Die Neurowissenschaften nutzen verschiedene Versuchsbedingungen, um die komplexen Mechanismen des Gehirns zu verstehen. Zwei wichtige Konzepte in diesem Zusammenhang sind tonische und phasische Aktivität, insbesondere im Kontext von Dopamin-Neuronen. Dieser Artikel beleuchtet die Definitionen, Eigenschaften und Implikationen dieser beiden Zustände.
Einführung in tonische und phasische Aktivität
In der Neurowissenschaft bezieht sich der Begriff "tonisch" auf eine kontinuierliche, anhaltende Aktivität, während "phasisch" eine kurzzeitige, reaktive Aktivität beschreibt. Diese Unterscheidung ist besonders relevant für das Verständnis der Dopaminfreisetzung im Gehirn.
Tonische Versuchsbedingungen
Definition und Eigenschaften
Tonische Aktivität bezieht sich auf ein basales, kontinuierliches Feuern von Neuronen. Im Zusammenhang mit Dopamin bedeutet dies eine stetige, niedrige Dopaminfreisetzung in den Extrazellulärraum.
- Extrazelluläre Freisetzung: Tonisches Dopamin wird direkt in den Extrazellulärraum freigesetzt und verteilt sich dort schnell.
- Basaler Spiegel: Der basale Dopaminspiegel ist das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen tonischer Freisetzung und der Wiederaufnahme durch Dopamintransporter (DAT) und Noradrenalintransporter (NET).
- Niedrige Konzentration: Der basale Dopaminspiegel liegt unterhalb der Aktivierungsschwelle der meisten Dopaminrezeptoren und setzt sich vermutlich aus einer Vielzahl kleiner, kurzlebiger Dopaminspitzen zusammen.
- Extrasynaptische Freisetzung: Tonische Dopaminausschüttung erfolgt insbesondere aus Varikositäten, also extrasynaptisch, in den Extrazellulärraum.
Rolle und Funktion
Tonisches Dopamin spielt eine wichtige Rolle bei der Modulation der neuronalen Aktivität und der Vorbereitung des Gehirns auf phasische Reaktionen.
- Volumentransmission: Von den Varikositäten diffundiert Dopamin zu Autorezeptoren oder zu (extrasynaptischen) Rezeptoren des eigenen Neurons oder anderer, teilweise relativ weit entfernt liegender, Neurone (Volumentransmission).
- Keine postsynaptische Signalübertragung: Da tonisches Dopamin nicht in die Synapse abgegeben wird, löst es kein Signal an den postsynaptischen Rezeptoren aus.
- Modulation des D1-Rezeptors: Tonisches nanomolares Dopamin wirkt an D1-Rezeptoren, um aktivitätsabhängig die Aufrechterhaltung der Phase im lateralen Pylorusneuron zu unterstützen.
- Keine D2-Autorezeptor-Rückkopplungsdepression: Der phasische "Hintergrund"-Dopaminspiegel scheint keine D2-Autorezeptor-Rückkopplungsdepression auszulösen.
- Kontinuierliche Verfolgung von Belohnungswerten: Die tonische Dopaminfeuerung im Mittelhirn verfolgt kontinuierlich Belohnungswerte, die sich von Moment zu Moment ändern.
Einflussfaktoren
Verschiedene Faktoren können die tonische Dopaminfreisetzung beeinflussen.
Lesen Sie auch: Ursachen tonischer Anfälle
- Stress: Geringe bis mäßige Stresswerte erhöhen den extrazellulären Dopaminspiegel im Nucleus accumbens, jedoch nur in der NAc-Shell, nicht im NAc-Kern und PFC, während hohe Stresswerte den Dopaminspiegel verringern.
- Chronische Stressoren: Chronische Stressoren führen nachweislich zu einer Abnahme der Populationsaktivität, d. h. der Zahl der aktiven Neuronen, jedoch nur im medialen und zentralen VTA, nicht im lateralen VTA, und ohne die Feuerungsfrequenz zu verringern.
- Ventales Pallidum: Eine Inaktivierung des ventralen Pallidums (was nur die Populationsaktivität, also die Menge der zum Feuern bereiten und in der Folge tonisch aktiven Neuronen, nicht aber die Bursts selbst erhöht) verursachte einen signifikanten Anstieg des extrazellulären Dopaminspiegels im Nucleus accumbens um bis zu rund 50 %, der während der gesamten 1-stündigen Aufzeichnungszeit anhielt.
Klinische Relevanz
Ein Ungleichgewicht im tonischen Dopaminspiegel kann mit verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden.
- ADHS: Ein abnorm niedriger tonischer extrazellulärer Dopaminspiegel kann eine überhöhte phasische Dopaminausschüttung auslösen, was mit ADHS in Verbindung gebracht wird.
Phasische Versuchsbedingungen
Definition und Eigenschaften
Phasische Aktivität bezieht sich auf eine schnelle, vorübergehende Erhöhung der neuronalen Aktivität als Reaktion auf einen spezifischen Reiz. Im Kontext von Dopamin bedeutet dies eine plötzliche, pulsartige Dopaminfreisetzung.
- Burst-Feuern: Burst-Feuern ist durch kurze Ausbrüche von Aktionspotenzialen (3 - 10 Spikes, >10 Hz) eines Dopamin-Neurons als Reaktion auf Umweltreize gekennzeichnet.
- Synaptische Freisetzung: Phasisches Dopamin wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
- NMDA-Rezeptoren: Bursts werden in der Regel durch die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren über exzitatorische Eingänge verursacht.
- Synchronität: Phasische Freisetzung ist abhängig von der gleichzeitigen Rekrutierung einer tonisch feuernden Dopamin-Neuronenpopulation und beruht auf der Synchronität zwischen den Dopamin-Neuronen.
Rolle und Funktion
Phasisches Dopamin spielt eine entscheidende Rolle bei der Signalübertragung von Belohnung, Motivation und Lernen.
- Belohnungssignal: Stimuli wie Belohnungs- oder andere Reize aktivieren kurze Salven von Aktionspotentialen aus dopaminergen Neuronen.
- Motorik: Die Motorik beschreibt sämtliche willkürliche und kontrollierte Muskelbewegungen des menschlichen Körpers. Hierzu zählen sowohl große Bewegungsabläufe wie das Gehen als auch die Mimik des Gesichts. Auch die motorischen Anteile des Nervensystems zur Steuerung und Wahrnehmung von Bewegungen werden unter dem Begriff Motorik zusammen gefasst.
- Synaptische Aktivierung: Das ausgeschüttete Dopamin durchquert den synaptischen Spalt und aktiviert Rezeptoren an der Postsynapse.
Einflussfaktoren
Die phasische Dopaminfreisetzung wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die tonische Aktivität und die Aktivierung von Glutamatrezeptoren.
- Glutamatrezeptoren: Die Aktivierung von Glutamatrezeptoren im VTA stimuliert die tonische (basale) Dopaminfreisetzung in terminalen Regionen, einschließlich des Nucleus accumbens.
- Hinterhirn-Inputs: Inputs des Hinterhirns aus dem laterodorsalen tegmentalen Kern (LDT) regulieren die Auslösung der phasischen Dopaminaktivität im VTA.
Klinische Relevanz
Störungen in der phasischen Dopaminfreisetzung können zu verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen.
Lesen Sie auch: Kosten und Arten torischer Linsen
- ADHS: Nach Grace ist ADHS geprägt von diesem Muster eines abnorm niedrigen tonischen (extrazellulären) Dopaminspiegels, der eine überhöhte phasischen Dopaminausschüttung auslöst.
Zusammenspiel von tonischen und phasischen Systemen
Das Zusammenspiel von tonischen und phasischen Dopaminsystemen ist entscheidend für eine normale Gehirnfunktion.
- Rezeptorbesetzung: Ein Computermodell ergab, dass Bursts in erster Linie die D1R-Belegung erhöhen, während die tonisch freigesetzten niedrigeren Dopamin-Spiegel vorwiegend an die höher affinen D2R binden.
- Synchronie und Gleichgewicht: Die Rezeptorbesetzung hängt entscheidend von der Synchronie und dem Gleichgewicht zwischen tonischen und phasischen Feuermodi ab.
Methodische Überlegungen
Die Untersuchung von tonischen und phasischen Dopaminsystemen erfordert spezifische methodische Ansätze.
- In-vivo-Studien: In-vivo-Studien an lebenden Tieren sind maßgeblich, um die dynamischen Veränderungen des Dopaminspiegels zu verstehen.
- Elektrische Stimulation: In Laborstudien wird häufig eine niederfrequente elektrische Stimulation verwendet, um eine tonische Freisetzung zu imitieren.
- Computermodelle: Computermodelle können helfen, die komplexen Interaktionen zwischen tonischen und phasischen Systemen zu simulieren und zu verstehen.
Elektrodermale Aktivität (EDA)
Die elektrodermale Aktivität (EDA) ist ein weiteres wichtiges Konzept in der psychophysiologischen Forschung.
Definition und Eigenschaften
Die elektrodermale Aktivität (EDA) bezieht sich auf die auf der Haut messbaren elektrischen Phänomene.
- Passive und aktive Eigenschaften: Die Haut hat passive (tonische) und aktive (phasische) elektrische Eigenschaften.
- Hautwiderstand und Hautleitfähigkeit: Bei Anlegung eines Gleichstroms werden Hautleitfähigkeit oder Hautwiderstand gemessen, wobei beide Werte invers zueinander stehen.
Rolle und Funktion
Die EDA ist ein indirektes Verfahren zur Erfassung der autonomen Erregung.
Lesen Sie auch: Auswirkungen des STNR
- Sympathische Aktivierung: Die Aktivität der Schweißdrüsen ändert wesentlich die Leitfähigkeit der Hautoberfläche. Die Drüsen sind sympathisch innerviert, daher führt ein erhöhter Sympathikotonus zum Anstieg der Schweißsekretion und zur Abnahme des Hautwiderstands.
- Vigilanzindex: Das basale Niveau der elektrodermalen Aktivität kann auch als Vigilanzindex verstanden werden.
Einflussfaktoren
Die EDA wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Umgebungstemperatur und die Schlaftiefe.
- Schlaf: Während des Schlafs steigt der elektrische Hautwiderstand an. Die spontan auftretenden elektrischen Potenzialschwankungen der elektrodermalen Aktivität ändern sich ebenfalls im Schlaf.
- Schlafbezogene Atmungsstörungen: Patienten mit Obstruktiver Schlafapnoe zeigen Veränderungen der elektrodermalen Aktivität im Vergleich vor und nach einer Beatmungstherapie.
Klinische Relevanz
Die EDA kann zur Beurteilung der Schlafqualität und zur Diagnose von Schlafstörungen verwendet werden.
- Insomnie: Bei Patienten mit einer chronischen Insomnie ist eine erhöhte spontane elektrodermale Aktivität, ein erhöhter Hautwiderstand und ein verringerter Hautleitwert nachgewiesen.
tags: #tonische #und #phasische #versuchsbedingungen