Q&A Studienbrief 2

Entstehung der Neuralplatte: Beginn der ersten Ansammlung von Vorläuferzellen von

• Neuronale Proliferation: Entstehung einer großen Anzahl von Vorläuferzellen von Neu-

ronen.

• Neuronale Migration: Bewegen der Neurone zu ihren Zielorten.

• Bildung von Axonen und Synapsen: Ausbildung der Fortsätze der Neuronen und Mig- ration der Axone zu ihren Zielorten.

• Pränatale Apoptose: Kontrollierter Zelltod, der dazu dient, nicht mehr gebrauchte Zellen zu entsorgen um ein effizientes Funktionieren des Gehirns zu gewährleisten. Etwa 50% der Neurone im sich entwickelnden Gehirn werden durch Apoptose abgebaut.

Synaptogenese und Blooming: Entstehung einer großen Anzahl synaptischer Verbindung zwischen Neuronen.

• Synaptisches Pruning: Kontrollierter Abbau von etwa 50% der synaptischen Verbindungen im sich entwickelnden Gehirn. Dient dazu, ein effizientes Funktionieren des Gehirns zu gewährleisten.

• Entwicklung der grauen Substanz: Entwicklung verschiedenen Areale des Gehirns

• Myelinisierung und die Entwicklung der weißen Substanz: Isolierung der Axone mit Myelin und Entwicklung von Fasertrakten aus weißer Substanz.

Erfahrungen sind von zentraler Bedeutung für die Entwicklung des Gehirns, wie etwa durch die ERA Studie mit rumänischen Waisenkindern gezeigt wurde. Diese Kinder zeigten durch frühkindliche Deprivation trotz Adoption in ein liebvolles Umfeld kognitive und soziale Ein-schränkungen. Generell unterscheidet man zwei Arten von Erfahrungen in Bezug auf die Ge-hirnentwicklung. Auf der einen Seite die Deprivation, die auch in der ERA Studie untersucht wurde. Deprivation kennzeichnet einen Zustand, bei dem ein bestimmter Reiz wie etwa Nah-rung, Licht, oder auch soziale Zuwendung oder sprachliche Interaktion fehlen. Auf der anderen Seite gibt es die sogenannte Anreicherung, die das Gegenteil der Deprivation darstellt. Bei der Anreicherung macht der Mensch besonders förderliche Erfahrungen. Beispiele hierfür sind etwa eine sensorisch stimulierende Umgebung mit viel liebevoller sozialer Interaktion und umfangreiche frühkindliche Förderung.

• • ASS: Komplexe Störung der Entwicklung des Nervensystems. ASS zeichnet sich dadurch aus, dass die Betroffenen schwere Einschränkungen in der sozialen Kommunikation zeigen. Williams Syndrome: Die Symptome des Williams-Syndroms sind ein wenig wie das Gegenteil der ASS. Die Betroffenen sind häufig sehr sozial und zeigen ein Fehlen der üblichen sozialen Inhibition bei unbekannten Menschen, sodass sie oft als distanzlos wahrgenommen werden. Darüber hinaus zeigen sie oft eine Begeisterung für das Lesen von Büchern und gute musikalische Fähigkeiten, obwohl ihre generellen kognitiven Fähigkeiten oftmals deutlich eingeschränkt sind.

• Gehirnerschütterungen und andere Formen von Schädel-Hirn-Traumata

• Schlaganfälle

• Tumore im Gehirn

• Bakterielle und virale Infektionen des Gehirns

• Schädigung des Gehirns durch Gifte

Alzheimer-Krankheit

• Parkinson-Krankheit

• Chorea Huntington

• Multiple Sklerose

• Epilepsie

Alzheimer-Krankheit

• Parkinson-Krankheit

• Chorea Huntington

• Multiple Sklerose

• Epilepsie

2.3)

Der Begriff neuronale Plastizität bezeichnet die Fähigkeit des zentralen und peripheren Nervensystems sich selbst strukturell oder funktional als Reaktion auf Erfahrungen oder Verletzungen zu modifizieren. Neuronale Plastizität ist eine der Schlüsseleigenschaften des menschlichen Gehirns, die es ihm erlauben sich wechselnden Umweltbedingungen optimal anzupassen.

Mediale Temporallappenamnesie: Amnesie nach einer beidseitigen Entfernung des me-

dialen Temporallappens.

• Posttraumatische Amnesie: Amnesie nach einem Schädel-Hirn-Trauma.

• Amnesie beim Korsakow-Syndrom: Amnesie aufgrund einer neuronalen Atrophie wegen Vitamin-B1-Mangel. Tritt meistens bei schweren Alkoholikern auf.

• Amnesie bei der Alzheimer -Krankheit: Amnesie aufgrund der neuronalen Degeneration bei der Alzheimer-Krankheit.

• Transiente globale Amnesie: Vorübergehende komplette Amnesie, die etwa nach einer Kopfverletzung auftreten kann.

Hippocampus: Zentrale Schaltstelle im Netzwerk des Langzeitgedächtnisses

• Amygdala: Wichtig für emotionale Erinnerungen

• Neocortex: Speicherort der Erinnerungen. Der präfrontale Cortex ist für das Arbeitsge-dächtnis essentiell.

• Basalganglien: Wichtig für das Lernen von weitgehend unbewussten Gewohnheiten.

• Cerebellum: Wichtig für das prozedurale Gedächtnis.

Die Hebb'sche Regel besagt "Neurons that fire together wire together." Damit ist gemeint, dass Nervenzellen, die zusammen aktiv sind, langfristig ihre synaptischen Verbindungen miteinander stärken. Sie ist die theoretische Grundlage für das Lernen auf der Ebene der Synapsen.

• Die Erkrankung ist der Schlaganfall (auch zerebrale Ischämie, ischämischer Insult). (1P)

• Auslösende Faktoren sind z. B. eine Arteriosklerose, eine Thrombose oder ein Aneu-rysma, die zu einer Blockade des Blutflusses und Unterversorgung des Gewebes führen. (3P)

• Neuronen im betroffenen Gebiet setzen den exzitatorischen Transmitter Glutamat frei. (2P)

• Die NMDA-Rezeptoren der postsynaptischen Bahn werden übermäßig stimuliert und es strömen übermäßig Natrium- und Calcium-lonen in die Zelle. (2P)

• Die dadurch ausgelösten chemischen Reaktionen sind für die Zelle toxisch und führen zu einem Absterben der Zelle. (2P)

• Hier bestehen mehrere neuropathologische Prozesse und Erklärungen wie z. B. Tumoren (Neurinome, Gliome, Astrozytome), die raumfordernd sind und Gewebe zer-stören.

• Ferner virale Infektionen wie Herpes-Simplex-Enzephalitis, Enzephalitis durch das Varizella-Zoster-Virus, Enzephalitis durch das Tollwut-Virus, hier sterben infizierte Zellen ab.

: umenzele Syndrome, bei denen durch exischa erungen von Eiveisen und intra-

zellulären Zerstörungen die Zellfunktion geschädigt wird.

• Weitere Möglichkeiten sind Epilepsie, Multiple Sklerose und die Parkinson-Krank-heit.

GWAS („Genome-wide Association Studies") sind ein assoziativer Ansatz, bei dem viele Gene bzw. SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) auf einen Zusammenhang mit einem interessierenden Phänotypen getestet werden. Dafür ist eine Experimentalgruppe nötig, die den Phänotypen aufweist und eine Kontrollgruppe, die den Phänotypen nicht zeigt. Von beiden Gruppen werden Genetikproben genommen und es wird auf Korrelationen zwischen verschiedenen SNPs und dem interessierenden Phänotypen getestet. Die Suche nach relevanten Assoziationen erfolgt dabei genomweit. Entsprechend sind GWAS datengeleitet und testen im Gegensatz zum Kandidatengen-Ansatz keine a priori gewählten Gene. Die Ergebnisse einer GWAS werden typischerweise in Form eines Manhatten Plots dargestellt. Die Ergebnisse von GWAS sind li-mitiert, da sie nicht immer im Zuge für den Phänotypen relevanter biologischer Prozesse erklärt

werden konnen una ormais nient rephziert werden konnten.

bezeichnet die wissenschaftliche Untersuchung von Veränderungen in der Genexpression, die nicht durch Änderungen in der DNA-Sequenz selbst, sondern durch andere Mechanismen beeinflusst werden. Diese Veränderungen können durch Umweltfaktoren, Ernährung, Stress oder bestimmte Verhaltensweisen ausgelöst werden und haben Einfluss darauf, wie Gene “ein-” oder “ausgeschaltet” werden.

Zu den wichtigsten epigenetischen Mechanismen gehören:

1. DNA-Methylierung: Hierbei wird eine Methylgruppe an die DNA angeheftet, was die Aktivität eines Gens hemmen kann, ohne die eigentliche DNA-Sequenz zu verändern.

2. Histonmodifikation: Die DNA ist um Histonproteine gewickelt. Veränderungen an diesen Proteinen können die Zugänglichkeit der DNA für die Transkription beeinflussen und so die Genaktivität regulieren.

ASS: Die Autismus-Spektrum-Störung (ASS) ist eine komplexe Störung der Entwicklung des Nervensystems, die typischerweise in der frühen Kindheit beginnt. Das Spektrum umfasst dabei drei ehemals getrennte Diagnosen. ASS zeichnet sich durch Symptome in zwei Bereichen aus.

Einerseits kommt es zu anhaltenden Defiziten bei der Initiierung Aufrechterhaltung sozialer Kommunikation und sozialer Interaktion. Andererseits zeigen sich anhaltende eingeschränkte, sich wiederholende. unflexible Verhaltensmuster oder Interessen. die fur das Alter und den so-ziokulturellen Kontext untypisch oder übertrieben sind. Unter Jungen/Männern findet sich eine höhere Prävalenz für die ASS. Die ASS hat vermutlich genetische sowie umweltbedingte Grundlagen und zeigt sich auf neuronaler Ebene in atypischen Verbindungen zwischen verschiedenen Hirnarealen im Zuge weißer Substanz. Zurzeit ist die ASS nicht heilbar und (medi-kamentös) schwer zu behandeln.

Die fünf wichtigsten Formen neurologischer Erkrankungen beim Menschen sind:

1. Alzheimer-Krankheit

2. Parkinson-Krankheit

3. Chorea Huntington

4. Multiple Sklerose Epilepsie

Die drei Regenerationsprozesse, die bei Behandlungen von Hirnschädigungen eintreten kön-nen, sind die folgenden:

• Degeneration: beschreibt den Prozess, dass geschädigte Neuronen durch das Immunsystem abgebaut werden. Dies ist vakant, um eine Ansammlung defekter Zellen im Gehir zu ver-hindern.

• Reorganisation: beschreibt den Effekt, dass Schädigungen einer Hirnregion ausgeglichen werden können, indem andere Gehirnareale die Funktion der geschädigten Bereiche übernehmen können.

• Funktionelle Erholung: Eine Verbesserung beeinträchtigter Funktionen kann auch dadurch zustande kommen, dass Schwellungen im Gehirn zurückgehen oder Patientinnen und Patienten kognitive Ressourcen intakter Areale nutzen, um Aufgaben zu lösen.

Der Begriff neuronale Plastizität bezeichnet die Fähigkeit des zentralen und peripheren Nervensystems, sich selbst strukturell oder funktional als Reaktion auf Erfahrungen oder Verletzungen zu modifizieren. Neuronale Plastizität ist eine der Schlüsseleigenschaften des menschlichen Gehirns, die es ihm erlauben, sich wechselnden Umweltbedingungen optimal anzupassen. Ein Beispiel für neuronale Plastizität im Erwachsenenalter kann in einer Studie mit Londoner Taxifahrern gefunden werden. Hier zeigte sich, dass die Tätigkeit des Taxifahrens in London im Vergleich zu einem früheren Zeitpunkt zu einer Volumenzunahme im Hippocampus (Hirnregion, die mit räumlicher Orientierung assoziiert ist) führte. Dies zeigt, dass das intensive Üben einer Aufgabe oder das Ausüben einer Funktion auf die Struktur unseres Gehirns zurück- wirken kann.

Unter dem Leitsatz „Use it or lose it!" subsummiert man die Tatsache, dass sich bei Vernachlässigung gewisser Funktionen die damit assoziierten Hirnregionen verkleinern können. Dies kann mit dem Abbau synaptischer Verbindungen in der Entwicklung verstanden werden und hat einen hohen funktionalen Charakter. Infrastruktur, die im Gehirn nicht genutzt wird, wird abgebaut, um „aufzuräumen" und anderen Funktionen Platz zu bieten.

Unterformen des Langzeitgedächtnisses sind die folgenden:

• deklaratives (explizites) Gedächtnis mit episodischem und semantischem Gedächtnis

• nondeklaratives (implizites) Gedächtnis mit prozeduralem Gedächtnis, Priming und Kon-

altonierung

Die Komponenten des Arbeitsgedächtnisses nach Baddeley & Hitch (1974) sind:

• zentrale Exekutive

• visuell-räumlicher Notizblock

• phonologische Schleife

• episodischer Puffer

3.5)

Der Begriff des stimmungskongruenten Erinnerns bezieht sich auf die Tatsache, dass es uns leichter fällt, uns an Gedächtnisinhalte zu erinnern, die mit unserer Stimmung während des Abrufes übereinstimmen. Wenn wir in einer traurigen Stimmung sind, fällt es uns beispielsweise leichter, Erinnerungen an traurige Ereignisse abzurufen als an fröhliche.