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- N-8985-2015 (1)
In the recent years, translational studies comparing imaging data of animals and humans have gained increasing scientific interests with crucial findings stemming from both, human and animal work. In order to harmonize statistical analyses of data from different species and to optimize the transfer of knowledge between them, shared data acquisition protocols and combined statistical approaches have to be identified. Following this idea, methods of data analysis, which have until now mainly been used to model neural responses of electrophysiological recordings from rodent data, were applied on human hemodynamic responses (i.e. Blood-Oxygen-Level-Dependent BOLD signal) as measured via functional magnetic resonance imaging (fMRI).
At the example of two attention and impulsivity networks, timing dynamics and amplitude of the fMRI signal were determined (study 1). Study 2 described the same parameters frequency-specifically, and in study 3, the complexity of neural processing was quantified in terms of fractality. Determined parameters were compared with regard to the subjects’ task performance / impulsivity to validate findings with regard to reports of the current scientific debate.
In a general discussion, overlapping as well as additional information of methodological approaches were discussed with regard to its potential for biomarkers in the context of neuropsychiatric disorders.
In the recent years, translational studies comparing imaging data of animals and humans have gained increasing
scientific interests with crucial findings stemming from both, human and animal work. In order to harmonize
statistical analyses of data from different species and to optimize the transfer of knowledge between them, shared
data acquisition protocols and combined statistical approaches have to be identified. Following this idea, methods
of data analysis, which have until now mainly been used to model neural responses of electrophysiological
recordings from rodent data, were applied on human hemodynamic responses (i.e. Blood-Oxygen-Level-
Dependent BOLD signal) as measured via functional magnetic resonance imaging (fMRI).
At the example of two attention and impulsivity networks, timing dynamics and amplitude of the fMRI signal were
determined (study 1). Study 2 described the same parameters frequency-specifically, and in study 3, the
complexity of neural processing was quantified in terms of fractality. Determined parameters were compared with
regard to the subjects’ task performance / impulsivity to validate findings with regard to reports of the current
scientific debate.
In a general discussion, overlapping as well as additional information of methodological approaches were
discussed with regard to its potential for biomarkers in the context of neuropsychiatric disorders.
Neurotrophine beeinflussen durch die Modulation von Prozessen wie Zellproliferation, -migration, Apoptose und Synapsenbildung entscheidend die neuronale Plastizität. Sie gelten deshalb als Kandidatengene neuronaler Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen (ASS). Die vorgelegte Arbeit zielt auf die weitere Klärung der Rolle von Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) bei der Ätiopathophysiologie der ASS durch Expressionsanalysen im Blut als potenziellem Surrogat zentralnervöser Prozesse.
In gut charakterisierten ASS-Stichproben und - neben gesunden Kontrollprobanden - einer klinischen Kontrollgruppe von Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS) wurde die BDNF-mRNA-Expression in Vollblut sowie BDNF-Proteinserumkonzentrationen untersucht. Zusätzlich wurden mögliche Einflussfaktoren auf die BDNF-Werte wie Alter, IQ, autismusspezifische Symptomatik, Komorbidität und Medikation analysiert.
In einer ersten Stichprobe (ASS-Patienten versus gesunde Kontrollen) wurden
signifikant erniedrigte BDNF-Serumkonzentrationen in der Patientengruppe mittels
Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay gemessen (p = 0,040). In einer zweiten unabhängigen Stichprobe (Patienten mit ASS, Patienten mit ADHS und gesunde Kontrollen) wurde auf mRNA-Ebene mittels quantitativer Real-Time-Polymerasekettenreaktion ebenfalls ein signifikanter Gruppenunterschied ermittelt mit erniedrigter BDNF-Expression in der ASS-Gruppe im Vergleich zu gesunder Kontrollgruppe (p = 0,011), sowie einem Trend zu erniedrigten BDNF-Werten bei ADHS-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden (p = 0,097). Des Weiteren wurde eine signifikante negative Korrelation zwischen Alter und BDNF-mRNA-Expression bei Patienten mit ASS sowie eine positive Korrelation von Alter und BDNF-Serumkonzentrationen bei gesunden Kontrollen gemessen. Auch korrelierten die BDNF-Werte im Serum mit der Ausprägung des autistischen Phänotyps. In einer Subgruppe der ADHS-Patienten wurde kein Einfluss von Psychostimulanzien auf die BDNF-mRNA-Expression gemessen.
Der Einbezug größerer Stichproben sowie die systematische Erfassung weiterer potenzieller Einflussfaktoren auf die BDNF-Expression (wie pubertärer Entwicklungsstand bzw. Geschlechtshormonkonzentrationen) könnten in zukünftigen Studien zu einer weiteren Klärung der pathophysiologischen Rolle von BDNF bei Kindern und Jugendlichen mit ASS beitragen.
Neurotrophine beeinflussen durch die Modulation von Prozessen wie Zellproliferation, -migration, Apoptose und Synapsenbildung entscheidend die neuronale Plastizität. Sie gelten deshalb als Kandidatengene neuronaler Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen (ASS). Die vorgelegte Arbeit zielt auf die weitere Klärung der Rolle von Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) bei der Ätiopathophysiologie der ASS durch Expressionsanalysen im Blut als potenziellem Surrogat zentralnervöser Prozesse.
In gut charakterisierten ASS-Stichproben und - neben gesunden Kontrollprobanden - einer klinischen Kontrollgruppe von Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS) wurde die BDNF-mRNA-Expression in Vollblut sowie BDNF-Proteinserumkonzentrationen untersucht. Zusätzlich wurden mögliche Einflussfaktoren auf die BDNF-Werte wie Alter, IQ, autismusspezifische Symptomatik, Komorbidität und Medikation analysiert.
In einer ersten Stichprobe (ASS-Patienten versus gesunde Kontrollen) wurden
signifikant erniedrigte BDNF-Serumkonzentrationen in der Patientengruppe mittels
Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay gemessen (p = 0,040). In einer zweiten unabhängigen Stichprobe (Patienten mit ASS, Patienten mit ADHS und gesunde Kontrollen) wurde auf mRNA-Ebene mittels quantitativer Real-Time-Polymerasekettenreaktion ebenfalls ein signifikanter Gruppenunterschied ermittelt mit erniedrigter BDNF-Expression in der ASS-Gruppe im Vergleich zu gesunder Kontrollgruppe (p = 0,011), sowie einem Trend zu erniedrigten BDNF-Werten bei ADHS-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden (p = 0,097). Des Weiteren wurde eine signifikante negative Korrelation zwischen Alter und BDNF-mRNA-Expression bei Patienten mit ASS sowie eine positive Korrelation von Alter und BDNF-Serumkonzentrationen bei gesunden Kontrollen gemessen. Auch korrelierten die BDNF-Werte im Serum mit der Ausprägung des autistischen Phänotyps. In einer Subgruppe der ADHS-Patienten wurde kein Einfluss von Psychostimulanzien auf die BDNF-mRNA-Expression gemessen.
Der Einbezug größerer Stichproben sowie die systematische Erfassung weiterer potenzieller Einflussfaktoren auf die BDNF-Expression (wie pubertärer Entwicklungsstand bzw. Geschlechtshormonkonzentrationen) könnten in zukünftigen Studien zu einer weiteren Klärung der pathophysiologischen Rolle von BDNF bei Kindern und Jugendlichen mit ASS beitragen.
ADHS-Patienten im Alter von 8-12 Jahren wurde ein Ruhe-EEG von 10 Minuten jeweils mediziert sowie medikamentennüchtern abgeleitet und mittels des Vigilanzalgorithmus Leipzig von Hegerl und Hensch (2012) ausgewertet und den bei gesunden Kontrollkindern gleichen Alters gemessenen EEG-Frequenzen nach Auswertung durch die gleiche Methode gegenübergestellt.
Die Erleichterung von einem körperlichen Schmerzreiz besitzt appetitiven Charakter (Leknes et al., 2008; 2011; Seymour et al., 2005), aktiviert belohnungsassoziierte Hirnstrukturen (Leknes et al., 2011; Leknes & Brock, 2014; Leknes & Tracey, 2008; Navratilova & Porreca, 2014) und fördert durch ihre Konditionierbarkeit als Erleichterungslernen bezeichnete appetitive Lern- und Konditionierungsprozesse (Andreatta et al., 2010, 2012; 2013; 2017; Gerber et al., 2014; Tanimoto et al., 2004; Yarali et al., 2008).
Die vorliegende Arbeit bestätigt das angewandte Versuchsparadigma als valides Modell für Erleichterungslernen im Menschen und zeigt erstmals, dass der appetitive Charakter von Schmerzerleichterung auch in Jugendlichen konditionierbar ist. Erfolgreiches Erleichterungslernen zeigte sich dabei in der untersuchten Stichprobe lediglich auf impliziter, nicht aber auf expliziter, kognitiver Ebene. Dies stützt Thesen und vorherige Forschungsbefunde einer Dualität assoziativen Lernens in ein implizites Lernen, welches vornehmlich subkortikale Strukturen erfordert und ein explizites Lernen, das vorrangig kortikale Strukturen wie den präfrontalen Cortex involviert (Andreatta et al., 2010; Strack & Deutsch, 2004; Williams et al., 2001). Die Beobachtungen einer differenten Furcht- versus Erleichterungs-Extinktion bestärken die Thesen eines diversen neuronalen Hintergrunds dieser beiden Lernformen (Diegelmann et al., 2013; Gerber et al., 2014; Yarali et al., 2009; Yarali & Gerber, 2010). Gleichzeitig werfen die Studienergebnisse die Frage auf, ob und inwiefern im Erleichterungslernen von Jugendlichen Unterschiede zu jenem in Erwachsenen bestehen.
Die Hypothese einer verstärkten Akquisition von Erleichterungslernen bei Jugendlichen mit NSSV im Vergleich zu gesunden Jugendlichen ließ sich in der vorliegenden Studie nicht bestätigen. Somit liefern die Ergebnisse keinen direkten Hinweis darauf, dass ein verstärktes Lernen durch Schmerzerleichterung an der Ätiopathogenese von NSSV beteiligt sein könnte. Die vorliegende Arbeit zeigte vielmehr die Tendenz eines abgeschwächten impliziten Erleichterungslernens bei den Jugendlichen mit NSSV. Die tendenziellen Gruppenunterschiede ließen sich nicht hinreichend durch eine differente aktuelle Stimmungslage oder durch eine unterschiedlich starke Ausprägung aversiver emotionaler Anspannungen oder momentaner Angstaffekte erklären. Innerhalb der Gruppe Jugendlicher mit NSSV zeigte sich auch kein Hinweis darauf, dass der Erfolg von Erleichterungslernen vom Schweregrad des NSSV oder von der aktuellen Einnahme von Antidepressiva abhängig sein könnte. Explorative Analysen ergaben, dass Gruppeneffekte in der vorliegenden Studie womöglich aufgrund einer statistischen Unterschätzung, bedingt durch einen zu geringen Stichprobenumfang, nicht das Signifikanzniveau erreichten und dass Unterschiede im Erleichterungslernen von Jugendlichen mit und ohne NSSV tatsächlich sogar noch stärker ausgeprägt sein könnten. Somit sollte die vorliegende Arbeit als Pilotstudie für zukünftige größer angelegte Studien zu Erleichterungslernen bei NSSV betrachtet werden.
Zukünftige Studien erscheinen insbesondere sinnvoll mit Blick auf die hohe klinische sowie gesellschaftliche Relevanz von NSSV für welches, trotz der hohen Prävalenzen und des deutlich erhöhten Morbiditäts- und Mortalitätsrisikos, zum aktuellen Zeitpunkt noch keine hinreichenden Erklärungsmodelle bestehen. Die Studie bestätigte das Vorliegen eines erhöhten Grades aversiver emotionaler Anspannung in Jugendlichen mit NSSV, welcher zuvor nur an Erwachsenen mit einer BPD untersucht und festgestellt worden war (Niedtfeld et al., 2010; Stiglmayr et al., 2005). Die Abnahme negativer Affekte bei den Jugendlichen mit NSSV im Studienverlauf repliziert die Ergebnisse vorheriger Studien, in denen eine Reduktion selbst-berichteter negativer Affekte durch die Beendigung eines Schmerzreizes beobachtet wurde (Bresin et al., 2010; Bresin & Gordon, 2013). Damit bestärken die Studienergebnisse bestehende Erklärungsmodelle für NSSV, welche eine entscheidende Beteiligung der körperlichen Schmerzen und der Schmerzerleichterung bei der Selbstverletzung an der Affektregulation vermuten. Weiterhin wirft die vorliegende Arbeit die Frage auf, welche Rolle eine veränderte Wahrnehmung von Schmerz und Schmerzerleichterung in der Ätiopathogenese von NSSV einnimmt und wie diese sich auf Lernprozesse auswirkt.
Insgesamt erbrächten weitere Erkenntnisse über den potenziellen Zusammenhang von NSSV und abweichendem Erleichterungslernen ein besseres Verständnis für Mechanismen der Entstehung und Aufrechterhaltung von NSSV und böten zudem möglicherweise Ansätze für neue Therapiemöglichkeiten des Störungsbildes.
One of the features that defines humans as extraordinarily social beings is their striking susceptibility to the gaze of others. The research reported in this dissertation was undertaken to advance our understanding of the role of gaze cues in low-level attentional and higher-order cognitive processes. In particular, effects of gaze were examined with regard to three aspects of human cognition: (1) social attention, (2) social interaction and (3) social understanding. Chapter 1 consists of three manuscripts that investigate the boundary conditions of attention capture by direct gaze and how gaze direction is integrated with facial context information. Manuscript 1 and 2 suggest two necessary requirements for attention capture by direct gaze: a meaningful holistic facial context and sharp foveal vision, respectively. Manuscript 3 shows approach/avoidance-congruency effects between gaze direction and emotion expression on attention. Chapter 2 of this dissertation explores the role of gaze in more naturalistic social scenarios. Manuscript 4 demonstrates that gaze behavior during a conversation shapes our perception of another person. Manuscript 5 builds on these findings by showing that these perceptions define our willingness to act in a prosocial way towards our interaction partner. Finally, chapter 3 adopts a broader perspective on social cognition research with a special focus on methodological aspects. Manuscript 6 is a review highlighting the significance of methodological aspects in social cognition research and stressing the importance of sophisticated decisions on task and stimulus materials. Manuscript 7 introduces a new instrument for the assessment of social understanding in adolescents. Initial application in a young sample group indicates that an understanding of another person’s mental states is a capacity that is still developing throughout adolescence. Both manuscripts of this final chapter include eye tracking data that suggest a relationship between gaze behavior and social understanding, a finding that further emphasizes the complex and multifaceted nature of social cognition. I conclude from the findings of this dissertation that research can benefit from adopting a broad view in terms of methodological as well as temporal aspects in order to capture human social cognition in its entirety.
Bruxismus bezeichnet eine sich wiederholende Kaumuskelaktivität mit Knirschen oder Aufeinanderpressen der Zähne. Während bei Erwachsenen die Ursachen und die Pathophysiologie schon weitreichend erforscht wurden, gab es bei Kindern bislang keine systematische Untersuchung hinsichtlich des Zusammenhangs mit psychopathologischen Faktoren. Deshalb wurde unsere Studie nun erstmals mit Bruxismusmessung nach Goldstandard sowie mit normierten und validierten Fragebögen zu verschiedenen psychosozialen Dimensionen als Querschnittsuntersuchung bei 53 acht- bis zwölfjährigen Kindern durchgeführt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf den hypothetisierten Zusammenhang zwischen Schlafbruxismus und Angstsensitivität sowie Angstintensität gelegt. Außerdem wurde der Einfluss weiterer psychosozialer Faktoren (wie Lebensqualität, Anzahl negativer Lebensereignisse, Verhaltensauffälligkeiten, ADHS-Symptomatik, depressive Symptomatik, Zwangssymptomatik, Ticsymptomatik, Alter und Geschlecht) auf die o.g. Prädiktoren per multipler Regressionsanalyse geprüft.
Auf Basis der durchgeführten Untersuchung ergaben sich keine Hinweise auf eine Assoziation von Bruxismus zu psychosozialen Dimensionen. Die vorbeschriebenen Zusammenhänge erwiesen sich als statistisch nicht signifikant. Dies mag zum einen der Stichprobenauswahl von gesunden Kindern geschuldet sein, die weder von Bruxismus noch von anderen Faktoren vorbekannt klinisch beeinträchtigt waren. Andererseits können aber auch fehlerhafte Ausgangsüberlegungen durch nicht dem Goldstandard entsprechenden Messungen der Vorstudien zu diesem Ergebnis geführt haben. Darüber hinaus verläuft die Kindesentwicklung interindividuell sehr variabel und temporäre myofunktionelle Beeinträchtigungen können ohne Bezug zu psychischer Belastung auftreten.
Es wurden mögliche frühzeitige Immunoseneszenzparameter bei Kindern mit Autismus und ADHS im Vergleich zu gesunden Kontrollen mittels real-time quantitativer PCR ermittelt. Zusätzlich wurden T-Zell-spezifische Transkriptionsfaktoren mittels real-time quantitativer PCR gemessen. Es zeigte sich bei Autismus, im Vergleich zu gesunden Kontrollen, eine signifikant erniedrigte Anzahl von TRECs und eine signifikant erhöhte Expression des Th2-Zell-Transkriptionsfaktors GATA3. Schlußendlich scheint es eine schnellere Alterung des Thymus bei Kindern mit Autismus zu geben. Weitere Untersuchungen zur genaueren Differenzierung sind notwendig.
Einige psychiatrische Erkrankungen gehen mit einer Veränderung der Riechfunktion einher. In aktuellen Tiermodellen wurde durch Stimulation der Raphe Kerne, die unter anderem zum Bulbus Olfaktorius projizieren, das serotonerge System als Einflussfaktor der Riechfunktion erkannt. Unsere Hypothese geht davon aus, dass das serotonerge System die Riechleistung beeinflussen könnte. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden drei Gene des serotonergen Systems und deren psychiatrisch relevante Genpolymorphismen ausgewählt und untersucht: TPH2 (Tryptophanhydroxylase 2, rs4570625), 5-HTTLPR (Serotonintransporter-Längenpolymorphismus) und 5-HT2C (Serotonintransporter, rs3813929).
Insgesamt wurden 173 gesunde Kinder eingeschlossen und auf deren Riechleistung (Riechschwelle und Diskrimination) hin mittels des Sniffin’Sticks Tests untersucht. Träger des T-Allels des TPH2-Polymorphismus sowie Träger des s-Allels, des 5-HTTLPR wiesen eine signifikant bessere Diskrimination von Gerüchen auf. Der Effekt des 5-HTTLPR ließ sich auf die Mädchen in der Stichprobe zurückführen. Der Genpolymorphismus des 5-HT2C Rezeptors wirkte sich nicht signifikant auf die Riechleistung aus. In Bezug auf die Riechsensitivität zeigten sich keine signifikanten Modulationen durch die untersuchten Genvarianten.
Gene des serotonergen Systems üben bei gesunden Kindern einen modulierenden Einfluss auf die Riechfunktion aus, insbesondere auf die Riechdiskrimination. Von besonderer Bedeutung scheinen in diesem Zusammenhang der Serotonintransporter 5-HTTLPR und das Syntheseenzym TPH2 zu sein.