TY  - THES
A1  - Knorr, Susanne
T1  - Pathophysiology of early-onset isolated dystonia in a DYT-TOR1A rat model with trauma-induced dystonia-like movements
T1  - Pathophysiologie der früh beginnenden, isolierten Dystonie in einem DYT-TOR1A Rattenmodell mit Trauma-induzierten Dystonie-ähnlichen Bewegungen
N2  - Early-onset torsion dystonia (DYT-TOR1A, DYT1) is an inherited hyperkinetic movement disorder caused by a mutation of the TOR1A gene encoding the torsinA protein. DYT-TOR1A is characterized as a network disorder of the central nervous system (CNS), including predominantly the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop resulting in a severe generalized dystonic phenotype. The pathophysiology of DYTTOR1A is not fully understood. Molecular levels up to large-scale network levels of the CNS are suggested to be affected in the pathophysiology of DYT-TOR1A. The reduced penetrance of 30% - 40% indicates a gene-environmental interaction, hypothesized as “second hit”. The lack of appropriate and phenotypic DYT-TOR1A animal models encouraged us to verify the “second hit” hypothesis through a unilateral peripheral nerve trauma of the sciatic nerve in a transgenic asymptomatic DYT-TOR1A rat model (∆ETorA), overexpressing the human mutated torsinA protein. In a multiscale approach, this animal model was characterized phenotypically and pathophysiologically. 
Nerve-injured ∆ETorA rats revealed dystonia-like movements (DLM) with a partially generalized phenotype. A physiomarker of human dystonia, describing increased theta oscillation in the globus pallidus internus (GPi), was found in the entopeduncular nucleus (EP), the rodent equivalent to the human GPi, of nerve-injured ∆ETorA rats. Altered oscillation patterns were also observed in the primary motor cortex. Highfrequency stimulation (HFS) of the EP reduced DLM and modulated altered oscillatory activity in the EP and primary motor cortex in nerve-injured ∆ETorA rats. Moreover, the dopaminergic system in ∆ETorA rats demonstrated a significant increased striatal dopamine release and dopamine turnover. Whole transcriptome analysis revealed differentially expressed genes of the circadian clock and the energy metabolism, thereby pointing towards novel, putative pathways in the pathophysiology of DYTTOR1A dystonia. 
In summary, peripheral nerve trauma can trigger DLM in genetically predisposed asymptomatic ΔETorA rats leading to neurobiological alteration in the central motor network on multiple levels and thereby supporting the “second hit” hypothesis. This novel symptomatic DYT-TOR1A rat model, based on a DYT-TOR1A genetic background, may prove as a valuable chance for DYT-TOR1A dystonia, to further investigate the pathomechanism in more detail and to establish new treatment strategies.
N2  - Früh beginnende Torsionsdystonie (DYT-TOR1A, DYT1) ist eine genetisch bedingte hyperkinetische Bewegungsstörung, die aufgrund einer Mutation im TOR1A Gen verursacht wird, welches für das TorsinA-Protein codiert. DYT-TOR1A wird als zentrale Netzwerkstörung bezeichnet und betrifft hauptsächlich die kortiko-striatothalamo-kortikale Funktionsschleife, welches schließlich zu einem schweren generalisierten dystonen Phänotyp führt. Die Pathophysiologie von DYT-TOR1A ist nicht vollständig verstanden, man geht jedoch davon aus, dass Ebenen im Zentralnervensystem von molekularer Basis bis hin zu ganzen Netzwerken betroffen sind. Die reduzierte Penetranz von nur 30% bis 40% deutet auf eine Gen-UmweltInteraktion hin, im Sinne einer „2-Treffer-Hypothese“. Auch das Fehlen eines adäquaten DYT-TOR1A Tiermodelles hat uns dazu veranlasst, die „2-TrefferHypothese“ zu verifizieren, indem eine unilaterale periphere Quetschläsion des Nervus ischiadicus in einem transgenen, asymptomatischen DYT-TOR1A Rattenmodell (∆ETorA) durchgeführt wurde, welches das humane mutierte TorsinA-Protein überexprimiert. Das Tiermodell wurde phänotypisch und pathophysiologisch auf verschiedenen Analysenebenen charakterisiert.  
∆ETorA Ratten mit Quetschläsion entwickelten Dystonie-ähnliche Bewegungen (DLM) mit teilweise generalisiertem Phänotyp. Erhöhte Theta-Oszillationen im Globus pallidus internus (GPi) sind bezeichnend für die humane Dystonie, welche auch im Nucleus entopeduncularis (EP), dem Äquivalent zum humanen GPi, von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion nachgewiesen wurden. Veränderte oszillatorische Muster wurden auch im primären Motorkortex gefunden. Hochfrequenz-Stimulation (HFS) des EP konnte das klinische Erscheinungsbild verbessern und hatte zudem auch einen modulatorischen Effekt auf die veränderte oszillatorische Aktivität des EP und des primären Motorcortex von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion. Auch das veränderte dopaminerge System erwies sich als ein pathologisches Merkmal in ∆ETorA Ratten. Es fand sich eine erhöhte striatale Ausschüttung von Dopamin und ein erhöhter Dopaminumsatz. In der Transkriptomanalyse kamen die zirkadiane Uhr und der Energiemetabolismus als weitere potentielle Signalwege in der Pathophysiologie der DYT-TOR1A Dystonie zum Vorschein. 
Zusammengefasst konnten DLM in genetisch prädisponierten, asymptomatischen ΔETorA Ratten mittels peripheren Nerventraumas ausgelöst werden, welches zu neurobiologischen Veränderungen in verschiedenen Ebenen des zentralen motorischen Netzwerk führte. Somit konnte die „2-Treffer-Hypothese“ bestätigt werden. Dieses neue symptomatische DYT-TOR1A Rattenmodell, fundiert auf der genetischen Grundlage von DYT-TOR1A, kann sich als wertvolle Möglichkeit für die DYT-TOR1A Dystonie erweisen, um Pathomechanismen genauer zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.
KW  - Dystonie
KW  - Trauma
KW  - Ratte
KW  - Zentralnervensystem
KW  - DYT-TOR1A
KW  - early-onset isolated dystonia
KW  - gene-environmental interaction
KW  - peripheral nerve trauma
KW  - striatum
KW  - dopamine
KW  - deep brain stimulation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206096
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lyutova, Radostina
T1  - Functional dissection of recurrent feedback signaling within the mushroom body network of the Drosophila larva
T1  - Funktionelle Analyse einer Rückkopplungsschleife innerhalb der Pilzkörper von Drosophila Larven
N2  - Behavioral adaptation to environmental changes is crucial for animals’ survival. The prediction of the outcome of one owns action, like finding reward or avoiding punishment, requires recollection of past experiences and comparison with current situation, and adjustment of behavioral responses. The process of memory acquisition is called learning, and the Drosophila larva came up to be an excellent model organism for studying the neural mechanisms of memory formation. In Drosophila, associative memories are formed, stored and expressed in the mushroom bodies. In the last years, great progress has been made in uncovering the anatomical architecture of these brain structures, however there is still a lack of knowledge about the functional connectivity. 
Dopamine plays essential roles in learning processes, as dopaminergic neurons mediate information about the presence of rewarding and punishing stimuli to the mushroom bodies. In the following work, the function of a newly identified anatomical connection from the mushroom bodies to rewarding dopaminergic neurons was dissected. A recurrent feedback signaling within the neuronal network was analyzed by simultaneous genetic manipulation of the mushroom body Kenyon cells and dopaminergic neurons from the primary protocerebral anterior (pPAM) cluster, and learning assays were performed in order to unravel the impact of the Kenyon cells-to-pPAM neurons feedback loop on larval memory formation. 
In a substitution learning assay, simultaneous odor exposure paired with optogenetic activation of Kenyon cells in fruit fly larvae in absence of a rewarding stimulus resulted in formation of an appetitive memory, whereas no learning behavior was observed when pPAM neurons were ablated in addition to the KC activation. I argue that the activation of Kenyon cells may induce an internal signal that mimics reward exposure by feedback activation of the rewarding dopaminergic neurons. My data further suggests that the Kenyon cells-to-pPAM communication relies on peptidergic signaling via short neuropeptide F and underlies memory stabilization.
N2  - Eine Anpassung des eigenen Verhaltens an Veränderungen der Umwelt ist unerlässlich für das Überleben der Tiere. Vorhersage über die Konsequenzen der eigenen Handlungen, z.B. belohnt oder bestraft zu werden, erfordert den Vergleich von gemachten Erfahrungen und der aktuellen Situation. Eine solche Vorhersage kann zu einer Verhaltensanpassung führen. Der Prozess der Gedächtnisbildung ist auch bekannt als Lernen. Als hervorragender Modellorganismus zum Erforschen der Lernverhaltensmechanismen hat sich die Drosophila Larve etabliert. In Drosophila werden olfaktorische Gedächtnisse in einer bilateralen Struktur des Protozerebrums gespeichert, den Pilzkörpern. In den letzten Jahren sind erhebliche Fortschritte in der Beschreibung der anatomischen Strukturen der Pilzkörper gemacht worden. Allerdings ist die funktionelle Konnektivität dieser Gehirnstrukturen noch unzureichend verstanden.    
Dopamin spielt eine essentielle Rolle in Lernprozessen. Dopaminerge Neurone vermitteln Informationen über das Vorliegen belohnender oder bestrafender Stimuli. Die Funktion einer vor kurzem beschriebenen anatomischen Verbindung von den Pilzkörpern zu belohnenden dopaminergen pPAM Neuronen wurde in der folgenden Arbeit untersucht, und der rückläufige Signalweg innerhalb des neuronalen Netzwerks wurde mittels simultaner genetischer Manipulation der Pilzkörperneurone, die sog. Kenyon Zellen, und der pPAM Neuronen analysiert. Der Einfluss der Rückkopplungsschleife zwischen Kenyon Zellen und pPAM Neuronen auf das larvale Verhalten wurde durch verschiedene Verhaltensexperimente getestet.
In dieser Arbeit wurden Drosophila Larven darauf trainiert, einen Duft mit optogenetischer Aktivierung der Pilzkörper Neurone zu assoziieren. Dabei konnte die Ausbildung eines positiven Gedächtnisses in Abwesenheit einer physischen Belohnung beobachtet werden. Wurden aber zusätzlich die dopaminergen Neurone des pPAM Clusters ablatiert, so zeigten die Larven keine Expression des Gedächtnisses mehr. Meine Daten zeigten, dass die Aktivierung der Kenyon Zellen in einer Aktivierung der dopaminergen Neurone über der Rückkopplungsschleife resultiert, und dementsprechend einen internen Belohnungssignalweg einleitet. Dadurch wird das Vorhandensein einer „echten“ Belohnung nachgeahmt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Rückkopplung von den Kenyon Zellen zu den pPAM Neurone von peptiderger Natur ist. Die Kenyon Zellen exprimieren das Neuropeptid short neuropeptide F, das an Rezeptoren in den pPAM Neurone bindet und das Lernverhalten beeinflusst. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der Rückkopplungsschleife eine Auswirkung auf die Stabilität des positiven Gedächtnisses in Richtung nachhaltiger Erinnerungen hat.
KW  - Lernen
KW  - Lernverhalten
KW  - Gedächtnis
KW  - Dopamin
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - memory
KW  - Drosophila
KW  - dopamine
KW  - short neuropeptide F
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187281
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TY  - THES
A1  - Gmeiner, Florian
T1  - Der Einfluss der Neurotransmitter Dopamin, Serotonin und GABA sowie ihrer Transporter auf das Schlafverhalten von Drosophila melanogaster
T1  - The influence of the neurotransmitters dopamine, serotonin and GABA as well as its transporters on the sleep behaviour of drosophila melanogaster
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Dopamin, Serotonin und GABA auf das Schlafverhalten von Drosophila melanogaster genauer untersucht. Mit Hilfe von Mutanten in Wiederaufnahmetransportern für Dopamin und Serotonin konnte gezeigt werden, dass Dopamin und Serotonin entgegengesetzte Wirkungen auf die Schlafmenge der Fliegen haben. Dopamin hat eine schlafhemmende, Serotonin eine schlaffördernde Wirkung. Die Nutzung eines neuronal dopamindefizienten Fliegenstammes erweitert diese Erkenntnisse. Die Nutzung von RNAi zur Hinunterregulierung der Rezeptoren für Dopamin brachte keine weiteren Erkenntnisse, da sie zu keinem messbaren Effekt führen. Jedoch ergab eine parallel dazu durchgeführte Hinunterregulierung des GABABR2 Rezeptors, dass dieser maßgeblich für die Aufrechterhaltung des Schlafes in der zweiten Hälfte der Nacht verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, dass für diese Aufgabe vor allem ihre Expression in den l-LNv Neuronen relevant ist. Dabei ist für die GABABR2 Rezeptoren kein Effekt, für Dopamin und Serotonin nur in geringen Ausmaß ein Effekt auf die Innere Uhr in Form von gering veränderter Periode zu beobachten. 
Durch eine Kombination der Transportermutanten für Dopamin und Serotonin mit dem intakten, als auch mutierten WHITE Transporter zeigte sich eine interessante Interaktion dieser drei Transporter bei der Regulation der Gesamtschlafmenge, wobei die white Mutation zu einer Reduzierung der Gesamtschlafmenge führt. UPLC Messungen der Stämme ergaben, dass der Effekt von white vermutlich auf dessen Einfluss auf den beta-Alanyldopamingehalt der Fliegen basiert. beta-Alanyldopamin wird bei dem Transport von Dopamin über die Gliazellen durch das Enzym EBONY gebildet, dessen Mutation in der Kombination mit intaktem WHITE und mutiertem Dopamintransporter zu einer drastischen Reduktion des Schlafes während der Nacht führt. Im Rahmen der Untersuchung konnte zudem gezeigt werden, dass entgegen des bisherigen Wissens aus Zellkulturstudien in Drosophila melanogaster kein beta-Alanylserotonin gebildet wird. Möglicherweise wird nur Dopamin, nicht jedoch Serotonin über die Gliazellen recycelt. Dies ist ein interessanter Unterschied, der sowohl eine zeitliche, als auch lokale Feinregulation der Gegenspieler Dopamin und Serotonin ermöglicht. 
Die Untersuchung der Dimerpartner BROWN und SCARLET zeigte, dass lediglich BROWN zu einer Reduktion des Schlafes führt. Ein Effekt, der auch in einer Fliegenlinie mit spontaner white Mutation beobachtet werden konnte. Die genaue Funktion dieses Heterodimertransporters und seine neuronale Lokalisation wurden im Rahmen dieser Arbeit noch nicht geklärt. Dennoch liegt eine Funktion als Dopamin- oder beta-Alanyldopamintransporter in Gliazellen auf Grund der ermittelten Ergebnisse nahe. 
Zusätzlich konnte zum ersten Mal in Drosophila melanogaster eine Funktion der Amintransporter bei der Anpassung der Inneren Uhr an extreme kurze bzw. lange Photoperioden gezeigt werden. 
Eine anatomische Lokalisierung des WHITE Transporters im Gehirn von Drosophila melanogaster, die weitere Charakterisierung der Rolle des WHITE/BROWN Dimers und die Zuordnung bestimmter dopaminerger und serotonerger Neurone bei der Modulation der Aktivitätsmaxima stellen spannende Fragen für zukünftige Arbeiten dar.
N2  - The main focus in the present work, was the observation of the influence of dopamine, serotonin and GABA on the sleep behaviour of Drosophila melanogaster. By utilizing mutants for the dopamine transporter as well as the serotonin transporter, it was possible to show, that dopamine and serotonin have opposing effects on the total sleep amount of flies. Dopamine has a sleep inhibiting, serotonin a sleep promoting function. A neuronal dopamine deficient stock complemented those findings. Usage of RNAi to downregulate dopamine receptors did not enhance the information, since no measurable effect could be detected. But in parallel performed experiments with RNAi mediated knockdown of GABABR2 receptors could show its role in the maintenance of sleep during the second half of the night. I could show that especially the expression in the l-LNv is needed for that. In case of the GABABR2 receptors no effect on the period was observed, for dopamine and serotonin only a minor effect on the clock in form of a mild period change accompanied those drastic sleep phenotypes.
Combining the amine transporter mutants with functional as well as mutated white led to some interesting observations regarding the interaction of those transporters in regulating total sleep, in which white reduces the total sleep amount. Following up those experiments with UPLC measurements, it was shown that presumably WHITE causes its effect due to its relevance for the amount of beta-alanyldopamine in adult flies. When dopamine is transported into the glia cells, beta-alanyldopamine is synthesized by the enzyme EBONY. The ebony mutant revealed a drastic sleep phenotype when combined with an intact WHITE transporter and a mutated dopamine transporter. This leads to a dramatic decrease of sleep during the night phase. When doing the UPLC measurements it was furthermore revealed, that unexpectedly regarding the knowledge from cell culture experiments, beta-alanylserotonin cannot be detected. Presumably, only dopamine, but not serotonin is recycled by the glia cells. This interesting difference gives space for a temporal as well as for a local fine regulation of the dopamine and serotonin signals.
Investigating the dimer partners of WHITE, BROWN and SCARLET, I found that BROWN just as a spontaneous white mutation that I observed, led to a decrease of total sleep. The function of this heterodimer and its neuronal localisation in the brain remains unknown. Regarding the data presented in this work, it is likely that this dimer transports either dopamine or beta-alanyldopamine in glia cells. Furthermore, I could observe that dopamine and serotonin change the ability of the circadian clock to adapt to different photoperiods, a so far unstudied phenotype.
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An anatomical approach to localize the WHITE transporter in the brain of Drosophila melanogaster and a further characterization of the function of the WHITE/BROWN dimer, with regard to sleep and eventually the mapping of serotonergic and dopaminergic neurons, which modulate the activity peak responses, are questions for future work.
KW  - Taufliege
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Schlaf
KW  - Dopamin
KW  - Serotonin
KW  - GABA
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - sleep
KW  - dopamine
KW  - serotonin
KW  - GABA
KW  - Schlaf
KW  - Dopamin
KW  - Serotonin
KW  - Aminobuttersäure <gamma->
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-99152
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TY  - THES
A1  - Gschwendtner, Kathrin M.
T1  - Von den Genen zum Verhalten: Der Einfluss des COMT Val158Met Polymorphismus auf visuell-räumliche Aufmerksamkeitslenkung bei emotionalen Verarbeitungsprozessen
T1  - From Genes to Behavior: The Impact of the COMT Val158Met Polymorphism on visual-spatial Attention Control in Emotional Processing
N2  - Der Catechol-O-Methyltransferase (COMT) Val158Met Polymorphismus (rs4680) ist am Abbau von Dopamin und Noradrenalin im menschlichen Gehirn beteiligt. In bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass das Met-Allel mit einer erhöhten Reaktivität auf negative Stimuli assoziiert ist. Auf Basis der Tonischen/ Phasischen Dopaminhypothese wird postuliert, dass diese erhöhte Reaktivität auf negative Reize durch defizitäre Disengagementprozesse verursacht sein könnte. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, diese theoretische Annahme mithilfe von Blickbewegungsmessungen zu überprüfen und zu untersuchen, ob die erhöhte Reaktivität sich auch in verlängerten Disengagementlatenzen von negativen Reizen widerspiegelt. Es wurden dafür drei Studien durchgeführt, in denen eine adaptierte Version der emotionalen Antisakkadenaufgabe in Verbindung mit einer Blickbewegungsmessung eingesetzt wurde. In der zweiten Studie wurde zusätzlich eine EEG-Messung durchgeführt. Außerdem wurde in der dritten Studie die Aufmerksamkeitslokation manipuliert. In der ersten und zweiten Studie zeigte sich nicht wie erwartet ein linearer Effekt in Relation zum COMT Val158Met Polymorphismus, sondern ein Heterosiseffekt. Dieser Effekt zeigte sich nur in der einfacheren Prosakkadenbedingung. In der ersten Studie wurde der Heterosiseffekt bei negativen Reizen gefunden, wohingegen in der zweiten Studie der Heterosiseffekt nur in einer EEG- Komponente, der Early Posterior Negativity (EPN), aber sowohl bei positiven als auch negativen Reizen gefunden wurde. In der dritten Studie zeigte sich kein Genotypeffekt. Es wird vermutet, dass der COMT Effekt in der emotionalen Verarbeitung aufgabenspezifisch sein könnte und daher, neben linearen Zusammenhängen, unter bestimmten Umständen auch ein Heterosiseffekt auftreten kann. Die Ergebnisse sollten nicht auf eine männliche Stichprobe generalisiert werden, da in allen Studien lediglich weibliche Versuchspersonen teilnahmen.
N2  - The catechol-O-methyltransferase (COMT) Val158Met polymorphism (rs4680) moderates dopamine and norepinephrine degradation in the prefrontal cortex. It has been shown that the Met-Allele is associated with an increased reactivity to negative stimuli. With regard to the tonic-phasic dopamine model it is hypothesized that this increased reactivity to negative stimuli derives from deficient disengagement from negative stimuli. The aim of this work was therefore to investigate whether this increased reactivity is reflected in prolonged disengagement from negative pictures. Three studies were conducted, in which an adapted version of the emotional antisaccade task in combination with Eye Tracking was used. This paradigm allows for varying task difficulty. In the second study additionally an EEG measurement was recorded. Furthermore, in the third study the location of the attention was manipulated. Unexpectedly, in the first and second study we did not find a linear effect in relation to the COMT polymorphism, but a heterosis effect. This effect was found only in the simpler Prosaccade condition. In the first study the heterosis effect was found for negative stimuli, whereas in the second study the heterosis effect was found for positive as well as negative stimuli in one EEG component, the Early Posterior Negativity (EPN). The third study yielded no Genotype effect. It is suggested that the COMT effect on emotional processing is task-specific and therefore besides linear effects a heterosis effect might also occur under certain circumstances. In all three studies, only female subjects participated. Therefore the results should not be generalized to a male sample.
KW  - Dopaminstoffwechsel
KW  - Polymorphismus
KW  - Elektroencephalographie
KW  - Blickbewegung
KW  - Noradrenalinstoffwechsel
KW  - Emotionsverarbeitung
KW  - emotional processing
KW  - attention
KW  - eyetracking
KW  - EEG
KW  - dopamine
KW  - Aufmerksamkeit
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83278
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TY  - THES
A1  - Heinzel, Sebastian
T1  - Multimodal neuroimaging of prefrontal cortex (dys)function: EEG, fNIRS, fNIRS-fMRI and Imaging Genetics approaches
T1  - Multimodale funktionelle Bildgebung von (Dys)funktionen des präfrontalen Kortex: EEG, fNIRS, fNIRS-fMRT und Imaging Genetics Ansätze
N2  - The present cumulative dissertation comprises three neuroimaging studies using different techniques, functional tasks and experimental variables of diverse nature to investigate human prefrontal cortex (PFC) (dys)function as well as methodological aspects of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). (1) Both dopamine (DA) availability (“inverted U-model”) and excitatory versus inhibitory DA receptor stimulation (“dual-state theory”) have been linked to PFC processing and cognitive control function. Electroencephalography (EEG) was recorded during a Go/NoGo response inhibition task in 114 healthy controls and 181 adult patients with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). As a neural measure of prefrontal cognitive response control the anteriorization of the P300 centroid in NoGo- relative to Go-trials (NoGo anteriorization, NGA) was investigated for the impact of genetic polymorphisms modulating catechol-O-methyltransferase efficiency (COMT, Val158Met) in degrading prefrontal DA and inhibitory DA receptor D4 sensitivity (DRD4, 48bp VNTR). Single genes and ADHD diagnosis showed no significant impact on the NGA or behavioral measures. However, a significant COMT×DRD4 interaction was revealed as subjects with relatively increased D4-receptor function (DRD4: no 7R-alleles) displayed an “inverted U”-relationship between the NGA and increasing COMT-dependent DA levels, whereas subjects with decreased D4-sensitivity (7R) showed a U-relationship. This interaction was supported by 7R-allele dose-effects and also reflected by an impact on task behavior, i.e. intraindividual reaction time variability. Combining previous theories of PFC DA function, neural stability at intermediate DA levels may be accompanied by the risk of overly decreased neural flexibility if inhibitory DA receptor function is additionally decreased. The findings of COMT×DRD4 epistasis might help to disentangle the genetic basis of dopaminergic mechanisms underlying prefrontal (dys)function. (2) While progressive neurocognitive impairments are associated with aging and Alzheimer's disease (AD), cortical reorganization might delay difficulties in effortful word retrieval, which is one of the earliest cognitive signs of AD. Therefore, cortical hemodynamic responses were measured with fNIRS during phonological and semantic verbal fluency, and investigated in 325 non-demented, healthy subjects (age: 51-82 years). The predictive value of age, sex, verbal fluency performance and years of education for the cortical hemodynamics was assessed using multiple regression analyses. Age predicted bilaterally reduced inferior frontal junction (IFJ) and increased middle frontal and supramarginal gyri activity in both task conditions. Years of education as well as sex (IFJ activation in females > males) partly predicted opposite effects on activation compared to age, while task performance was not a significant predictor. All predictors showed small effect sizes (-.24 < β < .22). Middle frontal and supramarginal gyri activity may compensate for an aging-related decrease in IFJ recruitment during verbal fluency. The findings of aging-related (compensatory) cortical reorganization of verbal fluency processing might, in combination with other (risk) factors and using longitudinal observations, help to identify neurodegenerative processes of Alzheimer's disease, while individuals are still cognitively healthy. (3) Individual anatomical or systemic physiological sources of variance may hamper the interpretation of fNIRS signals as neural correlates of cortical functions and their association with individual personality traits. Using simultaneous fNIRS and functional magnetic resonance imaging (fMRI) of hemodynamic responses elicited by an intertemporal choice task in 20 healthy subjects, variability in crossmodal correlations and divergence in associations of the activation with trait "sensitivity to reward" (SR) was investigated. Moreover, an impact of interindividual anatomy and scalp fMRI signal fluctuations on fNIRS signals and activation-trait associations was studied. Both methods consistently detected activation within right inferior/middle frontal gyrus, while fNIRS-fMRI correlations showed wide variability between subjects. Up to 41% of fNIRS channel activation variance was explained by gray matter volume (simulated to be) traversed by near-infrared light, and up to 20% by scalp-cortex distance. Extracranial fMRI and fNIRS time series showed significant temporal correlations at the temple. Trait SR was negatively correlated with fMRI but not fNIRS activation elicited by immediate rewards of choice within right inferior/middle frontal gyrus. Higher trait SR increased the correlation between extracranial fMRI signal fluctuations and fNIRS signals, suggesting that task-evoked systemic arousal-effects might be trait-dependent. Task-related fNIRS signals might be impacted by regionally and individually weighted sources of anatomical and systemic physiological error variance. Traitactivation correlations might be affected or biased by systemic physiological arousal-effects, which should be accounted for in future fNIRS studies of interindividual differences.
N2  - Die vorliegende kumulative Dissertation umfasst drei funktionelle Bildgebungsstudien, welche mit unterschiedlichen methodischen Verfahren, Versuchsaufgaben und experimentellen Variablen Hirnfunktionen des präfrontalen Kortex sowie methodische Aspekte der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) untersuchten. (1) Sowohl die präfrontale Dopamin (DA)-Verfügbarkeit (“inverted U-model”) als auch das Verhältnis der Stimulation von exzitatorischen und inhibitorischen DA- Rezeptoren (“dual-state theory”) wurde mit präfrontaler Verarbeitung und Funktionen wie kognitiver Kontrolle in Verbindung gebracht. Während der Bearbeitung einer Aufgabe zur motorischen Antworthemmung wurden die elektrischen Hirnsignale mittels Elektroenzephalographie (EEG) bei 114 gesunden Probanden und 181 adulten Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung abgeleitet. Als neuronales Maß der präfrontalen kognitiven Antwortkontrolle wurde die Anteriorisierung der P300-Zentroide während NoGo- relativ zu Go-Aufgabenbedingungen verwendet (NoGo-Anteriorisierung, NGA). Die NGA wurde hinsichtlich eines Einflusses von genetischen Polymorphismen untersucht, welche den DA Abbau durch die Katechol-O-Methyltransferase (COMT, Val158Met) bzw. die DA D4-Rezeptorsensitivität (DRD4, 48 bp VNTR) modulieren. Während die NGA weder Gen-Haupteffekte noch Unterschiede zwischen Gesunden und Patienten zeigte, war eine signifikante epistatische COMT×DRD4 Interaktion zu beobachten. Personen mit relativ gesteigerter D4-Rezeptorsensitivität (kein 7R-Allel) zeigten einen umgekehrten U-Zusammenhang zwischen der NGA und steigender COMT-abhängiger DA-Verfügbarkeit, wohingegen Personen mit relativ verringerter D4-Rezeptorsensitivität (7R-Allel) einen U-Zusammenhang zeigten. Diese Gen-Gen Interaktion zeigte DRD4 7R-Alleldosis-Effekte und spiegelte sich auch behavioral in der intraindividuellen Go-Reaktionszeitvariabilität wider. Neuronale Stabilität bei mittlerer DA-Verfügbarkeit könnte mit einem erhöhen Risiko verringerter Flexibilität einhergehen, wenn zusätzlich die inhibitorische DA D4-Rezeptorfunktion eingeschränkt ist. Über die gezeigte Interaktion genetischer Einflussvariablen vereinigen die Ergebnisse bestehende Theorien zur DA-Verfügbarkeit bzw. dem Verhältnis DA-abhängiger neuronaler Erregung und Hemmung mit Einfluss auf präfrontale kognitive Kontrolle. (2) Alterungsprozesse und die Alzheimer-Demenz sind mit Beeinträchtigungen neurokognitiver Funktionen verbunden, wobei eine verringerte Wortflüssigkeit zu den frühesten Symptomen der Alzheimer-Demenz gehört. Kompensatorische Prozesse, welche diesen Symptomen (zunächst) entgegenwirken, können sich in einer Reorganisation kortikaler Verarbeitung zeigen. Zur Untersuchung dieser Prozesse wurden kortikale hämodynamische Antworten während der phonologischen und semantischen Wortflüssigkeit wurden bei 325 nicht-dementen gesunden Personen (Alter: 51-82 Jahre) mittels fNIRS untersucht. Der prädiktive Wert von Alter, Geschlecht, Wortflüssigkeitsleistung und der Ausbildungsjahre der Versuchspersonen bezüglicher der kortikalen hämodynamischen Antworten wurde mittels multipler Regression untersucht. Das Alter war ein signifikanter Prädiktor reduzierter bilateraler Aktivität im Übergangsbereich vom inferior frontalen Gyrus zum temporalen Pol (IFT) und gesteigerter bilateraler Aktivität im mittleren frontalen und supramarginalen Gyrus. Die Ausbildungsjahre und das Geschlecht (IFT-Aktivität bei Frauen höher als bei Männern) zeigten teilweise dem Alter entgegengesetzte Effekte, während die Wortflüssigkeitsleistung keinen signifikanten Einfluss hatte. Alle Prädiktoren zeigten nur kleine Effektstärken (-.24 < β < .22). Die gesteigerte Aktivität im mittleren frontalen und supramarginalen Gyrus könnte einen Kompensationsprozess für gesenkte IFT Aktivität mit steigendem Altern darstellen. Diese Belege einer (kompensatorischen) kortikalen Reorganisation der Verarbeitung von Wortflüssigkeit könnten, in Kombination mit weiteren (Risiko-)Faktoren und im Rahmen longitudinaler Untersuchungen, dazu beitragen neurodegenerative Prozesse einer Alzheimer-Demenz zu erkennen, bevor erste kognitive Symptome erkennbar sind. (3) Einflüsse individueller Anatomie und systemischer physiologischer Artefakte können die Validität der Interpretation von fNIRS Signalen als Korrelate kortikaler Hirnaktivität und Korrelationen dieser Aktivität mit individuellen (Persönlichkeits-)Maßen einschränken. Zur Untersuchung dieser Problematik wurde eine simultane Messung hämodynamischer Antworten mit fNIRS und funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) bei 20 gesunden Versuchspersonen durchgeführt, während eine Entscheidungsaufgabe zwischen Geldbeträgen unterschiedlicher Höhe und Aushändigungszeitpunkte durchgeführt wurde. Beide Methoden zeigten konsistente Aktivierung im rechten inferioren/mittleren frontalen Gyrus. Korrelationen der fNIRS mit den fMRT Zeitreihen zeigten jedoch eine hohe Variabilität zwischen den Versuchspersonen. Bis zu 41% der Varianz der fNIRS-Aktivität wurde durch das simulierte individuelle Volumen der von fNIRS erfassten grauen Hirnsubstanz eines Messkanals, und bis zu 20% durch den Abstand zwischen Kopfoberfläche und Kortex, aufgeklärt. Die fMRT-Zeitreihen in der Haut zeigten zudem signifikante Korrelationen mit dem fNIRS-Signal in der Schläfenregion. Während fMRT eine signifikante negative Korrelation der inferioren/mittleren frontalen Gyrus-Aktivität mit dem Persönlichkeitsmerkmal "Belohnungssensitivität" zeigte, war die Korrelation bei fNIRS nicht signifikant. Eine erhöhte Belohnungssensitivität erhöhte zudem die Korrelation zwischen fNIRS und fMRT in der Haut, welches auf eine durch Erregung erhöhte systemisch-physiologische Reaktion in Abhängigkeit des Persönlichkeitsmerkales hindeuten könnte. Die mit fNIRS aufgezeichneten hämodynamischen Antworten unterliegen regionaler und individuell-gewichteter anatomischer und systemisch-physiologischer Fehlervarianz und zukünftige fNIRS-Studien zu interindividuellen Unterschieden sollten diesen Umstand berücksichtigen.
KW  - Präfrontaler Kortex
KW  - Dopamin
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - Funktionelle Bildgebung
KW  - Kognitive Kontrolle
KW  - Genomische Bildgebung
KW  - Prefrontal cortex
KW  - functional neuroimaging
KW  - cognitive control
KW  - dopamine
KW  - imaging genetics
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-75710
N1  - Die gedruckte Ausgabe dieser kumulativen Dissertation enthält die verwendeten Artikel im Volltext.
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TY  - THES
A1  - Eujen, Andrea
T1  - Serotonerge Gene und NOS1 als Risikofaktoren für gewalttätiges Verhalten
T1  - Serotonergic Genes and NOS1 influence aggressive behaviour
N2  - Persönlichkeit im Allgemeinen wird, neben Umwelteinflüssen, durch genetische Komponenten beeinflusst. Bisher konnten jedoch nur wenige funktionelle Genvarianten mit Verhaltenszügen assoziiert werden. Aggressives Verhalten als spezifisches Verhaltensmuster wird durch eine Reihe von Genvariationen beeinflusst, die in serotonerge, dopaminerge und nitrinerge Regelkreise eingreifen. Neben der genetischen Komponente prädisponieren aber hier ganz erheblich auch äußere Faktoren in der Umwelt, wie z.B. das soziale Umfeld, in dem Kinder und Jugendliche aufwachsen, für die Entwicklung von gewalttätigem Verhalten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen möglichen Einfluss von vier verschiedenen funktionellen Gen-Polymorphismen (MAOA-uVNTR, DAT-uVNTR, NOS1 Ex1f-uVNTR und NOS1 Ex1c-SNP) auf Gewalttätigkeit bzw. Aggressivität zu untersuchen. Außerdem wurden Gen x Umweltinteraktionen im Bezug auf ungünstige soziale Bedingungen in der Kindheit untersucht. Eine aus 184 Männern bestehende Stichprobe von Straffälligen wurde in eine Gruppe von gewalttätigen und eine Gruppe von nicht-gewalttätigen Straftätern unterteilt. Durch die logistische Regressionsanalyse konnte ermittelt werden, dass der MAO-A Genotyp, wie auch ungünstige soziale Bedingungen in der Kindheit, unabhängig voneinander für gewalttätiges Verhalten prädispositionieren. 45% der Gewalttätigen, aber nur 30% der nicht-gewalttätigen Studienteilnehmer sind Träger des niedrig-aktiven kurzen MAO-A Allels. Die neuronale Isoform der Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS-I) wurde, ebenso wie MAO-A, in Tierversuchen mit aggressiven Verhaltensweisen assoziiert. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass es auch einen Zusammenhang zwischen einem funktionellen Promotorpolymorphismus von NOS1 und menschlicher Aggressivität gibt. Im Gegensatz zu MAOA und NOS1 beeinflusst ein funktioneller Polymorphismus im DAT1-Gen Gewalttätigkeit nicht. Diese Ergebnisse legen komplexe Interaktionen zwischen genetischer Variation und Umweltfaktoren nahe und zeigen gleichzeitig, dass aggressives Verhalten nicht durch einfache Vererbungsmodi zu erklären ist.
N2  - Almost all domains of human behaviour show significant albeit varying genetic contribution. Molecular personality genetics explore how given candidate genes might influence behavioural traits. Only a few genetic variants have been associated with aggressive behaviour so far. Aggressive behaviour is thought to be critically modulated by serotonergic, nitrinergic and domapinergic function. Besides genetic aspects also early life experience contributes to behavioural traits. The present study aimed to investigate the contribution of four functional polymorphisms involved in serotonergic neurotransmission (MAOA-uVNTR, DAT-uVNTR, NOS1 Ex1f-uVNTR and NOS1 Ex1c-SNP) to the development of violence and to test for gene x environment interactions relating to adverse childhood environment. A cohort of 184 adult male volunteers referred for forensic assessment participated in the study. Each individual was assigned either to a violent or non-violent group. Logistic regression was performed and the best fitting model, with a predictive power of 74%, revealed independent effects of adverse childhood environment and MAOA genotype. High environmental adversity during childhood was significantly associated with violent behavior. 45% of violent, but only 30% of non-violent individuals carried the low-activity, short MAOA allele. Also the functional polymorphism of the neuronal NO Synthase (NOS1 Ex1fc) was significantly associated with the development of aggressive behaviour, whereas the dopamine transporter gene polymorphism (DAT-uVNTR) does not seem to contribute to aggressive behaviour. These findings indicate complex interactions between genetic variation of the serotonergic circuitry and environmental factors arguing against simplistic, mono-causal explanations of violent behavior.
KW  - Aggression
KW  - Monoaminoxidase
KW  - Gewalttätigkeit
KW  - Dopamin
KW  - neuronale NOS
KW  - serotonerge Gene
KW  - aggression
KW  - monoamine oxidase
KW  - violence
KW  - serotonin
KW  - dopamine
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36479
ER  -