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The purpose of this study was to evaluate whether spatial hippocampus-dependent learning is affected by the serotonergic system and stress. Therefore, 5-HTT knockout (-/-), heterozygous (+/-) and wildtype (+/+) mice were subjected to the Barnes maze (BM) and the Morris water maze (WM), the latter being discussed as more aversive. Additionally, immediate early gene (IEG) expression, hippocampal adult neurogenesis (aN), and blood plasma corticosterone were analyzed.
While the performance of 5-HTT-/- mice in the BM was undistinguishable from both other genotypes, they performed worse in the WM. However, in the course of the repeated WM trials 5-HTT-/- mice advanced to wildtype level. The experience of a single trial of either the WM or the BM resulted in increased plasma corticosterone levels in all genotypes. After several trials 5-HTT-/- mice exhibited higher corticosterone concentrations compared with both other genotypes in both tests. Corticosterone levels were highest in 5-HTT-/- mice tested in the WM indicating greater aversiveness of the WM and a greater stress sensitivity of 5-HTT deficient mice.
Quantitative immunohistochemistry in the hippocampus revealed increased cell counts positive for the IEG products cFos and Arc as well as for proliferation marker Ki67 and immature neuron marker NeuroD in 5-HTT-/- mice compared to 5-HTT+/+ mice, irrespective of the test. Most differences were found in the suprapyramidal blade of the dentate gyrus of the septal hippocampus. Ki67-immunohistochemistry revealed a genotype x environment interaction with 5-HTT genotype differences in naïve controls and WM experience exclusively yielding more Ki67-positive cells in 5-HTT+/+ mice. Moreover, in 5-HTT-/- mice we demonstrate that learning performance correlates with the extent of aN.
Overall, higher baseline IEG expression and increased an in the hippocampus of 5-HTT-/- mice together with increased stress sensitivity may constitute the neurobiological correlate of raised alertness, possibly impeding optimal learning performance in the more stressful WM.
Ablation of BRaf Impairs Neuronal Differentiation in the Postnatal Hippocampus and Cerebellum
(2013)
This study focuses on the role of the kinase BRaf in postnatal brain development. Mice expressing truncated, non-functional BRaf in neural stem cell-derived brain tissue demonstrate alterations in the cerebellum, with decreased sizes and fuzzy borders of the glomeruli in the granule cell layer. In addition we observed reduced numbers and misplaced ectopic Purkinje cells that showed an altered structure of their dendritic arborizations in the hippocampus, while the overall cornus ammonis architecture appeared to be unchanged. In male mice lacking BRaf in the hippocampus the size of the granule cell layer was normal at postnatal day 12 (P12) but diminished at P21, as compared to control littermates. This defect was caused by a reduced ability of dentate gyrus progenitor cells to differentiate into NeuN positive granule cell neurons. In vitro cell culture of P0/P1 hippocampal cells revealed that BRaf deficient cells were impaired in their ability to form microtubule-associated protein 2 positive neurons. Together with the alterations in behaviour, such as autoaggression and loss of balance fitness, these observations indicate that in the absence of BRaf all neuronal cellular structures develop, but neuronal circuits in the cerebellum and hippocampus are partially disturbed besides impaired neuronal generation in both structures.
Objective: The assessment of response to lithium maintenance treatment in bipolar disorder (BD) is complicated by variable length of treatment, unpredictable clinical course, and often inconsistent compliance. Prospective and retrospective methods of assessment of lithium response have been proposed in the literature. In this study we report the key phenotypic measures of the "Retrospective Criteria of Long-Term Treatment Response in Research Subjects with Bipolar Disorder" scale currently used in the Consortium on Lithium Genetics (ConLiGen) study.
Materials and Methods: Twenty-nine ConLiGen sites took part in a two-stage case-vignette rating procedure to examine inter-rater agreement [Kappa (\(\kappa\))] and reliability [intra-class correlation coefficient (ICC)] of lithium response. Annotated first-round vignettes and rating guidelines were circulated to expert research clinicians for training purposes between the two stages. Further, we analyzed the distributional properties of the treatment response scores available for 1,308 patients using mixture modeling.
Results: Substantial and moderate agreement was shown across sites in the first and second sets of vignettes (\(\kappa\) = 0.66 and \(\kappa\) = 0.54, respectively), without significant improvement from training. However, definition of response using the A score as a quantitative trait and selecting cases with B criteria of 4 or less showed an improvement between the two stages (\(ICC_1 = 0.71\) and \(ICC_2 = 0.75\), respectively). Mixture modeling of score distribution indicated three subpopulations (full responders, partial responders, non responders).
Conclusions: We identified two definitions of lithium response, one dichotomous and the other continuous, with moderate to substantial inter-rater agreement and reliability. Accurate phenotypic measurement of lithium response is crucial for the ongoing ConLiGen pharmacogenomic study.
Scientific surveys provide sufficient evidence that anxiety disorders are one of the most common psy-chiatric disorders in the world. The lifetime prevalence rate of anxiety disorder is 28.8% (Kessler, et al., 2005). The most widely studied anxiety disorders are as follows panic disorder (PD), post-traumatic stress disorder (PTSD), obsessive-compulsive disorder (OCD), social phobia (or social anxiety disorder), specific phobias, and generalized anxiety disorder (GAD). (NIMH Article, 2009). Classical conditioning is the stable paradigm used from the last one century to understand the neurobi-ology of fear learning. Neurobiological mechanism of fear learning is well documented with the condi-tioning studies. In the therapy of anxiety disorders, exposure based therapies are known to be the most effective approaches. Flooding is a form of exposure therapy in which a participant is exposed to the fear situation and kept in that situation until their fear dissipates. The exposure therapy is based on the phenomena of extinction; this means that a conditioned response diminishes if the conditioned stimulus (CS) is repeatedly presented without an unconditioned stimulus (UCS). One problem with extinction as well as with exposure-based therapy is the problem of fear return (for e.g. renewal, spontaneous recov-ery and reinstatement) after successful extinction. Therefore, extinction does not delete the fear memory trace. It has been well documented that memory processes can be modulated or disrupted using several sci-entific paradigms such as behavioral (for e.g. exposure therapy), pharmacological (for e.g. drug manipu-lation), non-invasive stimulation (for e.g. non-invasive stimulation such as electroconvulsive shock (ECS), transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS), etc. However, modulation of memory processes after reactivation or via non-invasive stimulation is still not clear, which is the focus of the current study. In addition, study of genetic variant suggests that genetic differences play a vital role in the psychiatric disorder especially in fear learning. Hence, it is also one of the concerns of the current dissertation to investigate the interaction between gene and reconsolidation of memory. With respect to fear-conditioning, there are three findings in the current dissertation, which are as fol-lows: (i) In the first study we investigated that non-invasive weak electrical stimulation interferes with the consolidation process and disrupts the fear consolidation to attain stable form. This might offer an effective treatment in the pathological memories, for e.g. PTSD, PD, etc. (ii) In the second study we demonstrated whether a brief single presentation of the CS will inhibit the fear recovery. Like earlier studies we also found that reactivation followed by reconsolidation douses fear return. Attenuation of fear recovery was observed in the reminder group compared to the no-reminder group. (iii) Finally, in our third study we found a statistically significant role of brain derived neurotrophic factor (BDNF) polymorphism in reconsolidation. Results of the third study affirm the involvement of BDNF variants (Met vs. Val) in the modulation of conditioned fear memory after its reactivation. In summary, we were able to show in the current thesis modulation of associative learning and recon-solidation via transcranial direct current stimulation and genetic polymorphism.
Hintergrund: Schizophrenie-Spektrumerkrankungen sind häufige, schwerwiegende psychische Erkrankungen, die ein hohes Leid bei Betroffenen und ihren Angehörigen verursachen. Trotz intensiver Bemühungen ist die Ätiopathogenese dieser Erkrankungen bislang nur unzureichend verstanden, die Behandlung bislang nur symptomatisch möglich, wenngleich eine Wechselwirkung zwischen genetischen und umweltbezogenen Faktoren als ursächlich erscheint. Vorherige Arbeiten an frisch gefrorenem Hippokampusgewebe konnten zeigen, dass die adulte Neurogenese in der Subgranularzellschicht des Hippokampus bei an Schizophrenie Erkrankten vermindert ist. Weiterhin gibt es Hinweise für eine Beteiligung des cholinergen Systems und von M1-Acetylcholinrezeptoren bei der Entstehung der psychotischen Symptomatik. Ebenfalls konnte bereits in der Vergangenheit ein Mausmodell generiert werden, das schizophrenieartiges Verhalten zeigt und bei dem der M1-Acetylcholinrezeptor ausgeschaltet ist. Material und Methoden: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde zunächst eine Färbung gegen das Ki-67 Antigen als Marker für proliferative Aktivität in lange Zeit gelagertem Formalin-fixiertem und paraffiniertem Hirngewebe etabliert. Anschließend wurde eine postmortale Fall-Kontroll-Studie in lange Zeit gelagertem, in Formalin fixiertem und paraffiniertem Hippokampusgewebe durchgeführt, bei der die Zahl proliferativ aktiver Zellen, die gegen Ki-67 anfärbbar waren, untersucht wurde. Hierbei wurden sowohl gegen Ki-67 anfärbbare Zellen in der Subgranularzellschicht, als auch im Hilus ausgewertet. Es standen Hippokampi von 18 schizophren Erkrankten sowie 37 Hippokampi gesunder Kontrollen, die aus zwei verschiedenen Hirnbanken rekrutiert werden mussten, zur Verfügung. Die statistische Analyse erfolgte mithilfe eines Kruskal-Wallis Tests sowie bei signifikanten Ergebnissen in diesem mit einem Mann-Whitney U Test. Des Weiteren wurde eine Färbung gegen das Ki-67 Antigen in frisch gefrorenen Gehirnen von männlichen Mäusen durchgeführt; hierbei wurden zwölf wildtypische Mäuse mit zwölf Mäusen mit einer Ausschaltung des M1-Acetylcholinrezeptors vergleichen, wobei letztere schizophrenieartiges Verhalten zeigen. Die Auswertung erfolgte mittels eines zweiseitigen t-Tests. Ergebnisse: Eine Färbung gegen Ki-67 in lange Zeit gelagertem, Formalin-fixiertem und in Paraffin eingebettetem Gewebe konnte etabliert werden. Bei Analyse der humanen Fall-Kontroll-Studie konnte ein Trend zu einer verminderten adulten Neurogenese in der hippokampalen Subgranularzone bei schizophrenen Pateinten gefunden werden. Ein signifikanter Unterschied konnte im Vergleich der Fälle und einer Subgruppe von Kontrollen gefunden werden, die jedoch aus einer anderen Hirnbank als die Fälle stammten. Keine Signifikanz konnte bei Vergleich der Fälle mit den Kontrollen aus der gleichen Hirnbank oder bei Vergleich der Ki-67 positiven Zellen in der Hilusregion gefunden werden. Im Mausmodell konnte im Sinne der Hypothese einer verminderten adulten Neurogenese in den M1-Rezeptor knockout-Tieren eine signifikante Reduktion Ki-67 positiver Zellen im Vergleich zu wildtypischen Tieren gezeigt werden, wenn Zellnester anstatt einzelner Zellen gezählt wurden. Diskussion: Es konnte ein Trend hin zu einer verminderten hippokampalen adulten Neurogenese in der Subgranularzellschicht bei an Schizophrenie Erkrankten aufgezeigt werden. Aufgrund der Heterogenität der Proben sind die Ergebnisse jedoch vorsichtig zu bewerten, da Unterschiede in der Vorbehandlung der Proben unter Umständen auch die Ergebnisse erklären könnten, sodass die Ausgangshypothese einer verminderten hippokampalen adulten Neurogenese nicht sicher widerlegt, aber auch nicht gestützt werden kann; weitere Forschung scheint hier notwendig zu sein. Im Mausmodell konnte eine verminderte hippokampale Neurogenese bei M1-Rezeptor knockout-Mäusen nachgewiesen werden. Dieser Effekt ließ sich nachweisen, wenn große Zellnester betrachtet wurden, was für eine Modulation der Aktivität der neurogenen Niche bei den M1-defizienten Tieren spricht.
Firing activity of serotonin (5-HT) neurons in the dorsal raphe nucleus (DRN) is controlled by inhibitory somatodendritic 5-HT1A autoreceptors. This autoinhibitory mechanism is implicated in the etiology of disorders of emotion regulation, such as anxiety disorders and depression, as well as in the mechanism of antidepressant action. Here, we investigated how persistent alterations in brain 5-HT availability affect autoinhibition in two genetically modified mouse models lacking critical mediators of serotonergic transmission: 5-HT transporter knockout (Sert-/-) and tryptophan hydroxylase-2 knockout (Tph2-/-) mice. The degree of autoinhibition was assessed by loose-seal cell-attached recording in DRN slices. First, application of the 5-HT1A-selective agonist R(+)-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin showed mild sensitization and marked desensitization of 5-HT1A receptors in Tph2-/- mice and Sert-/- mice, respectively. While 5-HT neurons from Tph2-/- mice did not display autoinhibition in response to L-tryptophan, autoinhibition of these neurons was unaltered in Sert-/- mice despite marked desensitization of their 5-HT1A autoreceptors. When the Tph2-dependent 5-HT synthesis step was bypassed by application of 5-hydroxy-L-tryptophan (5-HTP), neurons from both Tph2-/- and Sert-/- mice decreased their firing rates at significantly lower concentrations of 5-HTP compared to wildtype controls. Our findings demonstrate that, as opposed to the prevalent view, sensitivity of somatodendritic 5-HT1A receptors does not predict the magnitude of 5-HT neuron autoinhibition. Changes in 5-HT1A receptor sensitivity may rather be seen as an adaptive mechanism to keep autoinhibition functioning in response to extremely altered levels of extracellular 5-HT resulting from targeted inactivation of mediators of serotonergic signaling.
The serotonin (5-HT) and neuropeptide S (NPS) systems are discussed as important genetic modulators of fear and sustained anxiety contributing to the etiology of anxiety disorders. Sustained anxiety is a crucial characteristic of most anxiety disorders which likely develops through contextual fear conditioning. This study investigated if and how genetic alterations of the 5-HT and the NPS systems as well as their interaction modulate contextual fear conditioning; specifically, function polymorphic variants in the genes coding for the 5-HT transporter (5HTT) and the NPS receptor (NPSR1) were studied. A large group of healthy volunteers was therefore stratified for 5HTTLPR (S+ vs. LL carriers) and NPSR1 rs324981 (T+ vs. AA carriers) polymorphisms resulting in four genotype groups (S+/T+, S+/AA, LL/T+, LL/AA) of 20 participants each. All participants underwent contextual fear conditioning and extinction using a virtual reality (VR) paradigm. During acquisition, one virtual office room (anxiety context, CXT+) was paired with an unpredictable electric stimulus (unconditioned stimulus, US), whereas another virtual office room was not paired with any US (safety context, CXT−). During extinction no US was administered. Anxiety responses were quantified by fear-potentiated startle and ratings. Most importantly, we found a gene × gene interaction on fear-potentiated startle. Only carriers of both risk alleles (S+/T+) exhibited higher startle responses in CXT+ compared to CXT−. In contrast, anxiety ratings were only influenced by the NPSR1 polymorphism with AA carriers showing higher anxiety ratings in CXT+ as compared to CXT−. Our results speak in favor of a two level account of fear conditioning with diverging effects on implicit vs. explicit fear responses. Enhanced contextual fear conditioning as reflected in potentiated startle responses may be an endophenotype for anxiety disorders.
The present study investigated changes in cortical oxygenation during mental arithmetic using near-infrared spectroscopy (NIRS). Twenty-nine male volunteers were examined using a 52-channel continuous wave system for analyzing activity in prefrontal areas. With the help of a probabilistic mapping method, three regions of interest (ROIs) on each hemisphere were defined: The inferior frontal gyri (IFG), the middle frontal gyri (MFG), and the superior frontal gyri (SFG). Oxygenation as an indicator of functional brain activation was compared over the three ROI and two levels of arithmetic task difficulty (simple and complex additions). In contrast to most previous studies using fMRI or NIRS, in the present study arithmetic tasks were presented verbally in analogue to many daily life situations. With respect to task difficulty, more complex addition tasks led to higher oxygenation in all defined ROI except in the left IFG compared to simple addition tasks. When compared to the channel positions covering different gyri of the temporal lobe, the observed sensitivity to task complexity was found to be restricted to the specified ROIs. As to the comparison of ROIs, the highest oxygenation was found in the IFG, while MFG and SFG showed significantly less activation compared to IFG. The present cognitive-neuroscience approach demonstrated that NIRS is a suitable and highly feasible research tool for investigating and quantifying neural effects of increasing arithmetic task difficulty.
In dieser Studie führten 37 adulte Patienten mit einer Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ein Delay Discounting (DD) - Paradigma aus, während gleichzeitig mittels Funktioneller-Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) die Gehirnaktivität der „Regions of Interest“ (ROIs) des Orbitofrontalen-Kortex (OFC) und des Dorsolateralen-Präfrontalen-Kortex (dlPFC) gemessen wurde. Mittels Fragebögen und eines Delay Discounting Tasks (DDT) wurden zusätzlich Verhaltensparameter erhoben und flossen in den Auswertungsprozess mit ein. Vorausgegangene Untersuchungen weisen auf ein hypofunktionel-les dopaminerges System bei ADHS-Patienten hin, welches mit der ADHS-Pathogenese in Zusammenhang gebracht wird. Vor allem im Präfrontalen-Kortex (PFC), bestehend unter anderem aus OFC und dlPFC, erfolgt die Metabolisierung von Dopamin durch die Catechol-O-Methyltransferase (COMT). Hierbei hängt die Metabolisierungsgeschwindigkeit vom genetischen COMT-Val158Met- Polymorphismus ab. Die Einflussnahme dieses COMT-Val158Met-Polymorphismus auf die kortikale Aktivität der ROIs und Impulsivität ist ebenfalls Gegenstand dieser Dissertation („Imaging Genetics“). Adulte ADHS Patienten zeigten eine verstärkte Aktivität des OFC der Entscheidungskategorie „verzögert“ im Verhältnis zu der Entscheidungskategorie „sofort“. Die gemessene Impulsivität korrelierte mit der kortikalen Gehirnaktivität „DD-Kontrast“. Es konnte kein Zusammenhang zwischen Verhaltensparameter und Gehirnaktivität mit dem COMT-Polymorphismus gezeigt werden. Die erhöhte Aktivität des OFC bei der Entscheidungskategorie verzögert unterstützt die These der „Delay Aversion“ des „Dual Pathway Model“. Eine enge Konnektivität der stark dopaminerg innervierten kortiko-striataler Strukturen in Form des OFC und der Amygdala, welche Einfluss auf die ADHS-Pathogenese nehmen, erscheint somit plausibel.
Background: Variation in the implementation of complex multilevel interventions can impact on their delivery and outcomes. Few suicide prevention interventions, especially multilevel interventions, have included evaluation of both the process of implementation as well as outcomes. Such evaluation is essential for the replication of interventions, for interpreting and understanding outcomes, and for improving implementation science. This paper reports on a process evaluation of the early implementation stage of an optimised suicide prevention programme (OSPI-Europe) implemented in four European countries.
Methods: The process analysis was conducted within the framework of a realist evaluation methodology, and involved case studies of the process of implementation in four European countries. Datasets include: repeated questionnaires to track progress of implementation including delivery of individual activities and their intensity; serial interviews and focus groups with stakeholder groups; and detailed observations at OSPI implementation team meetings.
Results: Analysis of local contexts in each of the four countries revealed that the advisory group was a key mechanism that had a substantial impact on the ease of implementation of OSPI interventions, particularly on their ability to recruit to training interventions. However, simply recruiting representatives of key organisations into an advisory group is not sufficient to achieve impact on the delivery of interventions. In order to maximise the potential of high level 'gatekeepers', it is necessary to first transform them into OSPI stakeholders. Motivations for OSPI participation as a stakeholder included: personal affinity with the shared goals and target groups within OSPI; the complementary and participatory nature of OSPI that adds value to pre-existing suicide prevention initiatives; and reciprocal reward for participants through access to the extended network capacity that organisations could accrue for themselves and their organisations from participation in OSPI. Conclusions: Exploring the role of advisory groups and the meaning of participation for these participants revealed some key areas for best practice in implementation: careful planning of the composition of the advisory group to access target groups; the importance of establishing common goals; the importance of acknowledging and complementing existing experience and activity; and facilitating an equivalence of benefit from network participation.
Durch Messung der Progranulinspiegel im Blutplasma mittels ELISA konnte in vorliegender Arbeit ein signifikanter Unterschied zwischen bipolaren Patienten und
Kontrollen nachgewiesen werden. Dabei wies das Patientenkollektiv durchschnittlich niedrigere Konzentrationen auf. Befunde vorausgegangener Studien deuten darauf hin, dass ein peripherer Progranulinmangel auch mit zentralnervösen Veränderungen einhergehen kann und somit einen Anteil an der Pathophysiologie der bipolaren Störung haben könnte. Insbesondere eine immunologisch-entzündliche Dysregulation sowie
fehlende neurotrophe Impulse könnten dabei eine wesentliche Rolle spielen.
Überdies fiel bei der Auswertung der Daten eine hochsignifikante Korrelation zwischen Progranulinspiegel und Lebensalter der Probanden auf. Dabei nahm mit steigendem Alter auch die periphere Progranulinkonzentration zu, was im Zuge des physiologischen Alterungsprozesses oder aber auch als Folge von neurodegenerativen bzw. -
inflammatorischen Vorgängen auftreten könnte.
Bei der molekulargenetischen Untersuchung der Polymorphismen rs2879096, rs4792938 und rs5848 konnten keine signifikanten Unterschiede in der Genotypen- und
Haplotypenverteilung zwischen Patienten und Kontrollen gefunden werden, was sich möglicherweise auf die relativ kleine Stichprobe von 181 Probanden zurückführen lässt.
Zumindest existieren Hinweise auf eine Rolle der jeweiligen Polymorphismen bei verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen, möglicherweise auch bei der bipolaren Störung.
Außerdem fand sich bei den im Progranulingen liegenden SNPs rs2879096 und rs4792938 keine Assoziation einer Risikogenvariante zu veränderten Progranulinspiegeln, das heißt keiner der beiden Polymorphismen scheint funktionelle Bedeutung zu haben. Somit ließe sich kein Effekt des Genotyps auf die periphere Progranulinkonzentration nachweisen, wobei wiederum die verhältnismäßig niedrigen Fallzahlen beachtet werden müssen.
Der in der 3’UTR liegende SNP rs5848 scheint hingegen im Patientenkollektiv zu deutlich erniedrigten Proteinspiegeln zu führen. Dieser Befund steht auch im Einklang 47 mit einer Vielzahl von Studien, die rs5848 eine Bedeutung bei verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen beimessen und unterstreicht die Rolle niedriger Progranulinkonzentrationen in der bipolaren Störung.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bei bipolaren Patienten signifikant niedrigere Progranulinkonzentrationen als in der Kontrollgruppe gemessen wurden.
Weitere Studien, welche die zu Grunde liegenden biochemischen Vorgänge und Pathomechanismen erforschen, wären nun von Interesse, um ein besseres Verständnis
der Erkrankung zu erlangen. Langfristig wäre die Nutzung des Progranulinspiegels als diagnostisches Werkzeug erstrebenswert, wobei sich dies auf Grund des großen
Overlaps zwischen Patienten- und Kontrollgruppe wohl eher schwierig gestalten wird.
Die relativ unkomplizierte Progranulinbestimmung im Blutplasma könnte möglicherweise im Rahmen einer Messung vieler verschiedener Parameter als Baustein eines diagnostischen Apparates zur Erkennung der bipolaren affektiven Störung dienen. Somit wären weiterführende Untersuchungen anhand größerer Fallzahlen und
funktionelle Studien der pathomechanistischen Zusammenhänge des Progranulins ein interessantes Feld, um einige der zahlreichen ungeklärten Fragen rund um die bipolare Störung weiter aufzuklären.
Nikotinkonsum senkt zum einen die Lebenserwartung durch Verursachung von z.B. Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems und Krebserkrankungen und führt zum anderen zu hohen volkswirtschaftlichen Belastungen. Das mesokortikolimbische dopaminerge System, insbesondere der dlPFC, spielt eine entscheidende Rolle für die Entstehung des cue-induced Craving, das als wichtiger Risikofaktor für Rückfälle bei der Entzugstherapie gilt. Die Wirkung von rTMS des dlPFC zur Verringerung des cue-induced Craving wurde in zahlreichen Studien untersucht. Jedoch gibt es bislang keine Studie, die sich mit der Wirkung von iTBS als relativ neue Variante der rTMS zur Unterstützung der Nikotinentwöhnung beschäftigt hat. 45 gesunde Raucher zwischen 21 und 64 Jahren nahmen an einem dreiwöchigen KBN teil. Die Versuchspersonen wurden randomisiert einer Verum- bzw. einer Placebogruppe zugeordnet, die jeweils vier iTBS-Behandlungen mit einer Stimulationsstärke von 80 % der Motorschwelle bzw. sham-Stimulationen über dem rechten dlPFC über zwei Wochen erhielten. Vor und nach den Stimulationen wurden Daten zum Rauchverhalten, insbesondere dem subjektiv empfundenen Craving, mittels standardisierter Fragebögen erhoben sowie die Aktivität des dlPFC mit fNIRS gemessen, einer relativ neuen, einfach und kostengünstig durchzuführenden Methode zur Erfassung kortikaler Hirnaktivitäten. Auf Verhaltensebene ließen sich keine signifikanten Gruppenunterschiede nachweisen. Auf neurophysiologischer Ebene konnte ein signifikanter Aktivitätsanstieg des dlPFC der Verumgruppe während der Betrachtung raucherassoziierter Cues gemessen werden, der sich in der Placebogruppe nicht fand. Insgesamt waren jedoch die gemessenen Hirnaktivitäten relativ gering ausgeprägt. Die Ergebnisse deuten auf eine Wirksamkeit der iTBS auf neurophysiologischer Ebene in Form verstärkter kognitiver Suppression des cue-induced Craving hin. Jedoch sollten die Ergebnisse aufgrund der insgesamt niedrig gemessenen Hirnaktivitäten zurückhaltend interpretiert werden. Verschiedene Möglichkeiten, den Versuchsablauf zu optimieren, beispielsweise durch eine Intensivierung der iTBS-Behandlungen, werden diskutiert. Nicht zuletzt konnte die Wirksamkeit des KBN für die Raucherentwöhnung belegt werden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Angstsensitivität auf die Emotionsverarbeitung und selektive Aufmerksamkeitsprozesse. Anhand des Angstsensitivitätsindex-3 (ASI-3) wurden die Probanden in stark und wenig angstsensitiv eingeteilt. Der Selbstbeurteilungsfragebogen ASI-3 erfasst in welchem Maß die betreffende Person auf typische angstauslösende Stimuli mit Symptomen reagiert (Kemper, et al., 2009). Bei 53 gesunden, freiwilligen Probanden wurde, während der Präsentation von Bildern mit positiven, negativen und neutralen Inhalt, ein EEG (Elektroenzephalogramm) abgeleitet. In Anlehnung an das Paradigma von Schupp und Kollegen (Schupp, et al., 2007) wurde jede Bildkategorie jeweils in einem Durchgang als Target- und gleichzeitig die beiden anderen Kategorien als Non-Target-Bedingung dargeboten. Außerdem wurde ein Durchgang mit der Anweisung „alle gleich beachten“ (PB-Bedingung) durchgeführt. Die Angstsensitivität beeinflusst den Verlauf des EPN (early posterior negative potential). Bei hoch angstsensitiven Probanden zeigt sich ein stärker negativer Verlauf der EPN-Amplitude als bei wenig Angstsensitiven. Diese Aussage gilt für die Darbietung von neutralen und positiven Bildern bei der PB-Bedingung. Bei Probanden mit hoher Angstsensitivität verläuft sowohl bei der Target-Bedingung als auch bei der Non-Target-Bedingung das EPN signifikant negativer, als bei denjenigen mit niedriger Angstsensitivität. Ebenfalls zeigte sich das EPN-Potential während der Target- und Non-Target-Bedingung bei positiven und neutralen Bildern für hoch angstsensitive Probanden signifikant negativer als bei wenig angstsensitiven Probanden. Im LPP (late positive potential) zeigte sich kein Einfluss der Angstsensitivität auf den Verlauf des Potentials. Keine geschlechtsspezifischen Unterschiede konnten im LPP und EPN festgestellt werden.
The most prominent brain region evaluating the significance of external stimuli immediately after their onset is the amygdala. Stimuli evaluated as being stressful actuate a number of physiological processes as an immediate stress response. Variation in the serotonin transporter gene has been associated with increased anxiety- and depression-like behavior, altered stress reactivity and adaptation, and pathophysiology of stress-related disorders. In this study the instant reactions to an acute stressor were measured in a serotonin transporter knockout mouse model. Mice lacking the serotonin transporter were verified to be more anxious than their wild-type conspecifics. Genome-wide gene expression changes in the amygdala were measured after the mice were subjected to control condition or to an acute stressor of one minute exposure to water. The dissection of amygdalae and stabilization of RNA was conducted within nine minutes after the onset of the stressor. This extremely short protocol allowed for analysis of first wave primary response genes, typically induced within five to ten minutes of stimulation, and was performed using Affymetrix GeneChip Mouse Gene 1.0 ST Arrays. RNA profiling revealed a largely new set of differentially expressed primary response genes between the conditions acute stress and control that differed distinctly between wild-type and knockout mice. Consequently, functional categorization and pathway analysis indicated genes related to neuroplasticity and adaptation in wild-types whereas knockouts were characterized by impaired plasticity and genes more related to chronic stress and pathophysiology. Our study therefore disclosed different coping styles dependent on serotonin transporter genotype even directly after the onset of stress and accentuates the role of the serotonergic system in processing stressors and threat in the amygdala. Moreover, several of the first wave primary response genes that we found might provide promising targets for future therapeutic interventions of stress-related disorders also in humans.
It has been shown that applying transcranial direct current stimulation (tDCS) over the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) influences declarative memory processes. This study investigates the efficacy of tDCS on emotional memory consolidation, especially experimental fear conditioning. We applied an auditory fear-conditioning paradigm, in which two differently colored squares (blue and yellow) were presented as conditioned stimuli (CS) and an auditory stimulus as unconditioned stimulus (UCS). Sixty-nine participants were randomly assigned into three groups: anodal, cathodal, and sham stimulation. The participants of the two active groups (i.e., anodal and cathodal) received tDCS over the left DLPFC for 12 min after fear conditioning. The effect of fear conditioning and consolidation (24 h later) was measured by assessing the skin conductance response (SCR) to the CS. The results provide evidence that cathodal stimulation of the left DLPFC leads to an inhibitory effect on fear memory consolidation compared to anodal and sham stimulation, as indicated by decreased SCRs to CS+ presentation during extinction training at day 2. In conclusion, current work suggests that cathodal stimulation interferes with processes of fear memory consolidation.
Die komplexe Pathogenese von Angst und insbesondere der Panikstörung wird sowohl von genetischen Faktoren wie dem Adenosin A2A Rezeptorgen (ADORA2A) 1976T/C Polymorphismus (rs5751876) als auch von neuropsychologischen Faktoren wie einer verzerrten Emotionsverarbeitung und Defiziten in der frühen Informationsverarbeitung beeinflusst. Ziel der vorliegenden doppelblinden, Placebo-kontrollierten Studie war, ein mehrstufiges pathogenetisches Angstmodell zu etablieren, in dem der Einfluss von 300 mg Koffeinzitrat – einem Antagonisten am Adenosin A2A Rezeptor – versus Placebo 1) auf den emotionspotenzierten Startlereflex (negative, neutrale und positive Bilder aus dem International Affective Picture System (IAPS) sowie zusätzlich panikspezifisches Bildmaterial) an 115 gesunden Probanden (m = 57, w = 58) und 2) auf die frühe Informationsverarbeitung (Prepulse-Modifikation (PPM)-Paradigma mit Interstimulus Intervallen (ISI) von 60, 120, 240, 480 und 2000 ms) an vorwiegend derselben Stichprobe von 114 gesunden Probanden (m = 57, w = 57) getestet wurde. Die Probanden wurden dabei für die genetische ADORA2A 1976T/C Variante stratifiziert und mittels des Angstsensitivitäts-Index (ASI) für Angstsensitivität (AS) charakterisiert. Zusätzlich zum erwarteten Haupteffekt der Bildkategorien (höchste Startlemagnituden für negative, niedrigste für positive Bilder) konnte eine Genotyp X Intervention Interaktion auf die Bildkategorien beobachtet werden: Sowohl Trägerschaft des ADORA2A 1976TT Risikogenotyps unter Placebo als auch der Konsum von Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgerschaft stellten ein Risiko für eine ähnliche, d.h. undifferenzierte physiologische Erregung in Antwort auf negative und neutrale Reize und damit womöglich für eine erhöhte Angstbereitschaft dar. In Übereinstimmung mit dem hypothetisierten multifaktoriellen Risikomodell potenzierte Koffein in Synergie mit dem ADORA2A 1976TT Risikogenotyp die Startlereaktion spezifisch für negative emotionale Reize. Dieser Effekt wurde maßgeblich durch eine hohe Angstsensitivität verursacht. Die höchsten Startlemagnituden nach Koffeineinnahme bei negativen Bildern zeigten sich insbesondere in der weiblichen Stichprobe. Bei panikspezifischen Bildern führte Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern dazu, dass im Vergleich zu Placebo weniger zwischen negativen und Panikbildern unterschieden wurde. Bei ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern ergaben sich bzgl. der panikspezifischen Bilder weder unter Koffein- noch unter Placebobedingungen Unterschiede. Bezüglich der frühen Informationsverarbeitung konnte eine Vierfachinteraktion zwischen Genotyp, Intervention, Geschlecht und ISI beobachtet werden. Eine Stratifikation nach ISI ergab, dass die Prepulse Inhibition (PPI) nach Koffeineinnahme für das ISI von 120 ms und von 240 ms bei weiblichen ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern im Vergleich zu männlichen ADORA2A 1976TT Homozygoten eingeschränkt war, während es keine signifikanten Effekte bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern oder in der Placebogruppe gab. Nur bei hoch ängstlichen Probanden konnte ein signifikanter Interventionseffekt mit verminderter Prepulse Fazilitation (PPF; ISI von 2000 ms) unter Koffein beobachtet werden. Unsere Ergebnisse weisen auf ein komplexes, mehrstufiges und potenziell geschlechtsspezifisches pathogenetisches Angstmodell hin, bei dem genetische und biochemische Faktoren interaktiv das Risiko für defizitäre emotionale Verarbeitungsprozesse und somit möglicherweise auch für Angststörungen erhöhen. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass weibliche ADORA2A 1976TT Homozygote unter Koffein eine eingeschränkte Fähigkeit haben, irrelevante sensorische Informationen zu filtern, was die Rolle des adenosinergen Systems bei der Pathogenese von Angst zusätzlich stützt. Durch die Definition von multifaktoriellen Risikoprofilen für Angst und insbesondere die Panikstörung, wie in der vorliegenden Arbeit exemplarisch demonstriert, können in Zukunft Fortschritte in der individuellen Primär- und Sekundärprävention erzielt werden.
Methodik: Für diese Studie wurden 34 Patienten zu drei verschiedenen Zeitpunkten untersucht. Hierbei wurden die EEG-Potentiale während einer CPT-OX-Testung abgeleitet. Für die vorliegende Arbeit sollen vor allem die Daten der ersten EEG-Messung (t1) ohne Einfluss jeglicher relevanter Medikation, die Daten der zweiten EEG-Messung (Challenge; t2), welche 60 Minuten nach der Einnahme eines der drei zur Verfügung stehenden Medikamente (Methylphenidat MPH 20 mg, Atomoxetin ATX 20 mg oder Placebo) erhoben wurden, und die Langzeitergebnisse nach ca. 28 Tagen Behandlungsdauer (t3) mit Methylphenidat (MPH) oder Atomoxetin (ATX) untersucht werden. Zur Überprüfung der Alternativhypothesen H1: μ > μ0, wurden jeweils die Hirnströme der Placebo-Gruppe mit denen der Medikamentengruppen (MTP und ATX) verglichen. Zur Überprüfung der Alternativhypothese H2: µ1 ≠ µ2, wurden die beiden Wirkstoffgruppen (ATX und MTP) miteinander verglichen. Auswertbar waren zum Zeitpunkt der Challenge die Daten von 30 Patienten, zum Zeitpunkt des Follow-Ups noch 28 Patientendaten. Ergebnisse: 1. Es ergab sich ein signifikanter Unterschied der relativen P150-Amplitude unter Therapie mit Methylphenidat zwischen der Baseline (t1) und der Challenge (t2) über Elektrodenposition Fz. 2. Es ergab sich ein signifikanter Unterschied der Amplitude der N2 unter Therapie mit Atomoxetin sowohl zwischen der Baseline- (t1) und der Challenge- (t2) also auch zwischen der Baseline- (t1) und der Behandlungsmessung (t3). Im Rahmen der Challenge-Untersuchung trat ein vergleichbarer Effekt auch in der Placebogruppe auf. Außerdem zeigte die Amplitude der N2 sowohl unter Atomoxetin als auch in der Placebogruppe Anstiege zwischen der Baseline (t1) und der Challenge (t2), welche für die Methylphenidatgruppe nicht beobachtet wurden. Diskussion: Das Potential P150 repräsentiert Filterung und gerichteter Aufmerksamkeit. Diese Komponenten werden durch die kurzfristige Einnahme von Methylphenidat beeinflusst. Einen Zusammenhang zwischen Dopaminaktivität im präfrontalen Kortex und verbesserter Aufmerksamkeit konnte kürzlich gezeigt werden (Rubia et al., 2011). Unsere Ergebnisse können diesen Zusammenhang bestätigen und zeigen zudem eine direkte Korrelation zwischen der Einnahme von Mehtylphenidat und dem Potential P150. Ein Ansprechen der P150 auf Methylphenidat repräsentiert somit eine Verbesserung der Aufmerksamkeit. Das Potential N2 repräsentiert Inhibition und somit, die Impulsivität. Diese wird sowohl durch die kurzfristige, als auch durch die längerfristige Einnahme von Atomoxetin beeinflusst. Analog der o. g. Ergebnisse kann somit von einem Effekt des selektiven Noradrenalin Wiederaufnahmehemmer auf die Symptomatik der Impulsivität ausgegangen werden. Eine Korrelation von Atomoxetin und der Aktivität des rechten inferioren, frontalen Kortex konnte ebenfalls bereits gezeigt werden (Chamberlain et al., 2008). Auch diese Ergebnisse können wir mit unserer Studie bestätigen und zudem eine Korrelation zwischen der Einnahme von Atomoxetin und dem Potential N2 aufzeigen. Ein Ansprechen der N2 unter Methylphenidat repräsentiert somit eine verbesserte Inhibtionskontrolle und somit eine verminderte Impulsivität. Somit konnte gezeigt werden, dass beide Medikamente auf unterschiedliche Teilsymptome des ADHS wirken.
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.
Since the first description of a systematic mis-reaching by Balint in 1909, a reasonable number of patients showing a similar phenomenology, later termed optic ataxia (OA), has been described. However, there is surprising inconsistency regarding the behavioral measures that are used to detect OA in experimental and clinical reports, if the respective measures are reported at all. A typical screening method that was presumably used by most researchers and clinicians, reaching for a target object in the peripheral visual space, has never been evaluated. We developed a set of instructions and evaluation criteria for the scoring of a semi-standardized version of this reaching task. We tested 36 healthy participants, a group of 52 acute and chronic stroke patients, and 24 patients suffering from cerebellar ataxia. We found a high interrater reliability and a moderate test-retest reliability comparable to other clinical instruments in the stroke sample. The calculation of cut-off thresholds based on healthy control and cerebellar patient data showed an unexpected high number of false positives in these samples due to individual outliers that made a considerable number of errors in peripheral reaching. This study provides first empirical data from large control and patient groups for a screening procedure that seems to be widely used but rarely explicitly reported and prepares the grounds for its use as a standard tool for the description of patients who are included in single case or group studies addressing optic ataxia similar to the use of neglect, extinction, or apraxia screening tools.
As a consequence of obstetric complications, neonatal hypoxia has been discussed as an environmental factor in the pathophysiology of schizophrenia. However, the biological consequences of hypoxia are unclear. The neurodevelopmental hypothesis of schizophrenia suggests that the onset of abnormal brain development and neuropathology occurs perinatally, whereas symptoms of the disease appear in early adulthood. In our animal model of chronic neonatal hypoxia, we have detected behavioral alterations resembling those known from schizophrenia. Disturbances in cell proliferation possibly contribute to the pathophysiology of this disease. In the present study, we used postnatal rats to investigate cell proliferation in several brain areas following neonatal hypoxia. Rats were repeatedly exposed to hypoxia (89 % N2, 11 % O2) from postnatal day (PD) 4–8. We then evaluated cell proliferation on PD 13 and 39, respectively. These investigations were performed in the anterior cingulate cortex (ACC), caudate-putamen (CPU), dentate gyrus, and subventricular zone. Rats exposed to hypoxia exhibited increased cell proliferation in the ACC at PD 13, normalizing at PD 39. In other brain regions, no alterations have been detected. Additionally, hypoxia-treated rats showed decreased CPU volume at PD 13. The results of the present study on the one hand support the assumption of chronic hypoxia influencing transient cell proliferation in the ACC, and on the other hand reveal normalization during ageing.