Neuromodulation - Neuromodulation

Neuromodulation ist der physiologische Prozess, bei dem ein bestimmtes Neuron eine oder mehrere Chemikalien verwendet, um verschiedene Populationen von Neuronen zu regulieren. Neuromodulatoren binden typischerweise an metabotrope, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), um eine Second-Messenger-Signalkaskade zu initiieren, die ein breites, lang anhaltendes Signal induziert. Diese Modulation kann Hunderte von Millisekunden bis mehrere Minuten dauern. Einige der Wirkungen von Neuromodulatoren umfassen: Veränderung der intrinsischen Feuerungsaktivität, Erhöhung oder Verringerung spannungsabhängiger Ströme, Veränderung der synaptischen Wirksamkeit, Erhöhung der Burst-Aktivität und Neukonfiguration der synaptischen Konnektivität.

Zu den wichtigsten Neuromodulatoren im Zentralnervensystem gehören: Dopamin , Serotonin , Acetylcholin , Histamin , Noradrenalin und mehrere Neuropeptide . Jüngste Studien haben gezeigt, dass Cannabinoid auch ein starker ZNS-Neuromodulator ist. Neuromodulatoren können in Vesikel verpackt und von Neuronen freigesetzt, als Hormone sezerniert und über das Kreislaufsystem abgegeben werden. Ein Neuromodulator kann als Neurotransmitter konzeptualisiert werden , der nicht vom präsynaptischen Neuron resorbiert oder in einen Metaboliten zerlegt wird. Einige Neuromodulatoren verbringen eine beträchtliche Zeit im Liquor (CSF) und beeinflussen (oder "modulieren") die Aktivität mehrerer anderer Neuronen im Gehirn .

Neuromodulatorische Systeme

Die wichtigsten Neurotransmitter-Systeme sind das Noradrenalin- (Noradrenalin)-System, das Dopamin- System, das Serotonin- System und das cholinerge System. Medikamente, die auf den Neurotransmitter solcher Systeme abzielen, beeinflussen das gesamte System und erklären die Wirkungsweise vieler Medikamente.

Die meisten anderen Neurotransmitter, zB Glutamat , GABA und Glycin , werden dagegen ganz allgemein im gesamten zentralen Nervensystem verwendet.

Neuromodulatorsysteme
System Herkunft Ziele Auswirkungen
Noradrenalin-System Locus coeruleus Adrenerge Rezeptoren in:
  • Erregung (Erregung ist ein physiologischer und psychologischer Zustand des Wachseins oder der Reaktion auf Reize)
  • Belohnungssystem
Seitliches Tegmentalfeld
Dopamin-System Dopamine Wege : Dopaminrezeptoren an den Wegenden.
Serotonin-System kaudaler dorsaler Raphekern Serotonin-Rezeptoren in:
rostral dorsaler Raphekern Serotonin-Rezeptoren in:
Cholinerges System Pedunculopontiner Kern und dorsolaterale tegmentale Kerne ( pontomesencephalo- tegmentaler Komplex ) (hauptsächlich) M1-Rezeptoren in:
basaler optischer Kern von Meynert (hauptsächlich) M1-Rezeptoren in:
medialer Septumkern (hauptsächlich) M1-Rezeptoren in:

Noradrenalin-System

Das Noradrenalin-System besteht aus rund 15.000 Neuronen, hauptsächlich im Locus coeruleus . Dies ist im Vergleich zu den mehr als 100 Milliarden Neuronen im Gehirn winzig. Wie bei dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra neigen Neuronen im Locus coeruleus dazu, melaninpigmentiert zu sein. Noradrenalin wird von den Neuronen freigesetzt und wirkt auf adrenerge Rezeptoren . Noradrenalin wird oft kontinuierlich freigesetzt, damit es die unterstützenden Gliazellen auf kalibrierte Reaktionen vorbereiten kann. Obwohl es eine relativ kleine Anzahl von Neuronen enthält, spielt das Noradrenalinsystem bei Aktivierung eine wichtige Rolle im Gehirn, einschließlich der Beteiligung an der Unterdrückung der neuroinflammatorischen Reaktion, der Stimulation der neuronalen Plastizität durch LTP, der Regulierung der Glutamataufnahme durch Astrozyten und LTD und der Konsolidierung des Gedächtnisses .

Dopamin-System

Das dopaminerge oder dopaminerge System besteht aus mehreren Bahnen, die beispielsweise vom ventralen Tegmentum oder der Substantia nigra ausgehen . Es wirkt auf Dopaminrezeptoren .

Die Parkinson-Krankheit hängt zumindest teilweise mit dem Abfallen von dopaminergen Zellen in tiefen Hirnkernen zusammen , hauptsächlich den melaninpigmentierten Neuronen in der Substantia nigra, aber sekundär den noradrenergen Neuronen des Locus coeruleus. Behandlungen, die die Wirkung von Dopamin-Vorläufern verstärken, wurden mit mäßigem Erfolg vorgeschlagen und durchgeführt.

Dopaminpharmakologie

Serotonin-System

Das vom Gehirn gebildete Serotonin macht etwa 10 % des gesamten Körperserotonins aus. Die Mehrheit (80-90%) findet sich im Magen-Darm-Trakt (GI). Es wandert entlang des medialen Vorderhirnbündels durch das Gehirn und wirkt auf Serotoninrezeptoren . Im peripheren Nervensystem (wie in der Darmwand) reguliert Serotonin den Gefäßtonus.

Serotonin-Pharmakologie

  • Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRIs) wie Fluoxetin sind weit verbreitete Antidepressiva, die spezifisch die Wiederaufnahme von Serotonin mit geringerer Wirkung auf andere Transmitter blockieren.
  • Trizyklische Antidepressiva blockieren auch die Wiederaufnahme biogener Amine aus der Synapse, können jedoch hauptsächlich Serotonin oder Noradrenalin oder beides beeinflussen. Sie dauern in der Regel 4 bis 6 Wochen, um alle Symptome einer Depression zu lindern. Es wird davon ausgegangen, dass sie sofortige und langfristige Auswirkungen haben.
  • Monoaminoxidase-Inhibitoren ermöglichen die Wiederaufnahme biogener Amin-Neurotransmitter aus der Synapse, hemmen jedoch ein Enzym, das normalerweise einige der Transmitter nach ihrer Wiederaufnahme zerstört (metabolisiert). Weitere Neurotransmitter (insbesondere Serotonin , Noradrenalin und Dopamin ) stehen zur Freisetzung in Synapsen zur Verfügung. MAO-Hemmer brauchen mehrere Wochen, um die Symptome einer Depression zu lindern.

Obwohl unmittelbar nach der Einnahme dieser Antidepressiva Veränderungen der Neurochemie festgestellt werden, können sich die Symptome erst einige Wochen nach der Verabreichung bessern. Erhöhte Senderspiegel in der Synapse allein lindern die Depression oder Angst nicht.

Cholinerges System

Das cholinerge System besteht aus Projektionsneuronen aus dem pedunculopontinen Nucleus , dem laterodorsalen tegmentalen Nucleus und dem basalen Vorderhirn und Interneuronen aus dem Striatum und Nucleus accumbens. Es ist noch nicht klar, ob Acetylcholin als Neuromodulator über Volumenübertragung oder klassische synaptische Übertragung wirkt , da es Hinweise gibt, die beide Theorien stützen. Acetylcholin bindet sowohl an metabotrope Muskarinrezeptoren (mAChR) als auch an die ionotropen Nikotinrezeptoren (nAChR). Es wurde festgestellt, dass das cholinerge System an der Reaktion auf Hinweise im Zusammenhang mit dem Belohnungsweg, der Verbesserung der Signalerkennung und der sensorischen Aufmerksamkeit, der Regulierung der Homöostase, der Vermittlung der Stressreaktion und der Kodierung der Bildung von Erinnerungen beteiligt ist.

GABA

Gamma-Aminobuttersäure (GABA) hat eine hemmende Wirkung auf die Aktivität des Gehirns und des Rückenmarks.

Neuropeptide

Neuropeptide sind kleine Proteine, die für die Kommunikation im Nervensystem verwendet werden. Neuropeptide stellen die vielfältigste Klasse von Signalmolekülen dar. Es gibt 90 bekannte Gene, die menschliche Neuropeptid-Vorläufer kodieren. Bei Wirbellosen gibt es ~50 bekannte Gene, die für Neuropeptidvorläufer kodieren. Die meisten Neuropeptide binden an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, jedoch steuern einige Neuropeptide direkt Ionenkanäle oder wirken über Kinaserezeptoren.

  • Opioidpeptide – eine große Familie endogener Neuropeptide, die im zentralen und peripheren Nervensystem weit verbreitet sind. Opiate wie Heroin und Morphin wirken an den Rezeptoren dieser Neurotransmitter.
  1. Endorphine
  2. Enkephaline
  3. Dynorphine

Neuromuskuläre Systeme

Neuromodulatoren können die Ausgabe eines physiologischen Systems verändern, indem sie auf die zugehörigen Eingaben einwirken (zum Beispiel zentrale Mustergeneratoren ). Modellierungsarbeiten legen jedoch nahe, dass dies allein nicht ausreicht, da die neuromuskuläre Transformation von neuronalem Input zu muskulärem Output auf bestimmte Inputbereiche abgestimmt werden kann. Sternet al. (2007) schlagen vor, dass Neuromodulatoren nicht nur auf das Eingabesystem einwirken müssen, sondern die Transformation selbst ändern müssen, um die richtigen Muskelkontraktionen als Ausgabe zu erzeugen.

Lautstärkeübertragung

Neurotransmittersysteme sind Systeme von Neuronen im Gehirn, die bestimmte Typen von Neurotransmittern exprimieren und somit unterschiedliche Systeme bilden. Die Aktivierung des Systems verursacht Effekte in großen Gehirnvolumen, die als Volumenübertragung bezeichnet werden . Volumenübertragung ist die Diffusion von Neurotransmittern durch die extrazelluläre Flüssigkeit des Gehirns, die an Punkten freigesetzt wird, die von den Zielzellen entfernt sein können, mit der resultierenden Aktivierung extrasynaptischer Rezeptoren und mit einem längeren Zeitverlauf als bei der Übertragung an einer einzelnen Synapse. Eine solche verlängerte Senderwirkung wird als tonische Übertragung bezeichnet , im Gegensatz zur phasischen Übertragung , die an einzelnen Synapsen schnell auftritt.

Andere Verwendungen

Neuromodulation bezieht sich auch auf eine aufkommende Klasse medizinischer Therapien, die auf das Nervensystem zur Wiederherstellung der Funktion (wie bei Cochlea-Implantaten ), zur Linderung von Schmerzen oder zur Kontrolle von Symptomen wie Zittern bei Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Krankheit abzielen . Die Therapien bestehen in erster Linie aus einer gezielten Elektrostimulation oder der Infusion von Medikamenten in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit mittels intrathekaler Medikamentenabgabe, wie Baclofen gegen Spastik . Zu den elektrischen Stimulationsgeräten gehören tiefe Hirnstimulationssysteme (DBS), umgangssprachlich als „Hirnschrittmacher“ bezeichnet, Rückenmarksstimulatoren (SCS) und Vagusnervenstimulatoren (VNS), die mit minimalinvasiven Verfahren implantiert werden, oder transkutane elektrische Nervenstimulationsgeräte , die unter anderem vollständig extern sind.

Siehe auch

Verweise

Externe Links