Volume 14, Issue 2

Zusammenfassung Die Funktionsweise des Gehirns beruht auf komplex verschalteten Netzwerken von Nervenzellen und umgebenden Gliazellen. Die Erregungsmuster in diesen Netzwerken bilden die Grundlage für die Verarbeitung sensorischer Reize, für Gedächtnisbildung, und für Verhalten. Die Messung der räumlichen und zeitlichen Aktivitätmuster in neuronalen Netzwerken im lebenden Gehirn ist daher ein wesentliches, bisher jedoch unvollständig erreichtes Ziel der Hirnforschung. Elektrische Ableitverfahren ermöglichen zumeist nur punktuelle Messungen und auch optische Verfahren zur in vivo Darstellung zellulärer Aktivität, wie die 2-Photonen-Laserscanning-Mikroskopie, sind im Hinblick auf Geschwindigkeit und Bildfeld begrenzt. Insbesondere wird beim konventionellen, rasterförmigen Laserscanning die dreidimensionale Struktur neuronaler Schaltkreise im Hirngewebe nicht berücksichtigt. Hier präsentieren wir neuartige Laserscanning-verfahren, die mithilfe mechanischer Schwingungen des Mikroskopobjektivs schnelle funktionelle Bildgebung in 3D ermöglichen. Die neuen Methoden erlauben Aufnahmen von 3D-Aktivitätsmustern in lokalen Netzwerken von mehreren hundert Zellen sowie neue Blickwinkel auf Erregungsmuster in einzelnen Neuronen. Sie eröffnen damit neue Möglichkeiten der in vivo Untersuchung neuronaler Schaltkreise.

Zusammenfassung Die Entzündungsreaktion spielt eine entscheidende Rolle bei der zerebralen Ischämie. Für das Auslösen der Entzündung spielen proinflammatorische Zytokine wie das Interleukin-1β (IL-1β) eine zentrale Rolle. Obwohl bekannt war, dass Caspase-1 für die Prozessierung von IL-1β notwendig ist, blieben die vorgeschalteten Signaltransduktionswege bis vor kurzem weitgehend unbekannt. Zuletzt ist mit der Charakterisierung des Inflammasoms die Identifizierung des Multiprotein-Komplexes gelungen, der für die Aktivierung der Caspase-1 verantwortlich ist. Die Aktivierung des Inflammasoms kann aber nicht nur zur erhöhten Interleukin-Sekretion, sondern auch zum Zelltod, oder der Entwicklung eines stressresistenten Zustandes führen. Während die Bedeutung des Inflammasoms bei systemischen entzündlichen Erkrankungen bereits gut belegt ist, bleibt die Bedeutung dieses Multiproteinkomplexes bei neurodegenerativen Erkrankungen noch zu klären. In dieser Übersichtsarbeit sollen nicht nur die zugrunde liegenden Theorien (z.B. danger theory) erörtert werden, sondern auch die assoziierten Signalwege, die zur Inflammasom-Aktivierung bei neurodegenerativen Erkrankungen führen können. Mögliche Auswirkungen der Entzündungsreaktion werden diskutiert (z.B. neurodegenerativ versus neuroregenerativ).

Zusammenfassung Die somatischen Konsequenzen des Zigarettenrauchens und die resultierenden gesundheitsökonomischen Probleme sind bekannt, die Auswirkungen einer während der Gehirnentwicklung stattfindenden Nikotinexposition werden derzeit noch unterschätzt. Nikotinabhängigkeit sowie das ADHS (Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitäts- Syndrom) sind mit einem Nikotinkonsum der Mütter der Betroffenen während der Schwangerschaft assoziiert. Auch finden sich erste Hinweise darauf, dass Nikotinmissbrauch in der Jugend die Funktion des zerebralen Aufmerksamkeitsnetzwerkes und das Gedächtnis nachhaltig beeinträchtigen kann. Unklar ist hingegen bislang, welche Auswirkungen eine Nikotinexposition auf die Entstehung von psychiatrischen Erkrankungen hat. Tierexperimentelle und klinische Studien haben ergeben, dass eine Nikotinexposition während der Gehirnentwicklung - beginnend pränatal bis zur Adoleszenz - neben morphologischen Veränderungen zu einer persistierenden Beeinflussung neuronaler Transmissionssysteme führen kann. Es sollte mehr Aufklärung in der Bevölkerung erfolgen, um Nikotinkonsum bereits während der Schwangerschaft sowie bei Kindern und Jugendlichen zu vermeiden.Von entscheidender Bedeutung wird es außerdem sein, dass die zentralnervösen Nikotineffekte während der neuronalen Entwicklung noch besser verstanden werden. Unter anderem zu diesem Zweck wurde im vergangenen Jahr ein Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingerichtet; Nikotin: Molekulare und physiologische Effekte im zentralen Nervensystem (SPP1226).

Zusammenfassung Brain-Computer Interfaces (BCI) verbinden das menschliche Gehirn mit einem externen System. Die Aktivität des Gehirns kann nicht-invasiv mithilfe des Elektroenzephalogramms, Magnetoenzephalogramms und bildgebender Verfahren oder invasiv mittels des Elektrokortikogramms und intrakortikal erfasst werden. In einem Rückkopplungsprozess erhalten Probanden visuelle, auditorische oder taktile Echtzeitrückmeldung der Aktivität des Gehirns (Neurofeedback) und können so lernen, die entsprechende Aktivität zu regulieren. Mittlerweile wurde vielfach nachgewiesen, dass schwerstgelähmte Patienten, z.B. nach Schlaganfall oder im Endstadium neurodegenerativer Erkrankungen, denen kaum noch eine willentliche Muskelkontraktion bleibt, mit einem BCI kommunizieren können. Neurofeedback wurde auch erfolgreich eingesetzt, um kognitive und motorische Leistungen zu verbessern und emotionale Reaktionen zu beeinflussen. So konnte z.B. bei Kindern mit Aufmerksamkeits-Hyperaktivitätsstörung eine Verbesserung der Symptomatik erzielt werden. Auch wenn es noch diverse technische Probleme zu lösen und der Einfluss psychologischer Variablen, wie Motivation, Attributionsstile und Vorstellungskraft auf die BCI-Leistung aufzuklären gilt, halten wir die Zeit für gekommen, BCI vermehrt im klinischen Alltag einzusetzen.