Stress by acute inflammation in humans: Effects on brain activity, neuropsychological performance and social behavior
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Als physiologischer Stressor führen Entzündungsreaktionen zu einer vermehrten Ausschüttung peripherer Zytokine und können neuropsychologische Funktionen, Verhalten und Befinden beeinflussen. Das Ziel des Forschungsvorhabens war zum einen die Effekte einer akuten Inflammation auf Stimmungslage, Lern- und Gedächtnisleistungen sowie soziale Kognition und die damit korrespondierenden Aktivierungsänderungen im ZNS zu analysieren. Die i.v. Applikation des Endotoxins Lipopolysaccharid (LPS) induzierte bei gesunden männlichen Probanden eine akute Entzündungsreaktion, die durch ausgeprägte Anstiege von pro- (IL-6, TNFalpha) und anti-inflammatorischen (IL-1ra, IL-10) Zytokinen sowie neuroendokrinen Parametern wie Cortisol, ACTH und Noradrenalin charakterisiert war. Körpertemperatur und Herzfrequenz waren nach LPS-Gabe signifikant erhöht und die Stimmungslage Dosis-abhängig beeinträchtigt. LPS induzierte darüber hinaus eine erhöhte Speichel-Alpha-Amylase-Aktivität, die mit dem Noradrenalinspiegel im Plasma korrelierte. Des Weiteren konnten Dosis-abhängige Effekte auf das Arbeitsgedächtnis sowie das Langzeitgedächtnis für emotionale Stimuli beobachtet werden. Die fMRT Befunde dokumentieren während einer Emotionsverarbeitungsaufgabe eine erhöhte neuronale Aktivität in Hirnarealen nach LPS-Applikation die relevant für die kognitive Emotionskontrolle sind. Die soziale Kognitionsleistung wurde durch die periphere Entzündungsreaktion nicht beeinflusst. Jedoch konnte im MRT eine erhöhte Aktivierung in neuralen Strukturen gefunden werden, die für soziale Kognition bedeutend sind. Die in diesem Forschungsvorhaben zusätzlich bearbeiteten Fragestellungen zeigten eine deutliche Aktivitätssteigerung des Speichelenzyms alpha-Amylase durch den physiologischen Stressor sowie eine konditionierte Geruchsaversion, jedoch keine konditionierte Immunreaktion wenn LPS im Konditionierungsparadigma als unkonditionierter Stimulus eingesetzt wird. Diese Forschungsarbeiten zu den Auswirkungen einer akuten peripheren Entzündungsreaktion auf neuropsychologische Funktionen, Lern- und Gedächtnisprozesse tragen zum besseren grundlegenden Verständnis zum Einfluss peripherer Immunprozesse beim Menschen auf neuropsychologische Prozesse, Verhalten und Befinden und deren mögliche Rolle im Rahmen pathophysiologischer Mechanismen bei neuropsychiatrischen Erkrankungen bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Lipopolysaccharide-induced experimental immune activation does not impair memory functions in humans. Neurobiology of Learning and Memory, Vol. 94. 2010, Issue 4, pp. 561–567.
Grigoleit J.-S., Oberbeck J.R., Lichte P., Kobbe P., Wolf O.T., Montag T., del Rey A., Gizewski E.R., Engler H., Schedlowski M.
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Dose-dependent effects of endotoxin on neurobehavioral functions in
humans. PLoS ONE, Vol. 6. 2011, Issue 12: e28330.
Grigoleit J.-S., Kullmann J.S., Wolf O.T., Hammes F., Wegner A., Jablonowski S., Engler H., Gizewski E.R., Oberbeck R., Schedlowski M.
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Effects of an acute inflammation on memory performance,
mood and brain activity. Zeitschrift für Medizinische Psychologie, Vol. 20. 2011, no. 3, pp. 108-117.
Kullmann J.S., Grigoleit J.-S., Schedlowski M.
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Acute experimental endotoxemia induces visceral hypersensitivity
and altered pain evaluation in healthy humans. Pain, Vol. 153. 2012, Issue 4, pp. 794-799.
Benson S., Kattoor J., Wegner A., Hammes F., Reidick D., Grigoleit J.-S., Engler H., Oberbeck R., Schedlowski M., Elsenbruch S.
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Experimental endotoxemia as a model to study neuroimmune mechanisms in human visceral pain. Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 1262. 2012, Neuroimmunomodulation in Health and Disease II, pp. 108–117.
Benson S., Engler H., Schedlowski M., Elsenbruch S.
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Single-trial conditioning in a human taste-endotoxin paradigm induces conditioned odor aversion but not cytokine responses.
Brain, Behavior, and Immunity, Vol. 26. 2012, Issue 2, pp. 234–238.
Grigoleit J.-S., Kullmann J.S., Winkelhaus A., Engler H., Wegner A., Hammes F., Oberbeck R., Schedlowski M.
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Experimental human endotoxemia enhances brain activity during social cognition. Social Cognitive & Affective Neuroscience, Vol. 9. 2013, Issue 6, pp. 786-793.
Kullmann J.S., Grigoleit J.-S., Wolf O.T., Engler H., Oberbeck R., Elsenbruch S., Forsting M., Schedlowski M., Gizewski E.R.
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Low dose LPS does not increase TLR4 expression in a human in vivo model. Cytokine, Vol. 63. 2013, Issue 1, pp. 74–80.
Lichte P, Grigoleit J-S, Steiner EM, Kullmann JS, Schedlowski M, Oberbeck R, Kobbe P.
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Neural response to emotional stimuli during experimental human endotoxemia. Human Brain Mapping, Vol. 34. 2013, Issue 9, pp. 2217–2227.
Kullmann J.S., Grigoleit J.-S., Lichte P., Kobbe P., Rosenberger C., Banner C., Wolf O.T., Engler H., Oberbeck R., Elsenbruch S., Bingel U., Forsting M., Gizewski E.R., Schedlowski M.
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Salivary α-amylase response to endotoxin administration in humans. Psychoneuroendocrinology, Vol. 38. 2013, Issue 9, pp. 1819–1823.
Grigoleit J-S, Kullmann JS, Oberbeck R, Schedlowski M, Engler H.
