. Synapsen
- Transmission, molekulare Strukturen
7. Intrazelluläres (Molekularbiologie)
- Signalkaskaden u. Netzwerke
- Genetik
8. Psychische Grundfunktionen
- Wahrnehmung
- Arbeitsgedächtnis
- Emotionen
- Wille
- Empathie
76
ÜBERSICHT III
9. Zusammenfassung
10. Ausblick
77
2
LITERATUR:
Bea, M.F., Connors, B.W. (2015):Neuroscience – Exploring the Brain. Kluver, New
York
Braus, D. (2014): Ein Blick ins Gehirn. Thieme
Kandel, E., Schwartz, J., Jessell, T. (Hg) (2012): Neurowissenschaften: Eine
Einführung. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg
Shepherd, G. (1994). Neurobiology. Oford Univ. Press, Oxford
Striedter,G.F. (2016). Neurobiology: A Functional Approach Oxford Univ. Press,
Oxford
Tretter, F. (2017). Sucht, Gehirn, Gesellschaft,. MWV, Berlin Kap. Zur Neurobiologie
Tretter, F., Grünhut, C. (2010): Ist das Gehirn der Geist? Hogrefe, Göttingen
Ward, J. (2015). The Student‘s Guide to Cognitive Neuroscience. Psychology
Press, London
PERSÖNLICHES
3
PERSÖNLICHER FORSCHUNGSHINTERGRUND
Wie „machen“ Kortex-Zellen das Sehen ? Und: Wer sieht?
FRAGESTELLUNG (Doktorarbeit bei Prof. G. Guttmann)
Können kortikale Zellen, die selektiv auf bestimmte Reizaspekte, wie Kanten oder
Ecken, reagieren (z. B. Simpel-Zellen, Komplex-Zellen und Hyperkomplex-Zellen)
Buchstaben erkennen ? z.B. „A,“ wie aber dann „B“ ? Dreiecke …., Kreise …? Was ist
„Erkennen“ ? 70Hz-Gamma-Oszillationen?....UNGEKLÄRT! UND: WER SIEHT?
Lichtreiz
D1
D1
Tretter als Jungforscher
(1974)
RF1 RF2
A
Psychologie
P3 +P4
GABA
cells
P5+P6
Thalamus
„Kybernetik“
Neurobiologie
=> GammaOszillationen? (Singer)
„BILDGEBUNG“ DER 1970er JAHRE
- Neuro-Malerei am Mikroskop -
Strukturmodell des
visuellen Kortex (F.T.)
Pyramidenzelle
des Kortex (F.T.)
81
4
Network „Computational Systems Neuropsychiatry“
F. Tretter, M. Albus, O. Pogarell, D. Rujescu, H.W. Mewes, Ch. Turck et al.
Psychiatry Systems Science / Computa9onal Science Neurobiology/ -­‐pharmacology D. Durstewitz
H. Markram
P. Dayan
U. an der Heiden
H. Schwegler
G. Deco
X-J. Wang
R. Hoffmann
E. Mendoza
E. Voit
A. Comte
L. Qui
H. Liljenstroem
H. Emrich
F-X. Vollenweider
G. Gründer
J. Scherer
G. Winterer
J. Gallinat
R. Schloesser
D. Rujescu
R. Lanzenberger
E. Meisenzahl
A. Carlsson (2005)
M. Koch
W.E. Müller
G.Grecksch
P. Gebicke-Haerter
H. Braun
H. Westerhoff
C. Turck
D. Noble
F. Iris
A. Draguhn
82 Systems Psychiatry - Publications
Schizophrenia
2006
PFC
2007
Molecular
Systems
Biology
2008
Addiction
Synapse
2009
2010
WAKE
5HT
REM
NE
1
2
3
ACh
4
1
2
3
4
5
6
7
REM
8
HOURS OF SLEEP
WAKING
7
2010
Depression
Schizophrenia
2011
2012
SLEEP
23
7
23
7
Systems
Biology of
Oscillatory
Proesses in
Sleep and
Mental
F.Disorders
Tretter
8
Sleep
O. Pogarell
D.Rujescu
E. Meisenzahl
H.W. Mewes
2013
2013
83
5
HIRNFORSCHUNG – METHODEN
-  s. Braus 2015 –
84
SUBSTRATE UND BEGRIFFE
Gehirn ist ein Netzwerk von 100 Milliarden Neuronen, also ein
Netzwerk von Netzwerken von Neuronen
Nervenzellen (Neurone) = der kleinste Bausteine des Gehirns.
Sie schauen aus wie kleine Pflanzen mit aufwärts und seitlich
gerichteten Zweigen (Dendriten) und auch abwärts gerichteten
langen Fasern (Axonen). Axone sind Fasern, die Signale
(Aktionspotenzaile, Spikes) weiterleiten, die vom Neuron durch
Verrechnungsprozesse generiert werden. Sie werden zu
Muskeln, Drüsen usw. weitergeleitet.
Zusätzlich verbinden sich die Fasern mit anderen Nervenzellenzum Beispiel die Zelle A mit Dendriten der Zelle B - über Kontaktstellen, die als Synapsen bezeichnet werden
85
6
„Synapse“:
-  Es gibt über 100 Billionen Synapsen im Gehirn
-  In der Synapse werden Signal-Substanzen emittiert, die als
Transmitter bezeichnet werden
-  Innerhalb der Synapse gibt es Verschiedene Strukturen wie
Rezeptoren und Rücktransporter der Transmitter
-  Die Bindung der Drogenmoleküle an diesem SteuerungsStrukturen kommt zu Stande, weil Ähnlichkeiten der
Molekülstruktur zwischen Droge Transmitter und Rezeptor
bestehen
-  Drogen verursachen Veränderungen der
Informationsübertragung zwischen Neuronen und
interferieren daher mit den jeweiligen Funktions-Modus des
Gehirns
86
ZIEL: „Multi-level SYSTEM-PERSPEKTIVE für die
NEUROPSYCHIATRIE“
ENVIRONMENT
Bisher: Dissektion
des isolierten
Organismus vom
Organ bis zu den
Genen
⇒  Hohe Präzision,
⇒  aber geringe
ökologische
Validität
BEHAVIOR
BRAIN
CIRCUITRY
Kortex
Thalamus
Putamen
Pallidum
NEURONS
Nun: Ziel der
Rekonstruktion des
dekomponierten
Organismus;
dies ist schwierig, da
das Zusammenfügen
der Einzelteile /befunde nicht das
geschlossene Ganze
ergibt !
SYNAPSE
METABOLOME
PROTEOME
GENOME
87
7
=> Gehirn als Organ der Person in der Welt ???
Kurze Geschichte
der Kognitiven Neurowissenschaft
GESCHICHTE DER NEUROPSYCHOLOGIE
7
© Psychology Press
Q: Goschke 20013: https://tu-dresden.de/mn/psychologie/allgpsy/ressourcen/dateien/lehre/
lehreveranstaltungen/goschke_lehre/ss2013/folder-2013-04-15-9955666685/VL04-BildgebendeVerfahren.pdf?lang=de
8
STUDIENARTEN
1. “Baselinestudien”: PET- u. SPECT Studien bei Patienten und
gesunden Kontrollen im Ruhezustand
2. “Therapiestudien”: Verlaufsuntersuchungen bei Patienten vor
u. nach Therapie: Beurteilung der Therapieeffekte auf
Metabolismus bzw. Perfusion mit PET und SPECT
3. “Provokationsstudien”: Untersuchung von Patienten z.B. mit
Zwangsstörungen nach pharmakologischer Provokation bzw.
nach Hervorrufen der Zwangssymptome durch Exposition oder
Ideation
4. “Aktivierungsstudien”: PET- und fMRT-Studien zur Beurteilung
der Hirnaktivierungen während verschiedener kognitiver TestParadigmen (z.B. hirnfunktionelle Untersuchung von expliziten,
impliziten oder prozeduralen Gedächtnisleistungen); Vergleich
von Patienten und gesunden Kontrollen
5. “Neurochemische Studien”, nuklearmedizinische Studien (PET,
SPECT) mit Radioliganden: Untersuchung der Veränderungen auf
Transmitter- und Rezeptorebene
APPARATIVE METHODEN I
-  EEG / EP ...(Elektrophysiologie)
* Millisekunden-Bereich
* verschiedene Rhythmen u. elektrische Muster
korrelieren m. best. Bewusstseinszuständen
* Bedeutung der Gamma-Oszillationen
(30-70 Hz, Freeman, Singer)
-  MEG (magnetische Komponente der neuronalen Ionenströme)
* gute Ergänzung, etwas and. Bild der Aktivierung
9
EEG UND BEWUSSTSEIN
ca. 15Hz
ca. 10Hz
ca. 5Hz
ca. 3Hz
EEG-Wellen sind mit verschiedenen
Bewusstseinszuständen korreliert
Alpha W.: entspannte Wachheit
Beta W.: Aufmerksamkeit
Gamma W.: Konzentration, Kognition
Theta W.: Müdigkeit
Delta: Tiefschlaf
Beispiel Meditation: es treten hochamplitudige Wellen mit niedriger
Frequenz (alpha-W.) vor allem über
frontalen Gehirngebieten auf
ES GIBT EINE KORRELATION ZWISCHEN GEHIRN UND (INTENSATIVEN)
BEWUSSTSEIN, ABER DAS GEHIRN IST NUR EINE „NOTWENDIGE“,
ABER KEINE „HINREICHENDE“ BEDINGUNG
NEURONALE GAMMARHYTHMEN
UND „ERKENNEN“
- Viele Elektroden
-  Unterschiedliche
Frequenzen und Amplituden, durch Reiz-Exposition modulierbar (Pfeil
in A)
-  Berechnung der Kohärenz der Wellen mit
Detektion der GammaWellen
-  Exp.: „Grüne Buchstaben zählen“, immer
wenn grün, dann
Gamma; bei schwarzen
B. nicht !
A
B
Q: Engel in: Becker u. Wunderlich
2007
10
MEDIKAMENTE
– UNTERSCHIEDLICHE FREQUENZEN AN VERSCHIEDEN ORTEN Delta
Theta
Alpha-1 Alpha-2 Beta-1
Beta-2 Beta-3
HALOPERIDOL
3 mg
CITALOPRAM
20 mg
LORAZEPAM
2 mg
METHYLPHENIDATE
20 mg
Saletu B, Anderer P, Saletu-Zyhlarz GM. Clin EEG Neurosci. 2006;37:66-80. Copyright © 2006, EEG
and Clinical Neuroscience Society (ECNS).
94
APPARATIVE METHODEN II
.
- CCT = craniale Computertomographie
* typische Standardmethode
- NMR/MRI/MRT = Magnetresonanztomographie
* gut f. Strukturschäden, Auflösung ca. 1mm
* zeitlich nur Sekunden-Bereich
11
Strukturelle Bildgebung
Beruht auf unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften unterschiedlicher
Gewebearten (Knochen, graue vs. weiße Substanz, cerebrospinale Flüssigkeit)
Liefert statisches “Bild” des physikalischen Struktur des Gehirns
VERGLEICH DER AUFLÖSUNG – CT VS. MRT
Computertomographie
(CT):
Magnetresonanztomographie
(MRT):
- basiert auf Prinzipien der
Kernspinresonanz
- erzeugt Schnittbilder des
Körpers
- Vorteile
• Nicht invasiv
• Bessere räumliche
Auflösung
• Bessere Unterscheidung
zwischen weißer und
grauer Substanz
Basiert auf
unterschiedlicher
Absorption von
Röntgenstrahlen in
Geweben unterschiedlicher
Dichte
© Psychology Press
APPARATIVE METHODEN II
SPET/SPECT = Single Photon-/ EinzelphotonenEmissionstomographie (nuklearmedizinisches Verfahren) um
Stoffwechsel- und Blutflussprozesse darzustellen
* Perfusionsstudien, Rezeptorstudien
* Xenon per inhalationem, HWZ im Minutenbereich,
rasche Geräte erforderlich;
* auch sonstige radioaktiv markierte Substanzen auch
Rezeptorliganden (R-Antagonisten) mit hoher R-Affinität
(K <= 10-9 M; s.u.)
* regionale Hirndurchblutung (rCBF) verändert durch
Stimulation (z.B. Rechenaufgaben)
PET = Positronen-Emissions-Tomographie
* Perfusionsstudien (radioakt. H2O, usw.), GlucoseMetabolismus
- Rezeptorliganden
- noch nicht so verbreitet
12
PET-IMAGE
Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie
den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen.
99
13
Q: Goschke 20013: https://tu-dresden.de/mn/psychologie/allgpsy/ressourcen/dateien/lehre/
lehreveranstaltungen/goschke_lehre/ss2013/folder-2013-04-15-9955666685/VL04-BildgebendeVerfahren.pdf?lang=de
Neuroimaging and electrophysiological methods
Brain activation
Metabolism
Regional
cerebral
blood flow
Blood
oxygen
level
Glucose
consumption
(PET, fMRT)
Indirect signals are produced by brain
metabolism and blood flow (glucose and
oxygen for MRI/fMRI), and radioactive
tracers (PET).
Neural Signaling
Electrical
currents
Release of
neurotransmitters
(EEG, MEG, Single cell recording)
Direct brain signals are usually
electromagnetic. (EEG, MEG, single-cell
electrical recording, direct stimulation of
neurons).
Q: Goschke 20013: https://tu-dresden.de/mn/psychologie/allgpsy/ressourcen/dateien/lehre/
lehreveranstaltungen/goschke_lehre/ss2013/folder-2013-04-15-9955666685/VL04-BildgebendeVerfahren.pdf?lang=de
14
Near Infrared Spektroscopy (NIRS)
* cerebrale Aktivität gut messbar, ohne
Nebenwirkungen(leise)
Diffusions-Tensor-Bildgebung (diffusion tensor imaging, DTI)
magnetresonanztomografische Messung der Freiheitsgrade
der Bewegung von Wassermolekülen, die durch zelluläre
Membranstrukturen eingeschränkt, aber entlang der
Nervenfasern größer sind; Moleküle können sich in
myelinisierten Nervenfaserbündeln
entlang der Axone
ungehinderter bewegen als quer zu ihnen.
- „Konnektivitätsanalysen“ + Pfadanalysen
Methoden der Kognitiven Neurowissenschaft
RAUM-ZEITLICHE UNSCHÄRFE – Eines od. das Andere, und wie Beides ?
Methoden der Kognitiven Neurowissenschaft
Temporal
resolution
Temporal
resolution
Spatial
resolution
Spatial
resolution
Invasiveness
Invasiveness
© Psychology Press.
© Psychology Press.
12
12
Adapted from Churchland and Sejnowski (1988).
Adapted from Churchland and Sejnowski (1988).
15
Konnektivitätsanalysen
Ziel:
• zu verstehen, wie Hirnregionen untereinander verbunden sind, miteinander interagieren
und sich wechselseitig beeinflussen
• Modelle der neuronalen Netzwerke zu entwickeln, die kognitiven und affektiven Prozessen
zugrunde liegen
Arten von Konnektivität
• strukturell
• funktionell
• effektiv
KONNEKTIVITÄTSANALYSEN
Von Koaktivationen…
… zu funktionalen Netzwerken
?
Q: Goschke 2016
KONNEKTIVITÄTSANALYSEN
Daten
„Zentren“
Fasern
Konnektivitätskarte
Graphentheoretisches
Modell
A. Fornito et al. / NeuroImage xxx (2012) xxx–xxx
16
Strukturelle Konnektivität
Muster der strukturellen Verbindungen (Faserstränge, synaptische Verbindungen)
STRUKTURELLE
KONNEKTIVITÄT
zwischen Neuronen
/ Neuronenverbänden
in verschiedenen Hirnregionen
Konnektivität des Frontalkortex im
Rattengehirn
George, O., & Koob, G. F. (2010). Neurosci Biobehav Rev, 35(2),
232-247.
Graphmodell der Konnektivität der
Amygdala
Nach Young et al. (1994). Rev. Neurosc.
Pessoa, L. (2008). Nature Reviews Neuroscience, 9, 148-158.
Q: Goschke 2016:
Ein Beispiel:
Aufgabenabhängige
Modulation
der funktionellen
Konnektivität
DIFFERENTIELLE
FUNKTIONELLE
KONNEKTIVITÄT
des Präfrontalkortex
Kongruente
Bedingung
WIEVIEL WORTE
SEHEN SIE?
Zahlen-Stroop-Aufgabe
DREI
DREI
DREI
Inkongruente
Bedingung
(Interferenz)
VIER
VIER
VIER
Zheng & Rajapakse, 2006
17
Deep Brain Stimulation
* implantierte feine Elektroden bei M. Parkinson,
Depression, Sucht (vgl. J. Delgado 1960er Jahre)
* ersetzt den pathologischen Rhythmus der Basal
Ganglien (BG) durch tonisches, hochfrequentes (HF)
Feuern der Neurone.
HIRNSTIMULATION I
Magnetstimulation
* starke pulsierende Magnetfelder über Magnetspule
durch den Schädel hindurch (»transkraniell«)
* als Therapie bei Depression
- Gleichstrom-Applikation (20 min ca. 1 mA) über
Schädelelektroden (transcranial direct current stimulation ;
tDCS):
* Anodenstrom fördert lokale Knoten der
Informationsverarbeitung, bestimmte Präferenzen
bei Entscheidungen.... bis zur Verdoppelung der
Leistung
* hält Stunden an,
* Fehlersignale stärker, daher effektiveres Lernen
18
J Cogn Neurosci. 2008 Aug;20(8):1415-22. doi: 10.1162/jocn.2008.20098.
Noninvasive brain stimulation improves language learning.
Flöel A1, Rösser N, Michka O, Knecht S, Breitenstein C.
Author information
Abstract
Anodal transcranial direct current stimulation (tDCS) is a reliable technique to
improve motor learning. We here wanted to test its potential to enhance associative
verbal learning, a skill crucial for both acquiring new languages in healthy
individuals and for language reacquisition after stroke-induced aphasia. We applied
tDCS (20 min, 1 mA) over the posterior part of the left peri-sylvian area of 19 young
right-handed individuals while subjects acquired a miniature lexicon of 30 novel
object names. Every subject participated in one session of anodal tDCS, one
session of cathodal tDCS, and one sham session in a randomized and doubleblinded design with three parallel versions of the miniature lexicon. Outcome
measures were learning speed and learning success at the end of each session,
and the transfer to the subjects' native language after the respective stimulation.
With anodal stimulation, subjects showed faster and better associative learning as
compared to sham stimulation. Mood ratings, reaction times, and response styles
were comparable between stimulation conditions. Our results demonstrate that
anodal tDCS is a promising technique to enhance language learning in healthy
adults and may also have the potential to improve language reacquisition after
110
stroke.
Neuroimage. 2014 Jan 15;85 Pt 3:895-908. doi: 10.1016/j.neuroimage.
2013.07.083. Epub 2013 Aug 8.
Battery powered thought: Enhancement of attention, learning, and memory
in healthy adults using transcranial direct current stimulation.
Coffman BA, Clark VP, Parasuraman R.
Abstract
This article reviews studies demonstrating enhancement with transcranial direct
current stimulation (tDCS) of attention, learning, and memory processes in healthy
adults. Given that these are fundamental cognitive functions, they may also
mediate stimulation effects on other higher-order processes such as decisionmaking and problem solving. Although tDCS research is still young, there have
been a variety of methods used and cognitive processes tested. While these
different methods have resulted in seemingly contradictory results among studies,
many consistent and noteworthy effects of tDCS on attention, learning, and
memory have been reported. The literature suggests that although tDCS as
typically applied may not be as useful for localization of function in the brain as
some other methods of brain stimulation, tDCS may be particularly well-suited for
practical applications involving the enhancement of attention, learning, and
memory, in both healthy subjects and in clinical populations.
19
HIRNSTIMULATION II
- Ähnliche Enhancement-Ergebnisse durch Magnetstimulation
- Relevante Nebenwirkungen nicht bekannt (Epilepsie,
Tumoren???)
-  Forschung bei der US Air Force, auch in Göttingen, Tübingen,
Zürich („Neuro-Ökonomik“, E. Fehr)
- Bereits kommerzielle Angebote für 150 -250 $
Probleme: analog der chemischen Hirnmodulation ?
=> Institute of Medicine in Washington, D.C., held a workshop
in 2015 to explore the role of external brain stimulation in
society.
FORSCHUNG UND PRAXIS
http://www.scientificamerican.com/
article/amping-up-brain-function/
Courtesy of Richard A. McKinley,
USAF
Ca. 150 $
http://thebrainstimulator.net/product/theadvanced-starter-kit-3x3/
113
20
METHODOLOGISCHE RELFEXION
EPISTEMOLOGIE / PHILOSOPHIE DER NEUROWISSENSCHAFT
- „MOSAIK“ DER EMPIRISCHEN METHODEN (comp. Craver)
Was ist ein Elefant? Sechs blinde Experten - Methode bestimmt das Konzept....
Ohr /
Blatt
Zahn / Rüssel/
Schwert Schlange
Source:
Voit 2012
Systems Biology
21
Produktion wissenschaftlichen Wissens :
• Zyklieren zwischen empirischen Daten und Theorie und
•  zwischen qualitativer und quantitativer Forschung
(comp. Systems Biology)
EXPLORATORISCHES
MODELLIEREN!
qualitative
THEORY
quantitative
qualitative
EMPIRICAL
RESEARCH
quantitative
Für das „Verstehen“ eines Phänomens braucht man „Theorie“…
„Nichts ist praktischer als eine gute Theorie…(K.Lewin)
DISSEKTION ALS METHODE UND „VERSTEHEN“?
Organismus
Organe
Rekonstruktion
Gewebe
Zellen
Moleküle
Wissensbasis
22
Drei „spikende“ Neurone sind ein komplexes Prozess-­‐System... (vgl. Wolfgang Maass, TU Graz) Legende: Grün = Drenditen, blau = erregende S., rot = hemmende Syn., weiss = Spikes SYSTEM KOMPLEXITÄT
Makroanatomische
Komplexität:
Konnektivität im Gehirn 64 Areale mit 1.134
(reziproken) Konnektionen
(Edelmann & Tononi 2000).
DATEN KOMPLEXITÄT
5760 spots
Molekular biologische
Komplexität: Genexpression
(Gebicke-Haerter 2008)
286 spots
23
KOMPLEXITÄT
– mögliche on-off Muster eines Netzwerks –
Konstellationen
2^9=512
2^16 = 65536
2^25 = 33.554.432
25.06.14 WISSENSCHAFT ALS STRATEGIE ORDNUNG ZU ENTDECKEN von der komplexen Natur zum geordneten Bild From: Ursus Wehrli „KUNST AUFRÄUMEN“
24
DEFINITIONEN - Was ist ein System ?
Kopplungen – Definitionen und Typen von Modulen
Struktur =
- Eine Menge von Relationen
-  Typ der Konnektivität
-  Typ der Module ?
A c tiv ity
A
B
ESCALATOR
t im e
A c tiv ity
ACT - IN H
B
WIE OPERIERT DAS
„BELOHNUNGSSYSTEM“?
- D2 Rezeptoren auf GABA-Neuronen ?
ACT - ACT
I
A
Ventral
Tegmentum
Nucleus
Accumbens
II
A
B
t im e
Dopamine
Neurones
OSC ILLATOR
III
A c tiv ity
INH - INH
A
B
a) A > B
b) A < B
GABANeurones
t im e
POLAR ISATOR
122
GEHIRN ALS INTEGRATIONSORGAN
IM ORGANISMUS
123
25
DER ORGANISMUS UND DIE „ORGAN MEDIZIN“ -­‐ Systemmedizin kann helfen ? -­‐ HIRN
HIRN
Dissektion
LUNGE
LUNGE
HERZ
HERZ
LEBER
BAUCH
Integration ?
LEBER
BAUCH
124
STRESS-PATHOLOGIE:
UNIVERSELLE RELEVANZ DES GEHIRNS ALS FOKUS
Control loops
- Was sind die regulativen Prinzipien ?
PHYSIOLOGIE
PSYCHOLOGIE
Amygdala etc.
signalisieren downstream,
evozieren
noradenerge
Reaktionen und
eine adaptive
down-regulation
des StressReaktions-Systems
mit „Allostasis“
Stressor,
„Angstreiz “ wird
wahrgenommen
und bereits
„präreflexives“
Verarbeiten
evoziert
somatische
Reaktion
PATHOLOGIE
- Depression..Diabetes...
Grafic S: Touma
26
REGULATIVE ORGANE UND ORGANREGULATION
Gehirn u.
Nerven
system
HormonSystem
ImmunSystem
-  Depression
•  von endokrine Störungen gefördert (2x D/DM)
•  von immunsuppressiver Therapie gefördert
-  Antidepressiva fördern u. U: „Diabetes“ / ÜG
Gehirn & Pankreas etc. => ORGANISMUS ALS ORGAN-NETZWERK ?
Wie ist die Dynamik der molekularen Zusammenhänge verstehen ?
Noradrenalin, Acetylcholin
Adrenalin
Gehirn
Insulin, Glukagon
Pankreas
NNM
Cortisol
Blut-Gluk
NNR
GIT
Muskel.-G.
Fett-G.
Ghrelin
Leber
Leptin
Neun Komponenten, 72 mögliche unidirektionale Relationen
=> wie ist Synpose der Dynamik auf molekularer Ebene möglich ? ???
27
BIO-PSYCHO-SOZIALES / „ÖKOLOGISCHES“ STÖRUNGSMODELL
Psychosoziale Faktoren
BEISPIELE
Gehirn
Vegetatives
NS
ImmunSystem
Endokrines
System
Organe
genetische Faktoren
- endokrine
Störungen
fördern
Depression
-  immunsuppressive
Therapie fördert
Depression
-  etc.
pyhsiko-chemisch-biotische
Umweltfaktoren
Physiko-chemisch-biotische
Umweltfaktoren
GEHIRN - MAKROANATOMIE
129
28
GEHIRN UND NERVENSYSTEM
- 
Hirnnerven, periphere Nerven, autonomes NS
MASCHINE ?
„LEBENDES SYSTEM?
Q: 12/03/2012 123RF Limited 2006-2012
ZELLARCHITEKTUR DES GEHIRNS - GEBIETSEINTEILUNG
131
29
GEHIRN UND FUNKTION
Kortex
Präfrontaler Kortex (PFC): Arbeitsgedächtnis, Aufmerksamkeit
Thalamus: Schaltstelle u. Filter für Wahrnehmung
Stammganglien (Striatum): automatisiertes Verhalten
Putamen
Pallidum
Nucleus Caudatus
Limbisches System
Nucleus Accumbens: Lustzustände
Amygdala: Angst und Aggression
Hippocampus: Gedächtnis
anteriores Cingulum: Bewerten
Mittelhirn
Substanzia nigra: Dopamin-Zell-Zentrum
ventrales Tegmentum: Dopamin-Zell-Zentrum
GEHIRN
Scheitellappen
v
Vorderlappen
Frontaler
Kortex
132
Hinterhauptslappen
h
v
h
Schläfenlappen
A
anteriorer
cingulärer
Kortex
K o rt e x
Limbisches
System
v
h
Homunculus
Hirnstamm
Nucleus
accumbens
m
Amygdala
B
s
Dopamin-System
K o rt e x
Striatum
v
Nucleus accumbens
(Limbisches
System)
v
h
Thalamus
C
h
30
GEHIRN – MAKROANATOMISCHE STRUKTUREN
Grosshirn
Nucleus
Caudatus
Putamen
Pallidum
Thalamus
Mittelhirn
Mandelkern
(Amygdala)
Hippokampus
134
GEHIRN – MAKROANATOMISCHE STRUKTUREN
mPFC = medialer
präfrontaler Kortex
AC = anteriores Cingulum
DS = dorsales Striatum
GP = Globus pallidus
Thal = Thalamus
VS = ventrales Striatum
BNST = bed nucleus der
stria terminalis
AMG = Amygdala
Hippo = Hippokampus
OFC = orbitofrontaler
Kortex
31
PRÄFRONTALER
CORTEX:Aufmerksamkeit,
Planen,Arbeitsgedächtnis
ANTERIORES
CINGULUM:
Bewerten
NUCLEUS ACCUMBENS:
Lust, Belohung
5
PFC
5
VORNE
STRIATUM: MotorikProgramme
ACC
9
4
STR
6
HINTEN
OFC
7
ORBITOFRONTALER
CORTEX:
Verhaltens-/
Impulskontrolle
AMYGDALA:
Affektive Bewertung
NAc
Am
Hip
3
8
SN
1
CB
VTA
2
HIPPOCAMPUS:
Gedächtnis
Tretter2011
Neuropsychologie – Auswahl einiger für Sucht wichtiger Hirnregionen
MAKROEBENE - Reizinduzierte kortikale Aktivierung
- v.a. anteriores cingulum (AC) -
y = 50mm
x = -3mm
Grüsser et al. 2004
32
R. Uher et al. 2004
Funktionelle
Kernspinuntersuchungen
Aktivierung des anterioren
Cingulums bei relevanten Reizen
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Heroinabhängige
–cue exposure -
Daglish et al 2001
139
Freed 2007
33