Unsere Forschung

Die Physiologische Psychologie beschäftigt sich mit dem Zusammenhang von Hirn und Verhalten.

Hoffnungslosigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der umweltbedingten Depression im Menschen, die durch das Ausbleiben einer erwarteten Verstärkung/Belohnung entstehen kann. Ein Verhalten, welches der Kontrolle von positiver oder negativer Verstärkung unterliegt, wird extinguiert bzw. gelöscht, wenn die antizipierte Belohnung/Verstärkung zurückgehalten wird. Zwar ist Klinikern, die häufig mit Patienten zu tun haben, die an einer Depression erkrankt sind , dieser Umstand sehr wohl bekannt, so fehlt es dennoch bis heute an einem entsprechenden Tiermodell. Wir haben bereits begonnen, solch ein Tiermodell zur extinktions-induzierten Depression (EID), zu validieren, auf dem Hintergrund der Extinktion von negativ verstärktem Verhalten, genauer, die Wegnahme der Möglichkeit, auf eine sichere Plattform in einem mit Wasser gefüllten Becken zu flüchten. Als Verhaltensmaß für Hoffnungslosigkeit verwendeten wir die gezeigte Bewegungslosigkeit, was die Beendigung des Schwimmverhaltens als Versuch einen sicheren Ort im Wasser zu finden, also eine Art erlernte Hoffnungslosigkeit, darstellt. Dieses Maß reagiert sensitiv auf eine Behandlung mit Antidepressiva (AD) und korreliert mit dem Gehalt verschiedener Neurotransmitter, Neurotrophinen sowie unterschiedlichen Funktionskennzeichen der Hypothalamus-Nebenierenrinden-Achse in entsprechenden Gehirnarealen. In diesem Forschungsvorhaben intendieren wir dieses Modell der EID auszuweiten und weiter zu entwickeln. Die  Experimente zielen auf a) die Testung von Verhaltenskennzeichen der EID nach Extinktion von positiv versträkten/belohnten Verhalten (Verhalten, das z.B. durch Futter belohnt wurde) und die Untersuchung der Effekte verschiedener Klassen von Antidepressiva auf dieses Verhalten in alten und adulten Ratten; b) die Untersuchung möglicher neurochemischer Substrate von EID auf Basis der Extinktion von Futter belohntem Verhalten mittels in-vivo Mikrodialyse von Serotonin und Dopamin in relevanten Gehirnregionen bei alten und adulten Ratten; c) der Evaluation von Zusammenhängen zwischen EID und dem ‚Forced Swim Test’, einem der bekanntesten Tiermodelle zur Depression, um zum Einen mögliche additive Effekte im Ausmaß der Depression, aber auch mögliche tiermodellübergreifende und überdauernde Neigungen zur Ausbildung einer Depression zu untersuchen; d) das Modell zur EID unter Verwendung eines genetischen Tiermodells zur Depression zu untersuchen, welches auf der Selektion von Tieren, die im klassischen Modell zu gelernten Hilflosigkeit, entweder hilfloses oder nicht-hilfloses Verhalten zeigen, beruht; und e) die Untersuchung altrungsbedingter Veränderungen in der Interaktion der Dichte 17 verschiedener Neurotransmitterrezeptoren und ihrer Subtypen in relevanten Gehirnregion (Hippokamups, Amygdala, Frontalcortex, Nucleus accumbens) in Zusammenhang mit EID im ’water maze’. Diese Studien können einen wichtigen Beitrag zur weiteren Etablierung eines Tiermodells zur EID beitragen und bei der Erforschung der alterungsbedingten Veränderung neurophysiologischer Parameter, die für dieses Modell relevant sind.

This project is planned to assess age-related differences in the interplay between the different neurotransmitters in diverse brain areas, in relation to age-related differences in cognitive functions (episodic-like memory, spatial memory) and emotionality (anxiety, depression). In the hippocampus of aged rats, we found changes in the pattern of neurotransmitter receptor densities (NMDA, 5-HT1A and α-adrenergic receptor densities) using quantitative receptor autoradiography, that were related to impaired spatial retention memory. Using subgroup correlation analysis, we found that relationships between various HPA-axis markers depend on age as well as learning capacity, reflecting adaptations to the environment as well as an age-independent determination of learning ability. Furthermore, neurotransmitter contents in various brain areas following extinction-induced despair, and, thus depression, revealed a number of age-, despair and age x despair dependent interactions indicating that the neurodynamics underlying depressive-like behavior in the aged may be dependent on biological aging processes, per se, as well as on interaction with the propensity to develop despair.

We wish to extend these findings and assess possible age-related differences in the interaction between multiple neurotransmitter systems and behavioral functions related to cognition and emotionality.

For this purpose, the behavior of aged and adult rodents will be examined using the water maze, episodic-like memory task, extinction-induced despair model, open field, black-white box and/or elevated plus-maze. Physiological methods used to asses the state of various neurotransmittersystems in relevant brain areas will include quantitative receptor autoradiography, in vivo microdialysis and immunohistochemistry.

Neurokinine (NK) sind Neuropeptide, die zur Familie der Tachykinine zählen. Ein prominenter Vertreter dieser Transmitterklasse ist Substanz P, dessen Funktion bei der Organisation von Verhalten bereits seit mehr als 20 Jahren am Institut untersucht wird. Bisher sind 3 verschiedene Rezeptoren für Neurokinine bekannt: der NK1-, der NK-2 und der NK3-Rezeptor. Substanz P besitzt eine Affinität zu allen drei NK-Rezeptoren, die größte jedoch für den NK1-Rezeptor. Unsere bisherigen Arbeiten hatten sowohl bei der Ratte als auch bei nicht-humanen Primaten eine Beteiligung von Substanz P und seiner Fragmente bei Lern-, Gedächtnis- und Verstärkungsprozessen gezeigt. Unklar ist jedoch bisher, über welche NK-Rezeptoren zum einen Substanz P selbst und zum anderen seine Fragmente diesen Einfluss ausüben. Unklar ist auch, wie und welche klassischen Transmittersysteme dabei involviert sind. Das Ziel dieses Projekt ist die Untersuchung der Rolle des NK1-, NK2- und NK3-Rezeptors bei Lern- und Gedächtnisprozessen mit den hier etablierten Testparadigmen (Offenfeld, passiven Vermeidungslernen) und die Charakterisierung der neurochemischen Korrelate dieser Verhaltenseffekte auf das cholinerge System des basalen Vorderhirns innerhalb des frontalen Kortex, Amygdala und Hippocampus. Dazu soll die Technik der in-vivo Mikrodialyse an der anästhesierten Ratte, die am Institut für Physiologische Psychologie in Düsseldorf bereits seit langem erfolgreich eingesetzt wird, verwendet werden. Die Analyse der so gewonnen Proben erfolgt mittels HPLC-EC. Wir erwarten uns von diesem Vorhaben eine detaillierte Charakterisierung der Rolle des NK-Rezeptors bei Lern- und Gedächtnisprozessen und den zugrunde liegenden neurochemischen Mechanismen.