Methoden der Hirnforschung: eine Einführung
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Heidelberg [u.a.]
Spektrum, Akad. Verl.
1997
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U Kischka / C -W Wallesch /
G Wolf (Hrsg )
Methoden der
Hirnforschung
Eine Einführung
Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg • Berlin
Inhaltsübersicht
Vorwort XVII
1 Gerald Wolf
Neuromorphologie 1
2 Gerald Wolf
Histo- oder Cytochemie 21
3 Karl-Heinz Braunewell und Eckart Gundelfinger
Neurochemie 35
4 Eckart Gundelfinger und Karl-Heinz Braunewell
Molekularbiologie 63
5 Karl-Heinz Braunewell und Katharina Braun
Zellkulturen 109
6 Manfred Krug
Tierexperimentelle elektrophysiologische Methoden 139
7 Claus-W Wallesch und Günther Deuschl
Elektrophysiologie am Menschen 167
8 Herbert Schwegler
Verhaltensforschung 187
9 Udo Kischka und Herbert Schwegler
Tiermodelle cerebraler Erkrankungen 211
10 Udo Kischka und Peter Zimmermann
Psychologie 223
11 Claus-W Wallesch, Hartmut Lins und Manfred Herrmann
Neurologie und klinische Neuropsychologie 251
12 Udo Kischka
Neuropharmakologie 281
13 Andreas Schwanz, Udo Kischka und Frank Rihs
Funktionelle bildgebende Verfahren 295
14 Manfred Spitzer
Computersimulation 319
Die Herausgeber 347
Adressen der Autoren 349
Index 351
Inhaltsverzeichnis
Vorwort XVII
Gerald Wolf
Neuromorphologie
Lichtmikroskopie
111 Das Lichtmikroskop
112 Das Fluoreszenzmikroskop
113 Das Laser-Scanning-Konfokalmikroskop
Elektronenmikroskopie
121 Transmissionenmikroskopie (TEM)
Histologische Techniken
131 Schneidetechnik
132 Chemische Fixierung
133 Färbung
Bahnmarkierung und Vitalfärbung
Morphometne und quantitative Histochemie
Weiterführende Literatur
Gerald Wolf
Histo- oder Cytochemie
Bausteinhistochemie
Enzymhistochemie
Immunhistochemie
Lektinhistochemie
Autoradiographie
In szrw-Hybridisierung
Weiterführende Literatur 34
3 Karl-Heinz Braunewell und Eckart Gundelfinger
Neurochemie 35
3 1 Einleitung 35
3 2 Subzelluläre Fraktionierung von Nervenzellen 37
321 Präparation von Synaptosomen 37
INHALTSVERZEICHNIS VII
322 Präparation von Synaptosomenkomponenten: Synaptische
Verbindungen, synaptische Vesikel- und Membranpräparationen 39
323 Herstellung von Wachstumskegelpräparationen 40
324 Herstellung von Cytosol-, Membran-
und Cytoskelettpräparationen 40
3 3 Rezeptorneurochemie 42
331 Anreicherung und Reinigung von Neurotransmitterrezeptoren 43
332 Rezeptor-Liganden-Wechselwirkung 43
3 4 Reinigung und Nachweis von Proteinen 44
341 Konventionelle proteinbiochemische Reinigungsstrategien
für neurale Proteine 46
342 Antikörper als Werkzeuge zum Nachweis von Proteinen 46
343 Biochemische Strukturanalyse gereinigter Proteine 48
3 5 Interaktion von Molekülen 49
351 Identifizierung von Bindungspartnern
mittels Overlay-Technik 50
352 Weitere Detektionsverfahren 51
3 6 Neurochemische Verfahren zur funktionellen Analyse von Proteinen 51
361 Untersuchung von Signalwegen in Nervenzellen 52
362 Die Neurotransmitterfreisetzung oder regulierte Exocytose
an Synapsen 57
3 7 Kombination mit anderen Disziplinen 60
3 8 Allgemeine Möglichkeiten der Methoden 60
3 9 Allgemeine Grenzen der Methoden 61
Weiterführende Literatur • 61
4 Eckart Gundelfinger und Karl-Heinz Braunewell
Molekularbiologie 63
4 1 Werkzeuge 64
411 Vektoren 65
412 Enzyme 65
4 2 Einige grundlegende Methoden 67
421 DNA-Klonierung 67
422 Bestimmung von DNA-Sequenzen 68
423 Hybridisierung von Nucleinsäuren 70
424 PCR-Technologie 73
4 3 Was kann die Molekularbiologie in der Hirnforschung leisten?
- Ein Überblick 74
4 4 Suche nach neuen cDNAs und Genen 78
441 Homologiescreening 80
442 Expressionsscreening mit Antikörpern 80
443 Screening durch funktioneile Expression 81
444 Selektive Screening- und DNA-Klonierungsmethoden 82
4 5 Produktion von rekombinanten Proteinen 83
451 Bakterielle Expressionssyteme 83
452 Das Baculovirussystem zur Produktion
von rekombinanten Proteinen in Insektenzellen 86
VIII METHODEN DER HIRNFOSCHUNG
4 6 Expressionssyteme zur funktioneilen Charakterisierung
neuraler Proteine 86
461 Expression von rekombinanten Proteinen
in eukaryotischen Zellinien 87
462 Das Xenopus-Oocyten-Expressionssystem 87
463 Expression von rekombinanten Proteinen in Neuronen 88
464 Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen
in Hefezellen 89
4 7 Untersuchungen zur Expression von neuralen Genen
- Nachweis von Genprodukten 91
471 Detektion und Verteilung von Transkripten 91
472 Einsatz von Reportermolekülen und -Sequenzen 92
473 Detektion apoptotischer Zellen 93
4 8 Funktionelle Charakterisierung von neuralen Genprodukten
durch in v/7ro-Mutagenese 94
481 Deletionen, Insertionen, chimäre Proteine 94
482 Gezielte Mutagenese (site-directed mutagenesis) 95
4 9 Transgene Tiermodelle 95
491 Transgene Fliegen 97
492 Transgene Mäuse — Gen Targeting 99
4 10 Antisense-Strategien zur Manipulation der Genexpression 102
4 10 1 Wirkweise und Design von
Antisense-Oligonucleotiden (AS-ODNen) 102
4 10 2 Applikation von Antisense-Oligonucleotiden in vivo 103
4 11 „Kranke Gene - Humangenetische Methoden 105
4 12 Bedeutung und Grenzen molekularbiologischer Methoden
in den Neurowissenschaften • * 106
Weiterführende Literatur 106
5 Karl-Heinz Braunewell und Katharina Braun
Zellkulturen 109
5 1 Einleitung 109
5 2 Zellkulturtypen 110
521 Primärkulturen 110
522 Zellinien 111
523 Organotypische Schnittkulturen 111
5 3 Allgemeine Voraussetzungen für Zellkulturen 112
531 Auswahl des Gewebes 112
532 Kultivierungsbedingungen 112
533 Identifizierung verschiedener Zelltypen in Primärkulturen 113
5 4 Primärkulturen 115
541 Primäre neuronale Kulturen 115
542 Primärkulturen von Gliazellen 121
5 5 Permanente Zellinien 125
551 Neurale Zellinien 125
552 Nichtneurale Zellinien 126
553 Die Pheochromocytomalinie PC12 126
INHALTSVERZEICHNIS IX
5 6 Expression von rekombinanten Proteinen in Zellkulturen 127
561 Auswahl geeigneter Zellen 128
562 Gentransfer durch Virusvektoren 128
563 Der Plasmidvektor als eukaryotischer Expressionsvektor 130
564 Methoden zum Einbringen von Fremd-DNA in Zellen 131
565 Transiente und stabile Transfektion 132
566 Primäre Zellkulturen als Testsysteme für die Gentherapie 132
5 7 Herstellung und Kultivierung von Hirnschnitten
und organotypischen Schnittkulturen 133
572 Herstellung von Schnittkulturen mit toller tabe-Technik 133
572 Weitere Methoden zur Herstellung von Schnittkulturen 135
573 Allgemeines zu Himschnittkulturen 135
574 Organotypische Cokulturen 136
5 8 Kombination mit anderen Disziplinen 137
5 9 Allgemeine Möglichkeiten der Kulturtechniken 137
5 10 Allgemeine Grenzen der Kulturtechniken 138
Weiterführende Literatur 138
6 Manfred Krug
Tierexperimentelle elektrophysiologische Methoden 139
6 1 Ableitung von Summenpotentialen mit Makroelektroden 140
611 Stereotaktische Implantationen 140
612 Summenpotentialäbleitungen (EEG) 141
613 Ableitung von evozierten Potentialen 148
6 2 Elektrische Hirnreizungen 152
621 Elektrische Hirnreizung zur Erzeugung evozierter Potentiale 154
622 Elektrische Hirnreizung zur Erzeugung
von Erregbarkeitsänderungen 154
623 Elektrische Himreizungen zur Erzeugung
von Verhaltensänderungen 155
6 3 Ableitungen von Einzelzellantworten mit Mikroelektroden 156
631 Extrazelluläre Ableitungen von Aktionspotentialen 156
632 Intrazelluläre Ableitungen 157
633 Messungen nach dem „Whole-Cell-Clamp-Prinzip 157
6 4 Potentialmessung an Oocyten 161
6 5 Elektrische Hirnläsionen 163
6 6 Mikroapplikationstechniken 163
661 In vivo-Applikation 163
662 Mikropressure und Mikroelektrophorese 164
6 7 Zusammenfassung und Wertung 165
Weiterführende Literatur 165
METHODEN DER HIRNFOSCHUNG
7 Claus-W Wallesch und Günther Deuschl
Elektrophysiologie am Menschen 167
7 1 Das klinische EEG 167
711 Beschreibung der Methode 168
712 Möglichkeiten der Methode 170
713 Grenzen der Methode 171
7 2 Evozierte und ereigniskorrelierte Potentiale 171
721 Beschreibung der Methode 172
722 Modalitätsspezifische evozierte Potentiale 172
723 Spätes und lagnsames ereigniskorreliertes Potential 176
724 Möglichkeiten der Methode 178
725 Grenzen der Methode 179
7 3 Brain Mapping 179
7 4 Generator-, Dipol-, Quellenanalysen 180
7 5 Ableitung und Stimulation mit subduralen
und intracerebralen Elektroden 181
751 Beschreibung der Methode 181
752 Möglichkeiten der Methode 182
753 Grenzen der Methode 182
7 6 Magnetencephalographie (MEG) 182
761 Beschreibung der Methode 183
762 Möglichkeiten der Methode 183
763 Grenzen der Methode 184
7 7 Transkranielle Magnetstimulatiön 184
Weiterführende Literatur 185
8 Herbert Schwegler
Verhaltensforschung 187
Fernstudien
811 Beobachtungen in freier Wildbahn
812 Natürliche Selektion in Habitaten
Laborexperimente
821 Wahl der Versuchstierspezies
822 Wahl des Verhaltenstests
823 Experimentelle Faktoren
824 Lernen und Gedächtnis
825 Lernkriterien
Darstellung der am häufigsten verwendeten Verhaltenstests
831 Motorische Aktivität und Exploration
832 Aufmerksamkeit
833 Emotionalität
834 Schockvermeidungslernen
835 Soziales Diskriminationslernen
836 Wasserlabyrinth
837 Radiallabyrinth
838 Komplexlabyrinthe
INHALTSVERZEICHNIS XI
839 Operantes Konditionieren nach Skinner (Skinner-Box) 206
8 3 10 Zeitversetztes Erkennen von Übereinstimmung
(Delayed-Matching-To-Sample) und Nichtübereinstimmung
(Non-Matching-To-Sample) 206
8 3 11 DRL-72-Test 207
8 4 Möglichkeiten der Methode 207
8 5 Grenzen der Methode 209
Weiterführende Literatur 209
9 Udo Kischka und Herbert Schwegler
Tiermodelle cerebraler Erkrankungen 211
9 1 Darstellung der Methoden 212
911 Einfache Tiermodelle (Invertebraten) 212
912 Modelle cerebraler Erkrankungen beim Menschen 212
9 2 Möglichkeiten der Methoden 221
9 3 Grenzen der Methoden 222
Weiterführende Literatur 222
10 Udo Kischka und Peter Zimmermann
Psychologie 223
10 1 Experimentelle Ansätze 224
10 1 1 Methoden der Reizdarbietung 224
10 1 2 Methoden zur Erfassung des Antwortverhaltens
und der Leistungsgüte 225
10 1 3 Untersuchungsansätze spezifischer Hirnfunktionen 225
10 2 Psychometrische Verfahren 244
10 3 Beobachtungs- und Ratingverfahren 245
10 4 Selbstberichtsverfahren: Exploration und Fragebogen 245
10 5 Untersuchungspläne 246
10 5 1 Einzelfallstudie 246
10 5 2 Experimentelle Designs 246
10 6 Möglichkeiten der Methoden 248
10 7 Grenzen der Methoden 248
Weiterführende Literatur 249
11 Claus-W Wallesch, Hartmut Lins und Manfred Herrmann
Neurologie und klinische Neuropsychologie 251
11 1 Die klinische neurologische Untersuchung 251
11 1 1 Beschreibung der Methode 252
11 1 2 Möglichkeiten der Methode 253
11 1 3 Grenzen der Methode 253
11 2 Die klinische neuropsychologische Untersuchung 253
11 2 1 Beschreibung der Methode 254
XII METHODEN DER HIRNFOSCHUNG
11 2 2 Möglichkeiten der Methode 254
11 2 3 Grenzen der Methode 255
11 3 Skalen und Scores in der klinischen Untersuchung 255
11 3 1 Beschreibung der Methode 255
11 3 2 Möglichkeiten der Methode 256
11 3 3 Grenzen der Methode 256
11 4 Neuroradiologische und nuklearmedizinische Methoden
und Verfahren 257
11 4 1 Beschreibung der Methoden 257
11 4 2 Möglichkeiten der Methoden 259
11 4 3 Grenzen der Methoden 262
11 5 Klinische neurochemische Diagnostik und Liquordiagnostik 262
11 5 1 Beschreibung der Methode 263
11 5 2 Möglichkeiten der Methode 263
11 5 3 Grenzen der Methode 263
11 6 Verfahren zur Analyse von Gedächtnisleistungen 264
11 6 1 Beschreibung der Methode 264
11 6 2 Möglichkeiten der Methode 265
11 6 3 Grenzender Methode 266
11 7 Verfahren zur Analyse von Aufmerksamkeitsfunktionen 266
11 7 1 Beschreibung der Methode 266
11 7 2 Möglichkeiten der Methode 267
11 7 3 Grenzen der Methode 268
11 8 Verfahren zur Erfassung der Wahrnehmung und des Handelns im Raum 268
11 9 Verfahren zur Erfassung exekutiver Funktionen 269
11 9 1 Beschreibung der Methode 270
11 9 2 Möglichkeiten der Methode 272
11 9 3 Grenzen der Methode 272
11 10 Neurolinguistische Analyse gesprochener und geschriebener Sprache 272
11 10 1 Beschreibung der Methode 273
11 10 2 Möglichkeiten der Methode 274
11 10 3 Grenzen der Methode 275
11 11 Händigkeit und Lateralisation höherer Hirnleistungen 275
11 11 1 Erfassung der Händigkeit 275
11 11 2 Der Natrium-Amytal-Test (Wada-Test) 276
11 11 3 Dichotisches Hören 276
11 11 4 Tachistoskopische Verfahren 277
Weiterführende Literatur 279
12 Udo Kischka
Neuropharmakologie 281
12 1 In vivo-Mikrodialyse und Push-Pull-Perfusion 282
12 1 1 In v/vo-Mikrodialyse 282
12 1 2 Push-Pull-Perfusion 284
12 1 3 Möglichkeiten der in v/vo-Mikrodialyse
und Push-PullcPerfusion 285
12 1 4 Grenzen der in v/vo-Mikrodialyse und Push-Pull-Perfusion 286
INHALTSVERZEICHNIS XIII
12 2 In v/vo-Voltammetrie 287
12 2 1 Möglichkeiten der Methode 288
12 2 2 Grenzen der Methode 288
12 3 Verhaltensuntersuchungen unter Pharmaka 288
12 3 1 Untersuchungen an Tieren 288
12 3 2 Untersuchungen am Menschen 291
12 3 3 Möglichkeiten der Methoden 291
12 3 4 Grenzen der Methoden 292
Weiterführende Literatur 292
13 Andreas Schwartz, Udo Kischka und Frank Rihs
Funktionelle bildgebende Verfahren 295
13 1 Nuklearmedizinische Methoden: SPECT und PET 295
13 1 1 Darstellung der SPECT-Methode 295
13 1 2 Möglichkeiten der SPECT-Methode 299
13 1 3 Darstellung der PET-Methode 301
13 1 4 Möglichkeiten der PET-Methode 302
13 1 5 Grenzen der SPECT- und PET-Methoden 304
13 2 Kernspintomographische Methoden:
Gradienten-Echo-Imaging und Echoplanar-Imaging 305
13 2 1 Darstellung der Methoden 305
13 2 2 Möglichkeiten der fMRI-Methoden 307
13 2 3 Grenzen der fMRI-Methode 311
13 3 Optische Ableitung intrinsischer Signale 312
13 3 1 Darstellung der Methode 313
13 3 2 Möglichkeiten der Methode 314
13 3 3 Grenzen der Methode 314
13 4 Near Infrared Spectroscopy (NIRS) 314
13 4 1 Darstellung der Methode 314
13 4 2 Möglichkeiten der Methode 314
13 4 3 Grenzen der Methode 315
13 5 Optische Messung intrazellulärer Ionenkonzentrationen 315
13 5 1 Darstellung der Methode 315
13 5 2 Möglichkeiten und Grenzen der Methode 316
13 6 Funktionelle cerebrale Dopplersonographie 316
13 6 1 Darstellung der Methode 316
13 6 2 Möglichkeiten der Methode 317
13 6 3 Grenzen der Methode 318
Weiterführende Literatur 318
14 Manfred Spitzer
Computersimulation 319
14 1 Darstellung der Methoden 321
14 1 1 Lernen in neuronalen Netzwerken 324
14 1 2 Selbstorganisierende Eigenschaftskarten und Neuroplastizität 326
XIV METHODEN DER HIRNFOSCHUNG
14 1 3 Entdeckungen durch Simulation 328
14 1 4 Netzwerkmodelle neurosynaptischer Erkrankungen
14 2 Möglichkeiten und Grenzen der Computersimulation 342
Weiterführende Literatur 344
Die Herausgeber 347
Adressen der Autoren 349
Index 351 |
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