Volume 17, Issue 4

Zusammenfassung In den vergangenen Jahren wurde die Bedeutung des Kortex an der Medialseite des Frontallappens für die subjektive Kontrolle menschlichen Verhaltens aufgezeigt. Meta-Analysen von funktionellen Bildgebungsstudien ergaben, dass sich im medialen Frontalkortex kritische Knotenpunkte befinden, die in einem kaudo-rostralen Gradienten empathische und abstrakte Bewertungsfunktionen somatischer Reize vermitteln. Die hirnelektrische Aktivität verändert sich im medialen Frontalkortex bis zu 120 ms nach Stimuluspräsentation und moduliert die Wahrnehmung. Diese Funktionen unterliegen einer Reifung in der Adoleszenz und ermöglichen die subjektive Perspektive im sozialen Kontext. Sie können als Ausdruck des menschlichen Spiegelneuronensystems interpretiert werden, wobei subkortikale Projektionen auch Beziehungen zum Belohnungssystem erkennen lassen. Während Läsionen des medialen Frontalkortex, wie z.B. Hirninfarkte oder Hirntumoren, sehr selten sind, finden sich häufig Beeinträchtigungen medialer Frontalhirnfunktionen bei neurologischen, psychiatrischen und psychosomatischen Krankheiten. Der mediale Frontalkortex ist somit eng mit dem Personenkonzept des Menschen verknüpft, was einen Zugang für einen interdisziplinären wissenschaftlichen Diskurs eröffnet.

Zusammenfassung Die neurowissenschaftliche Untersuchung psychischer Erkrankungen wird kompliziert durch unklare nosologische Grenzen zwischen den Krankheitsbildern, phänotypische Variabilität und die hohe inter- und intraindividuelle Varianz ihrer neurobiologischen Korrelate. Auch genetische Untersuchungen verweisen oft auf Polymorphismen, die das Risiko für mehrere Krankheitsbilder erhöhen. Eine Forschungsstrategie der letzten Dekade versuchte deshalb, genetische Varianz nicht mit klinisch definierten komplexen Krankheitsbildern zu korrelieren, sondern mit neurobiologisch näherliegenden Variablen wie der Verfügbarkeit von Rezeptoren oder neuronalen Aktivierungsmustern. Wir diskutieren ein Beispiel dieses Ansatzes und zeigen, dass solche intermediären Phänotypen (wie z.B. die neuronale Aktivierung der Amygdala bei Präsentation aversiver Reize) ähnlich wie das manifeste Verhalten vielfältigsten Einflüssen unterliegen und die versprochene Komplexitätsreduktion oft nicht erreichen. Eine alternative Strategie versteht psychische Erkrankungen nicht als separate Einheiten mit eindeutig abgrenzbaren neuronalen Korrelaten, sondern als das Resultat der Interaktion basaler Lernmechanismen (wie des Pavlovschen und operanten Konditionierens) mit komplexen Umweltfaktoren. Die Auswirkungen systematischer Veränderungen einzelner Lernparameter können dann in Tiermodellen computational erfasst und beim Menschen geprüft werden.

Zusammenfassung Chemische Synapsen stellen zentrale Elemente sowohl für Übertragung als auch Speicherung von Informationen in allen Nervensystemen inklusive unseres Gehirns dar. Sie fungieren als schnelle, hochkontrollierte und adaptive Kommunikationsstrukturen, an denen synaptische Vesikel mit spezialisierten Zellmembranen innerhalb von Millisekunden zur Fusion gebracht werden. Diese Leistungen der Synapsen werden durch eine komplexe hochgeordnete Proteinarchitektur (Zytomatrix) ermöglicht, deren Studium bis vor Kurzem eine ausschließliche Domäne der Elektronenmikroskopie war. Drosophila-Synapsen zeigen zum einen eine ausgeprägte Zytomatrix (T-bar) und erlauben gleichzeitig die effektive Anwendung genetischer Techniken beim funktionellen Studium dieser Strukturen. Der Artikel illustriert Prinzip und Anwendung unseres methodischen Spektrums beim Studium der molekularen Architektur von Drosophila-Synapsen. Hierbei spielt das Aufkommen hochauflösender Verfahren modernster Lichtmikroskopie, die in den letzten Jahren die Auflösungsschärfe bis zu 10-fach steigern konnten, eine Schlüsselrolle.

The role of the cortex at the medial aspect of the frontal lobe for the subjective control of behaviour has been elaborated in re­cent years. As apparent from meta-analy­ses of functional imaging studies, the medial frontal cortex accommodates critical nodes in a caudo-rostral gradient that are involved in the evaluation of sensorimotor, empathic and abstract information. Brain electrical activity was found to be changed in the medial frontal cortex as early as 120 ms after stimu­lus presentation in relation to the modulation of perception. These functions become estab­lished during adolescence, mediating subjective perspective in a social context. They are most likely brought about by dedicated neurons of the mirror neuron system, but sub­cortical connections suggest a relationship to the reward system. While lesions of the medial frontal cortex such as brain infarction and brain tumours are rare, impairments of me­dial frontal cortex functions occur quite frequently in neurological, psychiatric and psy­chosomatic disorders. Essentially, the medial frontal cortex is closely connected to the concept of personality, opening up an approach for an interdisciplinary scientific discourse.

Neuroscientific research in mental disorders is plagued by unclear nosological boundaries, phenotypic diversity, and high intra- and interindividual variability of identified neurobi­ological correlates. Likewise, genotypes asso­ciated with an increased risk for, e.g., schizophrenia are regularly found to also increase the risk for uni- and/or bipolar affective dis­orders. Therefore, one major research strategy of the last decade was to avoid correlation of genetic variation with complex clinical dis­orders and instead to focus on so-called intermediate or endophenotypes, i.e., neurobiological variables such as in vivo receptor expression or neuronal activation patterns, which are hypothetically more closely related to direct gene effects. We describe one such attempt and show that intermediate phenotypes such as brain activation patterns elic­ited by more or less complex cognitive tasks underlie complex regulations and influences and may thus not be the best target for neurobiological research. We suggest that in­stead of reifying brain activation as correlates of mental disorders, such disorders may best be conceptualized as results of alterations/biases in basic learning mechanisms (e.g., Pav­lovian and operant conditioning) interacting with individual and social environments and that neuroscientific research can rely on animal models and computationalized modeling to reveal their neurobiological correlates.

Chemical synapses are pivotal for information transfer and storage within neuronal circuit­y. At the same time, various diseases of the nervous system most likely originate from disturbances in synapse structure and function. Synapses are very fast, extremely con­trolled and effective communication devices, with synaptic vesicles fusing at specialized membrane domains associated with highly-ordered protein architectures (cytomatrices) traditionally seen using electron microsco­py. Drosophila synapses with prominent cytomatrices called T-bars provide per se a highly suitable model system to apply genetic analysis to the roles of these protein architectures. Here we describe the principles behind these techniques as well as their application to the analysis of the molecular architecture of the synapse. In this context, the advent of super-resolution light microscopy methods yielding two- to 10-fold higher resolution than conventional microscopy has provided an efficient tool.