Band 20, Heft 1

Zusammenfassung Gedächtnisinhalte werden durch gebahnte synaptische Ausbreitung elektrischer Signale in neuronalen Netzwerken repräsentiert. Die Aufnahme neuer oder die Än­derung alter Gedächtnisinhalte wird durch plastische Fähigkeiten unseres Gehirns ermöglicht. Molekulare synaptische Plastizitätsprozesse in neuronalen Netzen werden deswegen als zelluläres Korrelat für Lern- und Gedächtnisprozesse angesehen. Dem Wachstumsfaktor Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) wird hier eine bedeu­tende Rolle zugewiesen. Neben seiner Aufgabe bei neuronalen Plastizitätsprozessen wie z.B. der Langzeitpotenzierung synaptischer Verbindungen koordiniert er eine Vielzahl von zellulären Funktionen, wie die Differenzierung neuronaler Vorläufer­zellen, die Synaptogenese und das Überleben von Neuronen. Zur Entfaltung seiner neuroprotektiven und plastizitätsfördernden Wirkung im jeweiligen Zielgebiet sind anterograde und retrograde Transportprozesse sowie die Exo- und Endocytose der BDNF-beinhaltenden Vesikel notwendig. Eine Störung dieser Prozesse kann zu einer Unter- oder Fehlversorgung neuronaler Strukturen mit BDNF führen, mit der Kon­sequenz, dass zelluläre Plastizitätsprozesse nicht mehr fehlerfrei ablaufen können und Gedächtnisspuren schlechter oder fehlerbehaftet abgelegt werden. Da Kognition und psychische Gesundheit auf eine intakte Abspeicherung und Veränderung von Gedächtnisinhalten angewiesen sind, wird angenommen, dass ein veränderter BDNF-Stoffwechsel (in der Regel ein Mangel) an einer Reihe von neurodegenerativen und psychischen Erkrankungen mit beteiligt sein könnte. Der vorliegende Artikel stellt eine Übersicht des derzeitigen Kenntnisstandes über die Verbindung zwischen der zellulären Verarbeitung von BDNF, der Funktion des Proteins bei Plastizitätsprozessen und verschiedenen Erkrankungen des Gehirns dar.

Zusammenfassung Verletzungen des zerebralen Kortex gehören weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Die erste Woche post-Insult stellt dabei ein wichtiges Zeitfenster für die spätere Erholung der Patienten dar. Während oft eine spontane und mindestens partielle Erholung der zerebralen Funktionen beobachtet wird, zeigen andere Patienten Komplikationen wie z.B. verzögert entwickelnde Epilepsien. Viele Studien zeigen, dass solche Epilepsien durch komplexe funktionelle Veränderungen in der intrakortikalen neuronalen Hem­mung im Läsionsrandbereich ausgelöst werden können. So können pathophysiologische Änderungen in der GABAergen Hemmung Hirnfunktionen wie neuronale Erregbarkeit, Plastizität und kortikale Netzwerke verändern. Die Optimierung der therapeutischen Strategien erfordert daher auch ein tiefes Verständnis der Läsions-induzierten Verände­rungen in der GABAergen Hemmung auf der zellulären- und Netzwerkebene. In diesem Übersichtsartikel stellen wir einige neuere Studien vor, die sich mit Veränderungen der inhibitorischen synaptischen Übertragung und den verschiedenen Subtypen GABAerger Interneurone nach einer fokalen Gehirnverletzung beschäftigt haben.

Zusammenfassung Um die Natur von Motorkortexsignalen zu verstehen, müssen der innere Aufbau und die afferenten Verbindungen von sog. zentralen Mustergeneratoren (Engl. central pat­tern generators, CPGs) aufgeklärt werden - spezialisierte, sub-kortikale Netzwerke, welche die afferenten Motorkortexsignale in detaillierte Muskelaktivierungen über­setzen. Diskontinuitäten in der Bewegungskarte des Motorkortex könnten Fortschritte in dieser Frage erbringen, da sie erlauben, CPGs vergleichend zu untersuchen, die ein und dieselben Muskeln zum Zwecke ganz unterschiedlicher Bewegungen aktivieren. Das Vibrissen-Motorsystem der Ratte ist solch ein diskontinuierliches, modulares System. Benachbarte kortikale Areale sind für spezielle Bewegungen der Tasthaare verant­wortlich. Wir versuchen aufzuzeigen, dass die Modularität dieses Systems und die gute Zugänglichkeit seiner Elemente einen vielversprechenden Zugang anbieten, welcher wesentlich zum Verständnis der Interaktionen zwischen Motorkortex und CPGs sowohl auf der zellulären, als auch auf der Netzwerkebene beitragen könnte. Solche Einsichten werden benötigt, um in Zukunft auch die kontinuierlicher organisierten Zeige- und Greifbewegungen von Primaten besser zu verstehen.

Memories are believed to be represented by facilitated synaptic transmission of elec­trical signals in neuronal networks. The abil­ity to acquire new memories or to change old memory content results from the plastic properties of the brain. Molecular changes in synaptic plasticity of neuronal networks are considered to be the cellular correlates of learning and memory, and the neurotroph­in brain-derived neurotropic factor (BDNF) plays an important role in these processes. This neurotrophic factor coordinates a mul­titude of biological functions. In addition to its role in neuronal plasticity processes, such as long-term potentiation of synaptic trans­mission, the protein regulates the differentia­tion of neuronal precursor cells, synaptogen­esis, and neuronal survival. Cellular process­es like BDNF protein processing, anterograde and retrograde transport, as well as exocyto­sis and endocytosis of BDNF vesicles are nec­essary to enable the protein to fulfill its neu­roprotective and plasticity-related functions in its target areas. Therefore, deficits in one of these functions, resulting in a reduction or a lack of BDNF supply, can result in dysfunc­tional or reduced synaptic plasticity in virtu­ally every brain area. Since cognitive process­es and mental health require the intact formation and modification of memory traces, a change in BDNF turnover is considered as a contributing factor to a number of neurode­generative and psychological disorders. This review summarizes the current knowledge regarding the connection between BDNF, its role in synaptic plasticity and its role in brain.

Cortical injuries are a leading cause of death and disability worldwide. The first weeks post-lesion are usually crucial to predict the final outcome of patients. While most of them experience a spontaneous, at least partial, restoration of function, in some the clinical picture is complicated due to the development of epileptic seizures. A substantial number of studies suggest that these phenomena may be triggered by complex functional alterations in intracortical inhibition, often observed in perilesional cortical areas. Pathophysiological changes in GABAergic transmission are indeed likely to alter plasticity, excitability, and function of cortical circuits. The development of more efficient therapeutic strategies may, therefore, require a deep understanding into lesion-induced changes in inhibition at both the cellular and neuronal network levels. In this review, we gather together information from recent studies which have focused on dissecting alterations at inhibitory synapses as well as in the function of different subclasses of interneurons following cortical lesions.

The function of the mammalian motor cortex was one of the first problems studied in neuroscience. But until today, the major principles of the workings of the motor cortex have remained conjectural. It is clear that mo­tor cortex holds a topographic map of body parts. But does that mean that the motor cortex itself is undertaking the challenging task of converting motor plans (i.e., intended trajectories and effects of actions) into low level motor commands appropriate to drive the muscles? Work of many decades on motor function has revealed the existence of dedicated networks, the so-called central pattern generators (CPGs). Many, if not all of these CPGs, are located subcortically and are likely to be involved in the translation of motor plans into actual muscle contractions. Unfortunately the detailed circuitry and cellu­lar elements of CPGs are only vaguely known. More recent work has elucidated continuous as well as discontinuous (discrete) mapping of the motor cortex to movement. For the quest of understanding motor cortex-CPG interactions, discontinuities are important because they allow us to dissect how neigh­boring motor cortex sites connect to different CPGs for different purposes-but driving the very same muscles. The rodent whisker motor system is a decidedly modular system. Neighboring cortical areas drive very distinct whisker movements used by the animals in different contexts. We argue that the modularity of the whisker system together with its great accessibility is promising to establish a model system for the interactions of the mo­tor cortex and CPGs on the cellular and net­work levels and, thus, will also be of high value in understanding the more complex and continuously organized motor cortex of the arm/hand/finger system in primates.