Die Aktivität des Locus coeruleus im Hinblick auf das EEG im Wachzustand und im Schlaf

Abstract

Der Locus coeruleus (LC) ist eine kleine, aber funktionell signifikante Struktur im Hirn stamm, die als Hauptproduktionsort von Noradrenalin (NA) fungiert und eine wichtige Funktion in der Schlaf-Wach-Regulation einnimmt. In dieser Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der LC-Aktivität, den verschiedenen Schlafstadien sowie Spindeln und langsamen Oszillationen unter Anwendung multimodaler Bildgebung durch EEG und fMRT untersucht. Die Aktivität des LC wurde in dieser Studie während des nächtlichen Schlafes mittels eines 3T fMRT aufgezeichnet. Gleichzeitig wurden elektrische Hirnaktivität anhand eines EEG gemessen. Während der Nachtmessung wurden sowohl Wach- als auch Schlafepisoden erfasst, um die Übergangsphasen in den Schlaf präziser analysieren zu können. Mithilfe einer neuromelanin-sensitiven MRT-Sequenz wurde der LC visualisiert, um anschließend als Maske für die BOLD-fMRT Nutzung zu fungieren. Die EEG-Daten wurden in Segmente von fünf Sekunden Dauer und in vier NREM Schlafstadien eingeteilt. REM-Schlaf wurde in der Messung im MR-Scanner nicht auf gezeichnet. Dies ist die erste Studie, die eine Betrachtung des LC während des Schlafes im Menschen ermöglicht. Dieser ist, verglichen zu der niedrigen Aktivität während des Schlafes, vor allem erhöht aktiv während des Wachzustandes. Zugleich wird eine erhöhte LC-Aktivität in Bezug auf Spindeln und langsame Oszillationen verglichen zur Basisaktivität im Schlaf festgestellt. Ebenso werden Analysen zur Verifizierung der anatomischen Position des LC durchgeführt, wobei ein Vergleich mit weiteren anatomisch und funktionell ähnlichen Hirnregionen durchgeführt wird, um die spezifischen Merkmale des LC hervorzuheben. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse zur allgemeinen Gehirnaktivität spezifische Unterschiede je nach Wachzustand oder Schlafstadium. Deutlich aktiv während des Wachzustandes sind vor allem bewusstseinskontrollierende Areale wie der Thalamus und die Großhirnrinde, während hingegen im Schlaf in Regionen zur Gedächtniskonsolidierung wie dem Hippocampus oder dem Precuneus erhöhte neuronale Aktivität auftritt. Die gesteigerte Aktivität des LC im Wachzustand im Vergleich zum Schlaf weist auf seine Kontrollfunktion über den menschlichen Bewusstseinsgrad hin. Ebenso deutet das Verhalten des LC im Vergleich zu der jeweiligen Aktivität in anderen Hirnregionen auf mögliche größere neuronale Netzwerke hin, auf dessen Basis das LC-NA-System weitreichende Auswirkungen auf unterschiedlichste Gehirnregionen hat, sowohl erregend als auch inhibitorisch. Die systematisch variierende LC-Aktivität im Verlauf der Spindelentstehung und -beendigung weist zudem auch auf die potenzielle Korrelation zwischen LC und dem Prozess der Konsolidierung von Gedächtnis hin. Zusätzlich wird die Funktion des LC als möglicher Taktgeber für langsame Oszillationen diskutiert, da eine erhöhte LC-Aktivität zu einer Episode von verringertem Auftreten langsamer Oszillationen führen kann. Schließlich belegen die Ergebnisse, dass diese Studie in der Lage ist, die bereits aus der Tierforschung gewonnen Resultate zu reproduzieren. Zu künftige Arbeiten könnten anstreben, längere Phasen tieferen Schlafes inklusive des REM-Schlafes zu messen, so dass eine integrale Aktivität des LC während der ge samten Nacht dargestellt werden kann. Zusammenfassend tragen die Erkenntnisse dieser Dissertation zum besseren Verständnis zur Bedeutung des LC für den Schlaf-Wach-Zyklus bei und könnten weitreichende Einflüsse auf den aktuellen Wissensstand und zukünftige Therapien für neurodegenerative Krankheiten wie Schlafstörungen, Alzheimer, Parkinson und anderen neuronalen Pathologien haben, die im Zusammenhang mit der Neurophysiologie des LC stehen.