Im Folgenden werden die drei Kerngebiete, die innerhalb meiner Ph.D.-Arbeit näher untersucht bzw. manipuliert wurden, kurz einleitend beschrieben. Deren Zusammenhang mit der epileptischen Anfallsaktivität wird später in Kap. 2.2.4 bzw.
in Kap. 2.3 erläutert.
2.1.1 Substantia nigra
Die Bezeichnung „Substantia nigra“ (Latein: schwarze Substanz) erhielt dieses umfangreiche Kerngebiet aufgrund seines, im Primatengehirn, hohen Gehaltes an Melanin in den Perikarien (Trepel, 1999). Die Substantia nigra wird zum Mesenzephalon gerechnet, funktionell wird sie jedoch üblicherweise zu den Basalganglien (s. Abbildung 1/ gelb markierte Gehirngebiete) gezählt. Der Begriff Basalganglien umfasst, aus funktioneller Sicht, eine Gruppe von Kerngebieten, die u.a. eine wichtige Funktion in der zentralnervösen Regulation der Motorik innehaben.
Zu den Basalganglien gehören: das Striatum, das Pallidum, die Substantia nigra sowie der subthalamische Nucleus (Trepel, 1999).
Innerhalb der Substantia nigra werden drei Subregionen unterschieden (Juraska et al., 1977): eine dorso-medial liegende schmale Region namens Substantia nigra pars compacta, eine dorso-lateral liegende sehr kleine Region namens Substantia nigra pars lateralis und eine ventro-lateral liegende Region namens Substantia nigra pars reticulata (SNr). Diese Subregion macht bei weitem den größten Teil aus und stellt eine bedeutende Ausgangsstruktur der Basalganglien dar. Funktionell und anatomisch ist die SNr dem medialen Pallidumsegment vergleichbar (Trepel, 1999).
Mikroskopische Studien lassen in der Substantia nigra drei verschiedene Neuronentypen erkennen (Juraska et al., 1977): kleine Neurone, die im gesamten Kerngebiet gefunden werden und bei denen es sich wahrscheinlich um Interneurone handelt, mittelgroße Neurone, die vornehmlich in der Substantia nigra pars compacta vorkommen sowie große Neurone, die vornehmlich in der SNr gefunden werden. Als Transmitter findet man in der SNr vorwiegend GABAerge Neurone, in der Substantia nigra pars compacta hauptsächlich dopaminerge Neurone sowie in der Substantia nigra pars lateralis sowohl dopaminerge als auch GABAerge Neurone (Condé, 1992;
Moriizumi et al., 1992).
Die wichtigsten afferenten und efferenten Verbindungen der Substantia nigra mit anderen Hirnstrukturen sowie die dabei vorkommenden Transmittersysteme sind vereinfacht in Abbildung 1 zusammengefasst (da die funktionelle Bedeutung der Pars lateralis weitestgehend unklar ist, wurde sie der Übersicht halber nicht dargestellt).
Durch die vielfältigen neuronalen Verbindungen der Substantia nigra mit anderen Gehirnregionen werden ihr sowohl modulierende, als auch initiierende Funktionen v.a. im Bereich der Motorik zugesprochen. Des Weiteren kommt dem Kernkomplex wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung afferenter Sinnesimpulse zu und über Verbindungen zum limbischen System nimmt die Gehirnregion zudem Einfluss auf psychische Vorgänge (Trepel, 1999).
2.1.2 Subthalamischer Nucleus
Der subthalamische Nucleus (STN) ist entwicklungsgeschichtlich ein Bestandteil des Subthalamus des Zwischenhirns. Funktionell wird dieser Kernkomplex aber ebenfalls wie die Substantia nigra zu den Basalganglien gezählt (Trepel, 1999).
Dieses relativ kleine und kompakte, v.a. aus glutamatergen Projektionsneuronen bestehende Kerngebiet erhält sowohl erregende als auch hemmende Impulse aus dem Cortex, anderen Kerngebieten der Basalganglien sowie weiteren Gehirnregionen (Tectum, Thalamus, Tegmentum). Die efferenten erregenden Verbindungen führen v.a. zu den Basalganglien-Ausgangsstrukturen (SNr, entopedunculärer Nucleus (= Globus pallidus internus der Primaten)). Ferner bestehen reziproke Verbindungen zum Globus pallidus (Globus pallidus externus der Primaten) und zum tegmentalen pedunculopontinen Nucleus sowie Projektionen zu weiteren Gehirnstrukturen (Parent und Hazrati, 1995; Hamani et al., 2004). Die wichtigsten Verbindungen des STN (inkl. der jeweiligen Transmitter) sind ebenfalls in Abbildung 1 übersichtlich zusammengefasst.
Aufgrund seiner Zugehörigkeit zu den Basalganglien nimmt der STN v.a. eine modulierende Funktion im Bereich der Motorik ein und ist zudem am Zustandekommen von koordinierten Augenbewegungen beteiligt (Matsumura et al., 1992; Trepel, 1999). Ferner wird ihm über oszillierende, reziproke Verbindungen zum Globus pallidus (externus) eine Rolle im Bereich des physiologischen Schlafrhythmus zugesprochen (Plenz und Kital, 1999; Hamani et al., 2004).
2.1.3 Pedunculopontiner Nucleus
Der pedunculopontine Nucleus (PPN) befindet sich im dorsolateralen Teil des ponto-mesenzephalen Tegmentums (Lee et al., 2000) und stellt neben dem superioren Colliculus und dem Thalamus eine der drei hauptsächlichen Projektionsgebiete der Basalganglien dar (Beckstead und Frankfurter, 1982; Gerfen et al., 1982).
Anatomisch besteht der PPN aus einer morphologisch sowie neurochemisch heterogenen Gruppe von Neuronen. Auf Basis der zellulären Dichteverteilung der Neurone kann beim Menschen ein schmaler, caudo-dorso-lateral liegender Subnucleus compactus sowie ein großer Subnucleus dissipatus unterschieden werden (Olszewski und Baxter, 1954), wohingegen bei Nagern eine solche Unterteilung weniger deutlich zu sehen ist (Rye et al., 1987). Die im PPN auftretenden Zellen unterschiedlicher Größe können in cholinerge und nicht cholinerge Neurone (glutamaterg, GABAerg) unterteilt werden, die sowohl erregende, als auch hemmende Impulse auf andere Neurone vermitteln (Spann und Grofova, 1992; Lavoie und Parent, 1994; Inglis und Winn, 1995; Takakusaki et al., 1996). Zudem können elektrophysiologisch ebenfalls zwei bis drei Neuronentypen (Typen I, II und III) aufgrund ihrer elektrischen Membraneigenschaften klassifiziert werden (Kang und Kitai, 1990; Takakusaki et al., 1996). Zusammenfassend ist zu erwähnen, dass im Allgemeinen die jeweilige histo-morphologische Zuordnung des PPN kontrovers diskutiert wird.
Aufgrund seiner vielfältigen afferenten und efferenten, teilweise reziproken Verbindungen zu den Basalganglien (prominente afferente Projektion von Seiten der SNr), zum Cortex, zum limbischen System, zum Thalamus, zu anderen Hirnstammkernen sowie zum Rückenmark (s. Abbildung 1, Übersicht der wichtigsten Projektionen und Transmitter, nicht dargestellt sind die Verbindungen des PPN zu weiteren Hirnstammregionen und zum Rückenmark) ist der PPN in der Lage eine Vielzahl von physiologischen Funktionen zu beeinflussen (Inglis und Winn, 1995; Lee et al., 2000). So hat der PPN u.a. einen Einfluß auf die Motorik, den Schlafrhythmus, die Schmerzreaktion, die Schreck-Reaktion, den Blutdruck, die Atmung sowie andere (zyklische) Verhaltensmuster (Garcia-Rill und Skinner, 1988; Lee et al., 2000;
Diederich und Koch, 2005).
Fasst man die beschriebenen Kerngebiete im Gesamtkonzept der Verschaltung der Basalganglien zusammen, so kann man verallgemeinert sagen, dass das Striatum,
als Eingangsstruktur der Basalganglien, Informationen aus motorischen und sensorischen Arealen des Cortex sowie anderen Gehirnregionen erhält. Diese werden über direkte, monosynaptische als auch über indirekte, oligosynaptische Verbindungen an die tonisch-aktiven Ausgangsstrukturen der Basalganglien (SNr und entopedunculärer Nucleus) und von dort aus an die nachgeschalteten Hirnregionen weitergegeben.