Wissensextraktion mittels künstlicher neuronaler Netze Einführung
Neuroanatomie - medizin.uni-greifswald.de · Neuroanatomie Forschung: Unter neuronaler Plastizität...
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Neuroanatomie Forschung:
Unter neuronaler Plastizität versteht man die Fähigkeit des Gehirns, seine
strukturelle und funktionelle Organisation veränderten Bedingungen anzupassen.
Neuronale Plastizität ist eine fundamentale Eigenschaft des Gehirns und ist die
zelluläre Grundlage von Lernen und Gedächtnis.
Neuronale Plastizität lässt sich beginnend von der Gehirnentwicklung bis in das hohe
Alter hinein beobachten. Auch bei Schädigungen des zentralen Nervensystems
(ZNS) ist die neuronale Plastizität von Bedeutung. So können überlebende
Nervenzellen ihre Verbindungen verändern, um einen Teil der Ausfälle zu
kompensieren. Neuronale Plastizität scheint aber auch bei einigen Maladaptationen
des Gehirns beteiligt zu sein, denn verschiedene Untersuchungen weisen auf eine
verminderte neuronale Plastizität während der Depression hin.
Abb. 1: Neuronale Plastizität ist eine fundamentale Eigenschaft unseres Gehirns, die an einer Vielzahl von Prozessen beteiligt ist.
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den Grundlagen neuronaler Plastizität von
Nervenzellen im ZNS unter physiologischen (Lernen) und psychopathologischen
(z.B. Depression) Bedingungen.
Die morphologischen Änderungen, die im Zusammenhang mit der neuronalen
Plastizität stehen, werden auf mikroskopischer Ebene untersucht. Dabei
interessieren uns insbesondere die Veränderungen, die an den dendritischen Dornen
(„Spines“) zu beobachten sind, sowie die Neubildung von neuen Neuronen in einigen
Hirnarealen („Neurogenese“).
neuronale Plastizität
Änderungen bei der Gehirnentwicklung
Maladaption
Änderungen während des Alterns
Regeneration(z.B. Verletzungen)
Gedächtnis(Lernen aber auch Vergessen)
5 µm
A B
Abb. 2: Strukturelle Korrelate neuronaler Plastizität können auf Ebene von dendritischen Dornen (A) oder auf Ebene der hippocampalen Neurogenese (B) beobachtet werden.
Die zeitlichen Abläufe und die physiologischen Parameter der neuronalen Plastizität
werden an lebenden Nervenzellen (mit Hilfe der Elektrophysiologie [extrazelluläre
Ableitungen, LTP, LTD]) untersucht.
CA1
EPSP
population spike
dentate gyrus
CA3
stimulus
A B
0 15 30 45 60 75 900
50
100
150
200
250
min
Theta-
burst
Control
1mV
5 ms
Abb. 3: Schematische Zeichnung eines hippocampalen Schnittpräparates (A) mit der Position von Reiz- (gelb) und Ableitelektroden (blau). An hippocampalen in-vitro Lebendschnittpräparaten kann nach einer hochfrequenten Reizung („Thetaburst“) eine langanhaltende Erhöhung der exzitatorischen Postsynaptischen Potentiale (EPSP) ausgelöst werden (B). Dieses Phänomen wird als LTP („long-term potentiation“ [Langzeitpotenzierung]) bezeichnet. LTP wird als ein zellulärer Mechanismus angesehen, dem Lern- und Gedächtnisprozesse zugrunde liegen.
Die Untersuchungen werden hauptsächlich am Hippocampus (eine Hirnregion, die
für Lern- und Gedächtnisprozesse von großer Bedeutung ist) und an der Amygdala
(einer Hirnregion, die für „emotionale“ Vorgänge sehr wichtig ist) von Mäusen
durchgeführt.
Zentrale wissenschaftliche Fragen unserer Arbeitsgruppe sind:
Was geschieht bei der neuronalen Plastizität?
Welche strukturellen Veränderungen treten bei unterschiedlichen Aktivitätszuständen
von Nervenzellen auf? Welche Rolle spielt die Neurogenese? Welche Moleküle
regulieren diese Prozesse?
Was geschieht während des Alterns? Obgleich lange postuliert wurde, dass es während des Alterns zu einem signifikanten
Verlust von Neuronen im Vorderhirn kommt, konnten neuere Untersuchungen dies
nicht bestätigen. Kommt es zu Änderungen an den Spines? Kommt es zu
Veränderungen bei der Neurogenese? Was sind die Gründe und Ursachen dafür?
Welche Rolle spielt neuronale Plastizität im Rahmen von neurologischen Erkrankungen? Kommt es zur Reorganisation des Gehirns bei neurologischen Erkrankungen (z.B.
bei der Depression)? Findet sich eine Veränderung der neuronalen Plastizität bei
neurodegenerativen Erkrankungen (Morbus Parkinson, Morbus Alzheimer)?
Welche Rollen spielen Wachstumsfaktoren bei der neuronalen Plastizität? Wachstumsfaktoren spielen entscheidende Rollen bei der Gehirnentwicklung, jedoch
sind sie, zusammen mit ihren spezifischen Rezeptoren, auch postnatal im Gehirn
vorhanden. Können Wachstumsfaktoren Einfluss auf die neuronale Plastizität
nehmen? Können sie Einfluss auf die Struktur des Gehirns nehmen? Könnten
Wachstumsfaktoren hilfreich sein um Maladaptationen (z.B. Depression)
abzumildern? Könnten Wachstumsfaktoren neurodegenerative Prozesse
beeinflussen?
Publikationen:
Originalarbeiten und Reviews:
PubMed
Bücher: von Bohlen und Halbach, O, Dermietzel, R (2006): Neurotransmitters and
Neuromodulators. Handbook of receptors and biological effects. 2nd Edition.
Wiley-VCH. Weinheim.
von Bohlen und Halbach, O, Dermietzel, R (2002): Neurotransmitters and
Neuromodulators. Handbook of receptors and biological effects. Wiley-VCH.
Weinheim.
von Bohlen und Halbach, O, Dermietzel, R (1999): Methoden der Neurohistologie.
Spektrum-Verlag Heidelberg.
Buchkapitel:
von Bohlen und Halbach, O, Unsicker, K (2009): Neurotrophic Support of Midbrain
Dopaminergic Neurons. In: Pasterkamp, J.R., Smidt; M.P., J. P. H. Burbach;
J.P.H.: Development and Engineering of Dopamine Neurons (Advances in
Experimental Medicine and Biology; Vol. 651). Landes Bioscience / Springer. 73-
80.
Roussa, E, von Bohlen und Halbach, O, Krieglstein, K (2009): TGF-ß in Dopamine
Neuron Development, Maintenance and Neuroprotection. In: Pasterkamp, J.R.,
Smidt; M.P., J. P. H. Burbach; J.P.H.: Development and Engineering of Dopamine
Neurons (Advances in Experimental Medicine and Biology, Vol. 651). Landes
Bioscience / Springer 81-90.
Albrecht, D, von Bohlen und Halbach, O (2008): Cellular Cognition: A Focus on LTP
and LTD in the Lateral Nucleus of the Amygdala. In: Kaiser, T.F. and Peters, F.J.:
Synaptic Plasticity: New Research. Nova Science Publishers.
Unsicker, K, Reuss, B, von Bohlen und Halbach, O (2006): Fibroblast growth factors
in brain functions. In: Lajtha, A. , Lim, R (Eds.). Handbook of Neurochemistry and
Molecular Neurobiology. 3rd Edition. Neuroactive Proteins and Peptides.
Springer. 93-121.
Albrecht D, Hellner, K, Walther, T, von Bohlen und Halbach, O (2003): Angiotensin II
and the amygdala. In: Shinnick-Gallagher, P., Pitkänen, A., Shekhar, A., Cahill, L.
(Eds). The amygdala in brain function: Basic and clinical approaches. Annals of
the New York Academy of Sciences. 985: 498-500.