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Serotonin (5-HT) has been implicated in the regulation of emotions as well as in its pathological states, such as anxiety disorders and depression. Mice with targeted deletion of genes encoding various mediators of central serotonergic neurotransmission therefore provides a powerful tool in understanding contributions of such mediators to homeostatic mechanisms as well as to the development of human emotional disorders. Within this thesis a battery of electrophysiological recordings were conducted in the dorsal raphe nucleus (DRN) and the hippocampus of two murine knockout lines with deficient serotonergic systems. Serotonin transporter knockout mice (5-Htt KO), which lack protein responsible for reuptake of 5-HT from the extracellular space and tryptophan hydroxylase 2 knockout (Tph2 KO) mice, which lack the gene encoding the neuronal 5-HT-synthesising enzyme. First, 5-HT1A receptor-mediated autoinhibition of serotonergic neuron firing in the DRN was assessed using the loose-seal cell-attached configuration. Stimulation of 5-HT1A receptors by a selective agonist, R-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (R-8-OH-DPAT), showed a mild sensitisation and a marked desensitisation of these receptors in Tph2 KO and 5-Htt KO mice, respectively. While application of tryptophan, a precursor of 5-HT and a substrate of Tph2, did not cause autoinhibition in Tph2 KO mice due to the lack of endogenously produced 5-HT, data from 5-Htt KO mice as well as heterozygous mice of both KO mice lines demonstrated the presence of autoinhibitory mechanisms as normal as seen in wildtype (WT) controls. When the Tph2-dependent step in the 5-HT synthesis pathway was bypassed by application of 5-hydroxytryptophan (5-HTP), serotonergic neurons of both Tph2 KO and 5-Htt KO mice showed decrease in firing rates at lower concentrations of 5-HTP than in WT controls. Elevated responsiveness of serotonergic neurons from Tph2 KO mice correspond to mild sensitisation of 5-HT1A receptors, while responses from 5-Htt KO mice suggest that excess levels of extracellular 5-HT, created by the lack of 5-Htt, stimulates 5-HT1A receptors strong enough to overcome desensitisation of these receptors. Second, the whole-cell patch clamp recording data from serotonergic neurons in the DRN showed no differences in basic electrophysiological properties between Tph2 KO and WT mice, except lower membrane resistances of neurons from KO mice. Moreover, the whole-cell patch clamp recording from CA1 pyramidal neurons in the hippocampus of 5-Htt KO mice showed increased conductance both at a steady state and at action potential generation. Lastly, magnitude of long-term potentiation (LTP) induced by the Schaffer collateral/commissural pathway stimulation in the ventral hippocampus showed no differences among Tph2 KO, 5-Htt KO, and WT counterparts. Taken together, lack and excess of extracellular 5-HT caused sensitisation and desensitisation of autoinhibitory 5-HT1A receptors, respectively. However, this may not directly translate to the level of autoinhibitory regulation of serotonergic neuron firing when these receptors are stimulated by endogenously synthesised 5-HT. In general, KO mice studied here showed an astonishing level of resilience to genetic manipulations of the central serotonergic system, maintaining overall electrophysiological properties and normal LTP inducibility. This may further suggest existence of as-yet-unknown compensatory mechanisms buffering potential alterations induced by genetic manipulations.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es darzustellen, wie groß das psychosoziale Unterstützungsbedürfnis von Patienten mit maligner Krebsdiagnose ist und welche multivariablen Zusammenhänge mit diesem Bedürfnis bestehen. Die dazu nötigen Daten wurden mit einem Selbsteinschätzungsfragebogen erhoben, der im Rahmen einer multizentrisch angelegten Querschnittsstudie zum Thema „Prävalenz psychosozialer Belastungen, psychischer Störungen und ihr Behandlungsbedarf bei Tumorpatienten“ in fünf Zentren in Deutschland entwickelt wurde. Die Stichprobe umfasste 386 Patienten im Alter von 18 bis 75 Jahren, die deutsch sprachen und an einer malignen Krebserkrankung litten. Das Unterstützungsbedürfnis der Patienten wurde in Bezug auf geschlechtsspezifische Unterschiede, Alter, Setting und vorhandene psychosoziale Unterstützung durch Freunde und Familie untersucht. Die Ergebnisse decken sich weitgehend mit denen der bisherigen Forschung. So gab ungefähr ein Drittel der Patienten einen Wunsch nach psychosozialer Unterstützung an. Weiterhin gaben Patienten, die sich psychisch belastet fühlten, häufiger einen Wunsch nach psychosozialer Unterstützung an als Patienten, die sich nicht belastet fühlten. Patienten mit bekannter Metastasierung oder unklarem Metastasierungsstatus äußerten im Vergleich zu Patienten mit lokalisierter Tumorerkrankung weniger häufig den Wunsch nach psychosozialer Unterstützung. Patienten, die bereits vor dem Zeitpunkt der Befragung psychosoziale Unterstützung in Anspruch genommen hatten, äußerten signifikant häufiger ein Unterstützungsbedürfnis als Patienten, die bislang keine psychosoziale Unterstützung in Anspruch genommen hatten. Alter, Geschlecht, Setting und vorhandene Unterstützung durch Freunde und Familie zeigten keinen signifikanten Zusammenhang mit dem Unterstützungsbedürfnis. Insgesamt äußert mit ungefähr einem Drittel der Patienten ein großer Anteil des Kollektivs ein Unterstützungsbedürfnis. Dies sollte die Konsequenz nach sich ziehen, dass Patienten, die durch ihre Tumorerkrankung nicht nur körperlich, sondern auch seelisch belastet sind, eine entsprechende Behandlung zuteil oder zumindest angeboten wird.
Die vorliegende Studie untersucht den Einsatz von Kurz-Screening-Instrumenten (bestehend aus dem PHQ-4, mit seinen beiden Untereinheiten dem GAD-2 und dem PHQ-2) hinsichtlich der Tauglichkeit für einen Routineeinsatz in Hausarztpraxen. Gescreent wurde auf das mögliche Vorliegen einer Angst- und/oder depressive Störungen mit anschließender Validitätsprüfung einer kleineren Stichprobe. Hinsichtlich der Validitätsprüfung konnte zwischen den CIDI- und den Screening-Ergebnissen eine gute Übereinstimmung ermittelt werden (prozentuale Über-einstimmung von 80,8% bei einem Cohen-Kappa von 0,62). Insgesamt betrachtet lässt sich mit einem vertretbaren Mehrbedarf an Zeit für nicht-ärztliche Mitarbeiter ein PHQ-4-Screening in einer Hausarztpraxis durchführen. Durch diese Maßnahme können - bei gleichzeitiger Entlastung des Arztes - wichtige Informationen für eine Krankheitserkennung und für eine ggf. notwendige Therapie gewonnen werden. Über einen Routineeinsatz von Kurz-Screenern in der primär-ärztlichen Versorgung sollte nachgedacht werden.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Wirksamkeit einer Behandlung mit Transkranieller Magnetstimulation bei depressiven Patienten zu untersuchen. Der Behandlungserfolg wurde mit depressionsspezfischen Fragebögen, der Testleistung in einer kognitiven Aufgabe und ereigniskorrelierten Potentialen im EEG objektiviert. Es konnte nicht abschließend geklärt werden, ob die Theta-Burst-Stimulation in der Therapie depressiver Patienten geeignet ist. Es fanden sich allerdings Hinweise darauf, dass die präfrontal applizierte Behandlung Veränderungen in den frontal generierten ereigniskorrelierten Potentialen bewirkte.
Die als Eingruppen-Prä-Post-Studie konzipierte Arbeit umfasste ein Probandengut von 46 Patienten mit der Diagnose einer Major Depression nach DSM-IV, die sich im Zeitraum von 1999 bis 2005 in ambulanter psychiatrischer Therapie befanden und nach Prinzipien und Methoden der kognitiven Verhaltenstherapie behandelt wurden. Mit dem Fragebogen für Psychovulnerabilität und Psychoprotektion (FPVP) wurden dabei biographische Merkmale sowie Persönlichkeitscharakteristika der Probanden erfasst. Zur quantitativen Beschreibung des momentanen Befindens dienten ferner die Eigenschaftswörterliste (EWL) sowie die Befindlichkeitsskala (Bf-S). Jeweils am Anfang sowie nach Abschluss der kognitiven Psychotherapie füllten die Patienten die entsprechenden Fragebögen aus. Eine Überprüfung der so ermittelten Ergebnisse auf statistisch signifikante Veränderungen nach Abschluss der Therapie erfolgte mittels des Wilcoxon-Vorzeichen-Rangsummen-Testes. Außerdem wurden Spearman-Rangkorrelationskoeffizienten zwischen den prätherapeutischen Werten der biographischen beziehungsweise persönlichkeitsbezogenen Variablen und den Veränderungen der allgemeinen Stimmungslage im Verlauf der Therapie errechnet. So sollte der Fragestellung nachgegangen werden, ob sich bestimmte Wesensmerkmale respektive biographische Einschätzungen der Probanden als Prädiktoren für die Veränderungen des allgemeinen Befindens im Laufe einer psychotherapeutischen Depressionsbehandlung erweisen. Die Studie konnte einerseits aufzeigen, dass die psychovulnerablen FPVP-Persönlichkeitsvariablen „Neurotizismus“ (NE) sowie „Desorganisation“ (DO) und „Arbeitsbezogenheit“ (AB) einer kognitiven Umstrukturierung zugänglich waren. Gleiches galt für die psychoprotektive Persönlichkeitsvariable „Zielgerichtetheit“ (ZG). Weiterhin konnte dargelegt werden, dass die biographischen Skalen „Kindliches Kontaktverhalten“ (KI) sowie „Schulisches Engagement“ (SCH), der Tatsache entsprechend, dass sie auf Erlebnissen und Erfahrungen basieren, die bereits in einer gewissen Weise stattgefunden haben, einer kognitiven Veränderung nicht unmittelbar zugänglich waren. Andererseits zeigte sich, dass es im Verlauf der kognitiven Psychotherapie zu einer Verbesserung der gegenwärtigen Stimmungslage und psychischen Befindlichkeit innerhalb des Patientenkollektivs kam. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit zahlreichen früheren Studien, welche die hohe Effektivität der kognitiven Verhaltenstherapie bei der psychotherapeutischen Depressionsbehandlung hinreichend belegen. Außerdem wurde dargelegt, dass die Prä-Werte der klinischen Skalen „Desorganisation“ (DO) und „Neurotizismus“ (NE) die Veränderungen der allgemeinen Stimmungslage im Laufe der kognitiven Therapie korrelativ beeinflussten. Je höher nämlich die prätherapeutischen Scores der genannten Variablen ausfielen, umso ausgeprägter verbesserte sich das psychische Befinden der Probanden verglichen mit den prätherapeutischen Ausgangswerten. Schließlich imponierte der Befund, dass sich die psychische Befindlichkeit der Testpersonen im Laufe der Behandlung umso positiver veränderte, je höher deren Introversions- beziehungsweise je geringer deren Extraversions-Werte zu Beginn der Therapie waren. Introvertierte Patienten scheinen demnach einen höheren Nutzen von dem psychotherapeutischen Verfahren der kognitiven Umstrukturierung zu haben. Auf Grundlage dieser Ergebnisse sowie auf den Erkenntnissen früherer Arbeiten, welche bereits den Zusammenhang zwischen Persönlichkeit und aktuellem Befinden darlegen konnten, wurden Folgerungen für das klinisch-therapeutische Vorgehen gezogen: Durch bewusste Förderung gewisser psychoprotektiver Faktoren beziehungsweise gezielte Abschwächung und kognitive Umstrukturierung psychovulnerabler Persönlichkeitsvariablen lässt sich die psychische Grundverfassung depressiver Patienten therapeutisch positiv beeinflussen. Biographische Merkmale können demgegenüber nicht unmittelbar verändert werden; jedoch ist es möglich, dem Patienten eine veränderte Perspektive auf Aspekte seiner Lebensgeschichte zu vermitteln, was bis hin zu einer fiktiven Rekonstruktion der eigenen Biographie reichen kann. Der im Rahmen dieser Studie aufgezeigte Befund, dass ein erfolgreicher Verlauf der kognitiven Therapie mit hohen Introversions- respektive geringen Extraversions-Werten der Probanden korrelierte, wirft schließlich die Frage auf, ob die kognitive Verhaltenstherapie als adäquates Therapieverfahren zur Behandlung depressiver Erkrankungen bei stark extravertierten Patienten verstanden werden kann. Da demgegenüber gerade introvertierte, emotional labile Patienten von diesem psychotherapeutischen Verfahren zu profitieren scheinen, bietet sich die kognitive Therapie als geeignete Behandlungsmethode zur Therapie depressiver Störungen bei solchen Patienten an.
In dieser Arbeit wurde mit Hilfe der Ergebnisse der Basisuntersuchung der VITA-Studie untersucht, ob der Längenpolymorphismus des Serotonin Transporters einen Einfluss auf die Entstehung einer Depression im Alter oder einer Demenz hat. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Assoziation zwischen dem 5-HTTLPR und einer Depression besteht. Ein Zusammenhang zwischen dem 5-HTTLPR und einer Demenzerkrankung konnte jedoch nicht nachgewiesen werden.
HINTERGRUND: Der brain-derived neurotrophic factor (BDNF) reguliert die synaptische Plastizität und spielt somit eine wichtige Rolle in der Gedächtnisbildung und -erhaltung. Deswegen gibt es eingehende Untersuchungen dieses neurotrophischen Faktors in Bezug auf Demenzerkrankungen, vor allem der Alzheimer Demenz. In dieser Studie wurde nach einem Zusammenhang zwischen BDNF Blutplasmawerten und der Alzheimer Demenz in einer longitudinalen Kohortenstudie, der Vienna-Transdanube-Aging(VITA)-Studie gesucht. METHODEN: Die VITA-Studie ist eine kommunale Kohortenstudie aller 75jährigen Einwohner einer geographischen Region Wiens. Es wurden die BDNF Plasmawerte der Basisuntersuchung und der ersten Folgeuntersuchung 30 Monate später als mögliche Biomarker für die Alzheimer Demenz untersucht. Assoziationen zwischen BDNF Plasmawerten und anderen epidemiologischen Eckdaten wurden ebenfalls analysiert. ERGEBNISSE: Wir konnten keine Assoziation zwischen BDNF Plasmawerten und der Entwicklung oder einer bereits bestehenden Alzheimer Demenz finden. Geschlecht, Body-Maß-Index und Depression stellten sich als Komorbiditäts-Faktoren von Demenz-erkrankungen dar. SCHLUSSFOLGERUNG: BDNF Plasmawerte sind diesen Ergebnissen nach kein so viel versprechender molekularer Marker für Alzheimer Demenz wie erhofft. BDNF wird jedoch weiterhin in vielen interessanten Studienprotokollen untersucht, da es sowohl im Blutserum als auch im Hirngewebe nachgewiesen werden kann und somit viele diagnostische und therapeutische Ansätze inspiriert.
Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses und der präfrontalen Hirnaktivität (Hypofrontalität) sind Anwärter für Endophänotypen für bipolare Störungen. Diese Studie untersuchte zum ersten Mal manisch-depressive Patienten (n=14) mit einer Arbeitsgedächtnisaufgabe, die verschiedene Prozesse (Speicherung und Abgleich) und verschiedene Komponenten (objektbezogenes und visuell-räumliches) beinhaltete. Mit Hilfe der funktionellen Nah-Infrarot Spektroskopie wurde die neuronale Aktivität über dem präfrontalen Kortex erfasst. Bei der Kontrollgruppe, die der Patientengruppe vergleichbar war, zeigten Veränderungen von oxygeniertem und deoxygeniertem Hämoglobin eine Zunahme der Aktivität im ventero-lateralen, im dorso-lateralen und superioren präfrontalen Kortex in der objektbezogenen und visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe im Vergleich zur Kontrollaufgabe. Obwohl sich die kognitive Leistung (Anzahl der korrekten Antworten und Reaktionszeit) zwischen den beiden Gruppen nicht unterschied, zeigte die Patientengruppe eine verminderte Gehirnaktivität während der Speicherphase der Arbeitsgedächtnisaufgaben. Die fNIRS kann als valides, leicht zu handhabendes, billiges und schnelles Mittel verwendet werden um (verminderte) präfrontale kortikale Aktivität zu messen.
Patienten mit Depression zeigen typischerweise eine Beeinträchtigung kognitiver Funktionen, vor allem im Bereich der exekutiven Funktionen. Als neuroanatomisches Korrelat konnte den exekutiven Funktionen der präfrontale Kortex zugeordnet werden. In den bisherigen bildgebenden Untersuchungen bei depressiven Patienten konnte vor allem eine Hypofrontalität festgestellt werden. Durch verschiedene neuropsychologische Tests konnten kognitive Defizite vor allem im visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis gezeigt werden. Als neuroanatomisches Korrelat konnte dem Arbeitsgedächtnis der DLPFC zugeordnet werden. Die bisher durchgeführten kombinierten Untersuchungen bei depressiven Patienten lieferten jedoch keine einheitlichen Ergebnisse. Mittelpunkt unserer Untersuchung war es deshalb mittels NIRS während der Durchführung eines Tests für das visuell-räumliche und das objektbezogene Arbeitsgedächtnis sowohl bei einer Patientengruppe mit unipolarer Depression als auch bei einer gesunden Kontrollgruppe die Aktivierungsmuster des präfrontalen Kortex zu ermitteln. Für den Zusammenhang zwischen der Hirnaktivierung und der Schwere der depressiven Erkrankung konnten keine signifikanten Korrelationen gezeigt werden. Dies spricht gegen den „state“-Charakter und für den „trait“-Charakter der Hypofrontalität bei einer depressiven Erkrankung. Die bezüglich der Verhaltensdaten gerechneten Varianzanalysen zeigten eine deutliche Schwierigkeitsabstufung zwischen den drei Bedingungen (OWM>VWM>KON). Der fehlende Interaktionseffekt Gruppe x Bedingung, also eine höhere Reaktionszeit der Patienten während allen Aufgaben und nicht nur während OWM und VWM deutet auf eine allgemeine Verlangsamung im Sinne einer psychomotorischen Verlangsamung hin und nicht wie erwartet auf ein besonderes Defizit im Bereich kognitiver Funktionen. Interaktionseffekte bei den bildgebenden Daten bei gleichzeitig fehlenden Interaktionsnachweisen bei den Verhaltensdaten deuten an, dass die funktionellen Daten unabhängig von den Verhaltensdaten interpretiert werden können. Ein kognitives Defizit für beide Komponenten des visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei Patienten mit einer depressiven Erkrankung zeigt sich in unserer Untersuchung also weniger über die Verhaltensdaten als vielmehr über die verminderte Hirnaktivierung während OWM und VWM. Im Gruppenvergleich konnte in den ROI-Analysen für OWM und VWM wie erwartet ein spezieller Arbeitsgedächtniseffekt gezeigt werden, also eine höhere Aktivierung der Kontrollgruppe speziell für die Arbeitsgedächtnisaufgaben. Es wurde also insgesamt in unserer Untersuchung eine präfrontale Hypoaktivierung bei Patienten mit einer depressiven Erkrankung festgestellt.
Integrating neurobiological markers of depression: an fMRI-based pattern classification approach
(2010)
While depressive disorders are, to date, diagnosed based on behavioral symptoms and course of illness, the interest in neurobiological markers of psychiatric disorders has grown substantially in recent years. However, current classification approaches are mainly based on data from a single biomarker, making it difficult to predict diseases such as depression which are characterized by a complex pattern of symptoms. Accordingly, none of the previously investigated single biomarkers has shown sufficient predictive power for practical application. In this work, we therefore propose an algorithm which integrates neuroimaging data associated with multiple, symptom-related neural processes relevant in depression to improve classification accuracy. First, we identified the core-symptoms of depression from standard classification systems. Then, we designed and conducted three experimental paradigms probing psychological processes known to be related to these symptoms using functional Magnetic Resonance Imaging. In order to integrate the resulting 12 high-dimensional biomarkers, we developed a multi-source pattern recognition algorithm based on a combination of Gaussian Process Classifiers and decision trees. Applying this approach to a group of 30 healthy controls and 30 depressive in-patients who were on a variety of medications and displayed varying degrees of symptom-severity allowed for high-accuracy single-subject classification. Specifically, integrating biomarkers yielded an accuracy of 83% while the best of the 12 single biomarkers alone classified a significantly lower number of subjects (72%) correctly. Thus, integrated biomarker-based classification of a heterogeneous, real-life sample resulted in accuracy comparable to the highest ever achieved in previous single biomarker research. Furthermore, investigation of the final prediction model revealed that neural activation during the processing of neutral facial expressions, large rewards, and safety cues is most relevant for over-all classification. We conclude that combining brain activation related to the core-symptoms of depression using the multi-source pattern classification approach developed in this work substantially increases classification accuracy while providing a sparse relational biomarker-model for future prediction.