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Degu Mutter mit ihrem Jungen
Die Entstehung der emotionalen Bindung zu den
Eltern löst beim
Neugeborenen eine Vielzahl von morphologischen, physiologischen und
metabolischen Änderungen im meso-cortico-limbischen System aus. Diese erfahrungs- und
lerninduzierte synaptische Reorganisation findet im Rahmen einer umwelt- und erfahrungsinduzierten, aktivitätsabhängigen
Synapsenselektion statt und umfasst sowohl die Bildung
neuer synaptischer Kontakte als auch die selektive Stabilisierung von
Synapsen. Durch diese neuronale und synaptische Reorganisation werden die
Schaltkreise des Gehirns, insbesondere des limbischen Systems präzisiert,
und somit wird eine effiziente synaptische Matrix geschaffen, die die Grundlage für das Lernen im Erwachsenenalter
bildet. Eine umfangreiche, adäquate sensorische, motorische und
emotionale Förderung in den ersten Lebensmonaten/-jahren lässt demnach
optimierte neuronale Schaltkreise entstehen, während
Störungen früher emotionaler Lernereignisse, induziert durch
sozio-emotionale Deprivation oder traumatische Erfahrungen,
höchstwahrscheinlich zu
Disorganisation und Minderfunktion synaptischer Einheiten führen.
Solche unvollständigen oder fehlerhaften synaptischen Netzwerke könnte,
u.a. geistige Retardierung verursachen, oder auch bestimmten klinischen
Syndromen, zum Beispiel Psychosen, Neurosen, ADHD oder Autismus, zu Grunde liegen.
Am
südamerikanischen Nager Octodon degus untersuchen
wir die akustische Filialprägung und den Einfluss traumatischer
emotionaler Erfahrungen (Störung der Eltern-Kind-Interaktion) und
Stress auf die funktionelle Reifung limbischer Hirnareale.
Warum die Strauchratte,
der Degu (Octodon
degus) als Tiermodell?
Diese
mit dem Meerschweinchen verwandte Nagerart, ist uns Menschen in vielerlei
Art recht ähnlich:
█
Degujunge werden mit funktionierenden sensorischen Systemen geboren
(offene Augen und Ohren),
█ ihre postnatale Entwicklung ist langsam, d.h.
Entwöhnung und sexuelle Reife sind spät, ihre
Abhängigkeit von der
Fürsorge der
Eltern ist lang,
█ Deguväter beteiligen
sich sehr intensiv an der Aufzucht ihrer Jungen,
█ sie zeigen komplexe Familien- und Sozialstrukturen,
█ sie benutzen komplexe Vokalisationen für
die Kommunikation zwischen Eltern die Neugeborenen werden auf die Stimme ihrer
Mutter geprägt.
Wie
wirkt sich die Interaktion zwischen Eltern / Mutter auf die Reifung des
Präfrontalcortex aus?
Geleitet von unserer
Arbeitshypothese, dass frühe postnatale Erfahrungen und Lernprozesse mit Änderungen der synaptischen Verbindungen im limbischen System einhergehen, untersuchten wir den Einfluss
der vokalen Kommunikation zwischen Mutter und Neugeborenen auf die funktionelle
Entwicklung des limbischen Cortex / Präfrontalcortex.
Metabolische Studien
und Verhaltensuntersuchungen in Zusammenarbeit mit der
Abteilung
von Gerd Poeggel (Universität Leipzig)
zeigten, daß, ...
►... Degujunge in den ersten Lebenstagen auf den Lockruf ihrer Mutter
"geprägt" werden, d.h. sie bilden eine Assoziation zwischen
Lockruf und einer positiven emotionalen Situation (gesaugt werden,
Wärme, emotionale Zuwendung von der Mutter).
►... die
Präsentation des mütterlichen Lockrufs eine erhöhte Aktivität
(gemessen als Aufnahme von 14C-Fluorodesoxyglukose) im präcentral
medialen und anterioren cingulären Cortex
bei den Jungtieren induziert, die die emotionale Bedeutung dieser Laute
gelernt Müttern
aufgezogen wurden, also keinerlei Vorerfahrungen
mit diesen Laut hatten, zeigen diese Aktivierung nicht.
►... die Stimme der Mutter, insbesondere deren
emotionaler Gehalt, aktiviert demnach limbische Regionen und stimuliert
vermutlich dadurch deren funktionelle Reifung.
►... die deprivierten
Tiere im Alter von 14 bis 45 Tagen eine gesteigerte Aktivität zeigen, wenn
sie in eine für sie fremde Umgebung gesetzt werden. Darüber hinaus reagieren sie in dieser Situation nicht mehr
auf die Lockrufe der Mutter, und sie rufen auch selbst nicht mehr
aktiv nach der Mutter.
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Quantitative
Untersuchungen zum dopaminergen und serotonergen System zeigten, daß
wiederholter oder chronischer Elternentzug die synaptische Reifung des limbischen Systems
beeinflussten.
►Bereits nach sehr kurzer Trennung von den
Eltern zeigen sich Änderungen in der Dichte von D1-Rezeptoren, 5HT1A, GABAA und NMDA-Rezeptoren im
Präfrontalcortex, Hippocampus und
Amygdala.
►Nach wiederholter
stundenweiser und späteren chronischen Trennung von
der Familie
ändert sich im Präfrontal- und Orbitofrontalcortex die Dichte dopaminerger und serotonerger Fasern.
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Quantitative, autoradiographische Analyse der
Dopamin-Rezeptoren vom D1-Typ (links) und der NMDA-Rezeptoren (rechts) im
medialen Präfrontalcortex. (PrCM = precentraler medialer Cortex, ACd =
anteriorer cingulärer Cortex, PL = prälimbischer Cortex, IL =
infralimbischer Cortex, Ai = agranulärer insulärer Cortex)
►Eine
tägliche stundenweise Trennung von der Familie während der ersten drei
Lebenswochen führt im Präfrontalcortex zu einer Vermehrung dendritischer Spines ( exzitatorische Synapsen), die einhergeht mit
einer Verminderung von Schaftsynapsen (exzitatorisch oder
inhibitatorisch).
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► In Zusammenarbeit mit Bernhard
Bogerts, (Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik, Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg) wurden
im Nucleus accumbens nach wiederholter Trennung von den Eltern und
nachfolgender sozialer Isolation Änderungen der synaptischen Dichte nachgewiesen.
► In
Zusammenarbeit mit der Abteilung von Menahem Segal
(The Weizmann Institute, Israel) analysieren wir die zellulären und molekularen Mechanismen von synaptischer Plastizität
im Zusammenhang mit genetischen und umweltinduzierten Geistesstörungen.
Wir konnten
zeigen, daß...
►...hippocampale
Nervenzellen von FMRI-Knockout Mäusen (Tiermodell für das fragile X
Mental Retardation Syndrome) in vitro weniger Spinessynapsen
besitzen als die Zellen der Wildtyp-Mäuse.
►...24
h nach pharmakologischer Erhöhung der neuronalen Aktivität die
Hippocampusneurone ihre Spinesynapsen reduzieren.
►...dieser
aktivitätsinduzierte Spineverlust auch bei den Hippocampusneuronen
auftritt, denen das FMRP (fragile X mental retardation protein)
fehlt. Dies widerlegt die bisherige Annahme, das FMRP essentiell für
synaptische Plastizität ist.
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Links
:DiI-markiertes Neuron in der Zellkultur (Hippocampus, Maus).
Rechts:
Doppelmarkiertes, mit Synaptophysin Antikörper (gelb), der
präsynaptische boutons auf Spines und am Dendritenschaft nachweist.
Schlussfolgerungen
aus den tierexperimentellen Ergebnissen:
█
Vor allem die sehr
frühen emotionalen Erlebnisse, d.h. kurz nach der Geburt und in den
ersten Lebenswochen (Nager) bzw. Jahren
(Primaten incl. Mensch)
wirken sich nachhaltig ("prägend") auf die Entwicklung des
Gehirns (limbisches System) und des Verhaltens
aus.
█
Ein intakter Eltern-Kind-Kontakt ist
von essentieller Bedeutung für die Entwicklung der Hirnfunktion und des Verhaltens.
█
Eine wiederholte zeitweise, oder chronische Trennung von den Eltern verändert
Verhaltensstrategien und induziert kurzfristige und
langfristige
Veränderungen von Transmitter- und Rezeptorsystemen und
veränderte Dichten der Spine- und Schaftsynapsen in limbischen Regionen.
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Forschungsüberblick]
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