Überblick über die Forschung der Abteilung "Verhaltensneurowissenschaft"
Auf den folgenden Seiten möchten wir Ihnen einen Überblick über unsere Forschung geben. Zu den einzelnen Forschungsprojekten navigieren Sie bitte über die in der Spalte links aufgeführten Projekte und Forschungsbereiche.
Ausgangspunkt und Schnittstelle der meisten Forschungsvorhaben sind die für unsere Arbeitsgruppe namensgebenden Strukturen - die Basalganglien. Im Folgenden möchten wir Ihnen einen Überblick über diese zentrale Hirnstruktur geben:
Anatomie der Basalganglien
Als Basalganglien werden bestimmte Hirnstrukturen bezeichnet, die unter der Hirnrinde (Cortex) liegen und anatomisch und funktionell eng miteinander verbunden sind. Sie sind auf Abb.1 dargestellt. Die Abbildung zeigt zwei sogenannte Koronalschnitte durch das menschliche Gehirn. Auf dem ersten sind Corpus striatum („Streifenkörper“), und Globus pallidus („blasser Klumpen“) farblich markiert (entsprechend blau und grün). Der rechte Schnitt ist tiefer im Gehirn ausgeführt, sodass er den hinteren Teil vom Corpus Striatum und Globus Pallidus noch erkennen lässt und zwei andere Strukturen zeigt, nämlich Substantia nigra („schwarze Substanz“) und Nucleus subthalamicus – entsprechend rot und gelb markiert.
Abb.1 Die Basalganglien im Hirnschnitt. Die Strukturen sind mit den im englischsprachigen Raum gängigen Abkürzungen bzw. Begriffen gekennzeichnet. Striatum steht für Corpus Striatum; Gpe: Globus pallidus, externer Teil; Gpi: Globus pallidus, interner Teil; STN: subthalamic nucleus, engl. Bezeichnung für Nucleus subthalamicus; SN: Substantia nigra. Die Hirnrinde (Cortex) ist grau dargestellt; in den schwarz markierten Zonen verlaufen die Verlängerungen der Nervenzellen (die sog. Axone), die Signale vom Cortex zu anderen Hirnstrukturen überleiten.
Die Basalganglien sind mit diversen Hirnstrukturen verschaltet. Dabei bezeichnet man die eingehenden Verschaltungen als Afferenzen oder Inputs, die ausgehenden als Efferenzen oder Outputs. Dem Striatum werden afferente Signale vom gesamten Cortex und dem libmischen System zugeleitet. Efferent sind die Basalganglien über Globus pallidus und Substantia nigra mit Strukturen verschaltet, die Bewegungen, aber auch physiologische oder kognitive („informationsverarbeitende“) Prozesse initiieren. Dabei üben sie in der Regel einen inhibitorischen, d.h. hemmenden Einfluss aus. Mit anderen Worten hemmen die Basalganglien die spontane motorische, physiologische und kognitive Aktivität des Organismus. Ihre Funktion besteht darin, zwischen den vielfältigen Afferenzen diejenigen zu selektieren, die von größter Bedeutung für den Organismus sind. In Folge dessen werden die entsprechenden Prozesse enthemmt, während unrelevante oder inkompatible Prozesse weiterhin gehemmt werden. Der genaue Mechanismus der Selektion ist noch nicht bekannt, obwohl viele Einzelschritte weitgehend geklärt sind. Hierzu stellt Abb. 2 ein etabliertes Modell dar, das größtenteils empirisch gestützt wurde.
Das Striatum erhält Afferenzen vom gesamten Cortex und dem limbischen System. Die eingehenden Signale werden vor allem durch die Ausschüttung der Substanz Glutamat vermittelt und unter der modulierenden Wirkung von Substanzen wie Dopamin und Acetylcholin zum internen Globus pallidus geleitet. Dabei unterscheidet man zwischen der direkten Verschaltung zum internen Globus pallidus („direkter Weg“) und der indirekten über den externen Globus pallidus und Nucleus subthalamicus („indirekter Weg“). Über die direkte Verschaltung wird die Aktivität vom Thalamus erregt, über die indirekte wird sie gehemmt. Das Nettoergebnis bestimmt, ob die Aktivität einer Region im Cortex, was gleichzusetzen mit der Initiierung eines motorischen, physiologischen, kognitiven Prozesses ist, über den Thalamus gehemmt oder enthemmt wird.
Abb.2 Verschaltungen der Basalganglien mit anderen Hirnstrukturen
Viele motorische und psychische Störungen, die durch ein Zuwenig und/oder Zuviel gekennzeichnet sind, gehen auf Basalgangliendysfunktionen zurück: Die Parkinsonsche Erkrankung zum Beispiel ist durch fortschreitendes Absterben dopaminproduzierender Zellen in Substantia nigra gekennzeichnet. Neben Morbus Parkinson und Chorea Huntington bedingt die funktionale Störung der Basalganglien psychische Erkrankungen wie Zwangsstörungen, Depression und Angststörungen. Die Basalganglien sind auch an der Entwicklung von Drogensucht beteiligt.
