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3. Interaktionen der dopaminergen Gehirnareale

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3. Interaktionen der dopaminergen Gehirnareale

3. Interaktionen der dopaminergen Gehirnareale

3.1. Nucleus accumbens als Schaltzentrale zwischen Emotion und Handeln

Der Nucleus accumbens (Teil des Striatum) ist die zentrale Schaltstelle bei der „Übersetzung“ limbischer Informationen in motorische Antworten.

Der PFC erhält Informationen aus den sensorischen und limbischen Gehirnarealen und projiziert seinerseits an den Nucleus accumbens, wodurch er zielgerichtetes Handeln fördert.
Der mediale Bereich des PFC (mPFC) moduliert dopaminerge und cholinerge Neuronen im Hirnstamm, im basalen Vorderhirn und im Septum, die an den Nucleus accumbens sowie die Amygdala und Hippocampus im limbischen System senden und beeinflusst damit deren Aktivität. Die Amygdala sendet emotionale Informationen glutamaterg an den Nucleus accumbens, der Hippocampus sendet Kontextinformationen glutamaterg an den Nucleus accumbens.

Der PFC steuert damit kognitive und exekutive Prozesse, die auf Motivation, Emotion, Lernen oder Gedächtnis beruhen.123

3.2. Die Dopaminwippe zwischen PFC und subcorticalen Regionen (u.a. Striatum)

Hohe Dopaminspiegel im PFC bewirken verringerte Dopaminspiegel in subcorticalen Regionen und umgekehrt.

Der PFC wird von Amygdala und Hippocampus glutamaterg in Bezug auf die Beurteilung einer Situation auf ihr Gefahrenpotential hin aktiviert. Glutamaterge Efferenzen aus dem mPFC beeinflussen über präsynaptische Kontakte auf dopaminerge Nervenenden die tonische Dopaminfreisetzung im Nucleus accumbens.
Die basolaterale Amygdala wird dopaminerg vom PFC über dessen Stressreaktionen informiert, wobei die Amygdala zudem stressabhängig dopaminerg vom ventralen Tegmentum adressiert wird.4
Der mPFC projiziert direkt und indirekt über den pedunculopotinen tegmentalen Nucleus ins ventrale Tegmentum (VTA), das die Hauptquelle für Dopamin im Nucleus accumbens darstellt.15

Ein Verlust des exzitatorischen Einflusses auf dopaminerge Neurone der VTA scheint die tonische Dopamin-Ausschüttung im Nucleus accumbens zu reduzieren, was wiederum zu einer Sensibilisierung der subcorticalen Dopamin-Rezeptoren führt (Upregulation). Läsionen des medialen PFC – egal in welchem Alter – erhöhen die subcorticale dopaminerge Aktivität, vor allem im Nucleus accumbens im Striatum, was neben biochemische Veränderungen auch Verhaltensdefizite verursacht.6789
Dabei kommt es wohl darauf an, auf welcher Hirnseite die Läsion erfolgt. Die dopaminerge Aktivität subcorticaler Regionen hängt offenbar vom Dopaminspiegel im mPFC in den beiden Gehirnhemisphären ab. Unkontrollierbarer Stress erhöhte Dopamin insbesondere im rechten Cortex. Dopaminmangel im linken oder rechten PFC, mPFC oder anteriorem Cingulum erhöhte die Stressanfälligkeit. Eine Studie fand eine erhöhte stressbedingte Bildung von Magengeschwüren durch chronischen Kältestress bei Ratten.10

  • Dopaminmangel

    • im rechten Cortex bewirkte10
      • Dopaminspiegel im Striatum beidseitig verringert (bei Ratten)
    • im linken Cortex bewirkte10
      • Dopaminumsatz in der Amygdala beidseitig erhöht (bei Ratten)
    • beidseitig im Cortex bewirkte (bei Ratten)10
      • Dopaminspiegel im rechten Nucleus accumbens verringert
      • Dopaminumsatz im linken Nucleus accumbens erhöht
      • Dopaminumsatz in der rechten Amygdala verringert
      • Dopaminspiegel in der linken Amygdala erhöht
    • im mPFC bewirkte
      • Dopamin-Ausschüttung im Nucleus accumbens erhöht11
    • im PFC bewirkte
      • schon bei leichtem Stress erhöhte Dopamin-Ausschüttung im Nucleus accumbens; dadurch Cortisolspiegel erhöht12(bei neugeborenen Ratten)
    • im PFC bewirkte
      • erhöhte Amphetamin-Sensitivität aufgrund erhöhter Dopaminempfindlichkeit, die sich wohl aus einer erhöhten Dichte von Dopamin D2-Rezeptoren im Nucleus accumbens ergibt.13(bei Ratten)
  • Dopaminausschüttung

    • im PFC bewirkt
      • verringerte Dopaminspiegel in subcorticalen Regionen.14
      • verringerte Dopaminspiegel im Striatum14(Rhesusaffen, DA-Stimulation durch Amphetamin)

Mit Sauerstoffmangel bei einem Kaiserschnitt geborene Ratten zeigen eine erhöhte dopaminerge Reaktion im Nucleus accumbens, Hyperaktivität und eine erhöhter Dopamintransporterdichte im rechten PFC. D1- und D2-Rezeptoren waren unverändert. Unter chronischem Stress zeigte sich zudem ein Dopaminmangel im rechten PFC.15

Träger des COMT Val/Val-Polymorphismus, welcher mehr COMT im PFC synthetisiert, was zu einem schnelleren Dopaminabbau, also zu niedrigeren Dopaminspiegeln im PFC führt, zeigten geringere tonische und erhöhte phasische Dopaminspiegel in subcorticalen Gehirnregionen.16

Zwischen PFC und Striatum scheint – zumindest bei Gesunden – eine Art “Dopamin-Wippe” bestehen. Wenig Dopamin im PFC soll dabei mit viel Dopamin im Striatum korrelieren und umgekehrt.
Dass ein mesocorticales Dopamindefizit zu einem subcorticalen (mesolimbischen) Dopaminüberschuss führt,1718 deckt sich mit vielen Beweisen dafür, dass mesocorticales Dopamin einen tonisch hemmenden Einfluss auf subcorticales Dopamin ausübt,19202122232425 auch im Nucleus caudatus (bei Rhesusaffen und Ratten).26

Möglicherweise handelt es sich dabei aber auch lediglich um zeitliche Unterschiede eines Anstiegs, da eine 15 Jahre jüngere Untersuchung bei einem durch Amphetamin induzierten Dopaminanstieg im PFC fand, dass dieser deutlich länger anhielt als der Anstieg im Nucleus caudatus.27 Ebenfalls denkbar wäre, dass die durch PET gefundenen Ergebnisse nicht mit denjenigen übereinstimmen, die durch Umwelteinflüsse induziert werden.28

3.3. Die dopaminerge Interaktion von Nucleus accumbens, Hippocampus und mPFC

Eine vertiefende Darstellung zur nachfolgenden Darstellung findet sich bei Klein.29

Der Nucleus accumbens wird vom mPFC und dem Hippocampus adressiert. Ob eine langfristige Verstärkung der Reaktionen des Nucleus accumbens auf Reize des PFC oder des Hippocampus stattfindet (neurologisches Korrelat: Langzeitpotenzierung, Lerneffekte), hängt von anderweitigen Dopaminspiegeln ab.
Reize aus dem Hippocampus verstärkten Lernvorgänge im Nucleus accumbens, wenn D1-Agonisten (anregend) gegeben wurden, während D1-Antagonisten (hemmend) die Langzeitpotenzierung blockierten.3031
Reize aus dem mPFC verstärkten Lernvorgängen im Nucleus accumbens, wenn D2-Antagonisten (hemmend) gegeben werden, während D1-Agonisten (anregend) die Langzeitpotenzierung blockierten.3031
Dies führt zu folgender Hypothese von Goto und Grace:

3.3.1. Aktivitätsverhältnis Hippocampus zu mPFC regelt Aktivität des Nucleus accumbens

3.3.1.1. Hippocampus aktiver als mPFC: Nucleus accumbens aktiv

Ist der Hippocampus aktiver als der mPFC, sendet der Hippocampus an den mPFC.
Die Folgen sind:

  • Nucleus accumbens hat eine erhöhte Aktivität
    • weil Hippocampus und mPFC gleichzeitig aktiv sind
    • Gesamtanstieg von Dopamin im Nucleus accumbens
    • Aktivierung dopaminerger D1-Rezeptoren im Nucleus accumbens
      • aufgrund Hemmung inhibitorischer Verbindungen vom ventralen Pallidum zur VTA
      • bei gleichzeitiger phasischer Dopamin-Ausschüttung,
        • z.B. durch exzitatorische Signale aus dem pedunculopontinen tegmentalen Nucleus, der ebenfalls vom mPFC innerviert wird
        • D1-Rezeptor-Stimulation erhöht den Calcium-Einstrom bei NMDA-Rezeptoraktivität
        • dadurch Langzeitpotenzierung der hippocampalen Eingänge.
      • gleichzeitig D2-Rezeptor-abhängige Langzeitdepression der präfrontalen Eingänge
        • wahrscheinlich durch verschiedene 2nd messenger-Systeme31
          • z.B. die NMDA-Rezeptor-induzierte Synthese von NO
3.3.2.2. mPFC aktiver als Hippocampus: Nucleus accumbens gehemmt

Ist der mPFC aktiver als der Hippocampus, sendet der mPFC an den Hippocampus.
Die Folgen sind:

  • Aktivität des Nucleus accumbens wird gehemmt
    • inhibitorische Projektionen des Nucleus accumbens
    • Disinhibition des ventralen Pallidum
      • dadurch inhibitorische Projektionen des ventralen Pallidum zur VTA
      • dadurch verminderte tonische Dopamin-Ausschüttung im Nucleus accumbens
    • präsynaptische D2-Rezeptoraktivität wird verringert
    • Signale vom mPFC an den Nucleus accumbens werden verstärkt
    • dadurch Langzeitpotenzierung der mPFC-Eingänge31

Die Langzeitpotenzierung der Eingänge an den Nucleus accumbens aus dem Hippocampus wie aus dem PFC lassen sich durch elektrische Reizung von Nervenfasern mit hoher Wiederholfrequenz (die eine Aktivierung bewirkt) der jeweils anderen Region umkehren.31

3.4. Interaktion Locus coeruleus und Mittelhirn

Bei betäubten Ratten führte die Stimulation des Locus coeruleus mit einem einzigen Impuls zu einer Erregung, auf die eine Hemmung der elektrischen Aktivität einzelner Dopamin-Neuronen im Mittelhirn (VTA, Substantia nigra) folgte. Eine Burst-Stimulierung bewirkte eine länger anhaltende Hemmung. Reserpin unterband diese Reaktion, was auf eine noradrenerg vermittelte Reaktion hindeutet.32

3.5. Dopamin und funktionelle Konnektivität

Dopamin scheint die funktionelle Konnektivität bestimmter Gehirnregionen spezifisch zu beeinflussen. Amisulprid (ein D2-/D3-Antagonist) erhöhte laut einer Studie die funktionelle Konnektivität vom Putamen zum Precuneus und vom ventralen Striatum zum präzentralen Gyrus. L-DOPA (ein Dopamin-Vorstoff) erhöhte die funktionelle Konnektivität vom ventralen Tegmentum zu Insula und Operculum sowie zwischen ventralem Striatum und vlPFC und verringerte die funktionelle Konnektivität zwischen ventralem Striatum und dorsalem Caudatus mit dem mPFC.33

3.6. Dopaminelemente in verschiedenen Gehirnarealen

PFC Striatum (Nucleus caudatus, Putamen) Nucleus accumbens prälimbische Regionen Amygdala ACC posteriorer parietaler Cortex Hippo-campus VTA Substantia nigra
Funktion bez. AD(H)S Inhibition, Exekutivfunktionen (dlPFC) motorische Kontrolle, Motivation
sendet (Afferenz) / empfängt (Efferenz) DA sendet und empfängt DA empfängt DA empfängt DA empfängt DA sendet an Striatum (Nucleus caudatus und Putamen)
DAT (fmol/mg)34 selten häufig (154) häufig (54,8; Autoren sprechen von fmol/g; dies scheint ein Versehen zu sein) (12,3) häufig (Dentate gyrus) (5,3) in VTA lateral vorhanden, kaum dagegen in VTA medial 35 häufig; DAT bewirkt auch DA-Freisetzung, postsynaptisch, wenn DA-Spiegel sehr niedrig3634
NET (fmol/mg)34 mittel, kann DA wiederaufnehmen (16,2) sehr niedrig (3,4) hoher Anteil an DA-Abbau (19,5) hoher Anteil an DA-Abbau (16)
extrazelluläres DA niedrig niedrig
DA-Vesikel wenig viel
COMT hoch niedrig
D1-Rezeptor (aktivierend) häufig häufig
D5-Rezeptor (aktivierend) selten selten
D2-Rezeptor (hemmend) selten häufig
D3-Rezeptor (hemmend) selten häufig
D4-Rezeptor (hemmend) häufig; hier empfindlicher für NE als für DA.37 selten

DA = Dopamin; NE = Noradrenalin


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  2. Klein (2010): Effekte von Enriched Environment auf strukturelle Veränderungen und Verhaltensdefizite nach neonatalen Läsionen des medialen präfrontalen Cortex bei Ratten; Dissertation, Seite 71

  3. Arnsten, Bao-Ming (2005): Neurobiology of Executive Functions: Catecholamine Influences on Prefrontal Cortical Functions; Advancing the neuroscience of ADHD; Biological Psychiatry, Volume 57, Issue 11, 1 June 2005, Pages 1377-1384

  4. Steckler, Kalin, Reul (2005): Handbook of Stress and the Brain, Teil 1; Elsevier, Seite 807 f

  5. Klein (2010): Effekte von Enriched Environment auf strukturelle Veränderungen und Verhaltensdefizite nach neonatalen Läsionen des medialen präfrontalen Cortex bei Ratten; Dissertation, Seite 71 mit weiteren Nachweisen

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  11. Thompson, Moss (1995): In vivo stimulated dopamine release in the nucleus accumbens: modulation by the prefrontal cortex. Brain Res. 1995 Jul 17;686(1):93-8.

  12. Klein (2010): Effekte von Enriched Environment auf strukturelle Veränderungen und Verhaltensdefizite nach neonatalen Läsionen des medialen präfrontalen Cortex bei Ratten; Dissertation, Seite 71 mit Verweis auf Brake et al. (2000).

  13. Klein (2010): Effekte von Enriched Environment auf strukturelle Veränderungen und Verhaltensdefizite nach neonatalen Läsionen des medialen präfrontalen Cortex bei Ratten; Dissertation, Seite 71 mit Verweis auf Flores et al. (1996) und Bennay et al. (2004).

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Diese Seite wurde am 15.01.2022 zuletzt aktualisiert.