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Mueller-Pfeiffer

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Completed research project

Title / Titel The Functional Neuroanatomy of the Exaggerated Heart Rate Response to Loud Tones in Post-Traumatic Stress Disorder: A Functional Magnetic Resonance Imaging Study
PDF Abstract (PDF, 14 KB)
Summary / Zusammenfassung Einer der konsistentesten psychophysiologischen Befunde bei der posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) ist der übermässige Herzfrequenzanstieg auf das Hören von lauten Tönen. Eine solche übersteigerte vegetative Reaktion auf generische, nicht mit dem Trauma assoziierte Stressreize könnte den von PTBS-Patienten berichteten klinischen Symptomen wie übermässiger Wachsamkeit, übertriebenen Schreckreaktionen und Schlafstörungen zugrunde liegen. Da klare Evidenz vorhanden ist, dass es sich beim übermässigen Herzfrequenzanstieg auf laute Töne um ein erworbenes Symptom der PTBS und nicht um einen vorbestehenden Risikofaktor handelt, kann die Identifikation der funktionellen neuroanatomischen Korrelate dieses Befundes substantielle Erkenntnisse für die Pathophysiologie der Entwicklung einer PTBS nach einem traumatischen Ereignis liefern. Das erste Ziel des Projektes ist die Identifikation der funktionellen neuroanatomischen Korrelate der normalen kardialen Reaktion auf laute Töne beim Menschen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI). Auf der Basis von vorliegenden Erkenntnissen aus der präklinischen Forschung zur funktionellen Neuroanatomie von kardiovaskulären Reaktionen in Tieren postulieren wir, dass ein Herzfrequenzanstieg auf laute Töne in Menschen mit einer erhöhten neuralen Aktivität im zentralen Kern der Amygdala (CEA) und einer erniedrigten neuralen Aktivität im Nucleus Tractus Solitarius (NTS) des Hirnstammes einhergeht. Das zweite Ziel des Projektes ist die Identifikation der funktionellen neuroanatomischen Korrelate der übermässigen kardialen Reaktion bei der PTBS mittels fMRI und spektroskopischer Magnetresonanztomographie. In Übereinstimmung mit früheren Studien erwarten wir einen stärkeren Herzfrequenzanstieg auf laute Töne bei PTBS im Vergleich mit gesunden Traumakontrollen. Auf der Basis von Erkenntnissen aus der präklinischen Forschung postulieren wir, dass dieser i) mit einer erhöhten neuralen Aktivität im CEA, erniedrigen Aktivität im NTS sowie medialen präfrontalen Cortex (mPFC) sowie ii) einer erniedrigten basalen Konzentration von gamma-aminobutyric acid (GABA), einem wichtigen hemmenden Neurotransmitter, im CEA in PTBS-Patienten versus gesunden Traumakontrollen einhergeht, und diese iii) mit einer in PTBS-Patienten erniedrigten Ruheaktivität im mPFC korreliert ist. Die Hypothese des ersten Projektzieles werden wir mit 30 gesunden erwachsenen Probanden prüfen. Die Hypothese des zweiten Projektzieles werden wir mit 25 erwachsenen Patienten mit einer PTBS und einer nach Geschlecht, Alter und Bildungsgrad vergleichbaren Kontrollgruppe von 25 gesunden, traumatisierten Probanden prüfen. Sämtliche Studienteilnehmer werden wir via Inserate oder aus dem Teilnehmerpool unserer früheren Studien rekrutieren. Psychometrische Befunde werden mittels standardisierten diagnostischen Interviews und Fragebogen erhoben. Verbale und nonverbale Intelligenz werden mittels standardisierten, computer-gestützten Tests erhoben (Hogrefe Testsystem V.4). Herzfrequenz und Hautleitfähigkeit werden mittels einem Magnetresonanz-kompatiblen Biopac System gemessen. Die funktionellen und spektroskopischen magnetresonanztomographischen Aufnahmen werden auf einem General Electric Signa EXCITE 3.0T MR Scanner im Zentrum für Magnetresonanz-Forschung des Kinderspitals Zürich durchgeführt. Eine erfolgreiche Durchführung des Projektes hat folgende Auswirkungen auf das Forschungsgebiet: 1) Die Bestätigung unserer Hypothese, dass der CEA beim Menschen die kardiale Reaktion auf laute Töne vermittelt, erlaubt die Verwendung dieses Paradigmas zur spezifischen Testung des CEA in zukünftigen Studien; 2) die Bestätigung einer durch GABA vermittelten Sensibilisierung des CEA, der der Entwicklung einer PTBS nach einem traumatischen Ereignis zugrunde liegt, liefert die Basis für die Testung oder Entwicklung von Medikamenten, welche spezifisch diese Hirnregionen beeinflussen, beispielsweise durch eine Steigerung der Erregbarkeit von CEA-inhibierenden Regionen; 3) unsere Ergebnisse werden substanziell zu einem umfassenderen neurobiologischen Modell der PTBS beitragen, welches inbesondere auf neurobiologischen Substraten basiert, die mit einer Entwicklung einer PTBS assoziiert sein könnten; 4) unser Nachweis, dass spezifische Nuklei in der Amygdala und dem Hirnstamm mittels fMRI untersucht werden können, wird es erlauben, bisherige neurobiologische Modelle der PTBS und anderen psychiatrischen Krankheitsbildern zu erweitern und zu verfeinern.
Publications / Publikationen Mueller-Pfeiffer, Christoph; Zeffiro, Thomas; O'Gorman, Ruth; Michels, Lars; Baumann, Peter; Wood, Nellie; Spring, Justin; Rufer, Michael; Pitman, Roger K; Orr, Scott P (2014). Cortical and cerebellar modulation of autonomic responses to loud sounds. Psychophysiology, 51(1):60-69.
Project leadership and contacts /
Projektleitung und Kontakte
PD Dr Christoph Mueller-Pfeiffer, MD (Project Leader) christoph.mueller-pfeiffer@access.uzh.ch
PD Dr Michael Rufer, MD michael.rufer@usz.ch
Funding source(s) /
Unterstützt durch
Universität Zürich (position pursuing an academic career), Foundation
 
In collaboration with /
In Zusammenarbeit mit
Prof. Scott P. Orr, PTSD Research Laboratory, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Boston, MA United States
Dr. Thomas Zeffiro, Neural Systems Group, Massachusetts General Hospital, Boston MA United States
Dr. Ruth O’Gorman and Dr. Lars Michels, Center for MR-Research at the University Children's Hospital Zurich Switzerland
Duration of Project / Projektdauer Mar 2012 to Dec 2015