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Katamnese und Lebenszufriedenheit von Kindern und Jugendlichen mit Geschlechtsidentitätsstörungen
(2014)
Die Behandlung von Kindern und Jugendlichen mit Geschlechtsidentitätsstörungen (GIS) wird seit dem Beginn der pubertätshemmenden Hormontherapie in den neunziger Jahren international kontrovers diskutiert. Diese Störung scheint bei Kindern durch psychotherapeutische Intervention besser behandelbar als bei Jugendlichen. Erwartet wurden weniger psychopathologische Auffälligkeiten und eine höhere Lebenszufriedenheit bei umfassender psychotherapeutischer Begleitung. Des Weiteren wurden die Hypothesen geprüft, dass sich ein Geschlechtswechsel ebenfalls positiv auf Lebenszufriedenheit und Psychopathologie auswirkt.
Es nahmen insgesamt 37 Kinder, Jugendliche und Erwachsene an der schriftlichen Nachuntersuchung teil, die mindestens drei Jahre vor Studienbeginn aufgrund der Diagnose GIS des Kindes- und Jugendalters in der KJP Frankfurt vorgestellt wurden. Erfasst wurden Daten zur Geschlechtsidentität, zum Behandlungsverlauf und zur sexuellen Orientierung, zur Ausprägung der Psychopathologie laut altersangemessenem Screening-Inventar (CBCL, YSR, YASR) und zur Lebenszufriedenheit mithilfe des Inventars zur Erfassung der Lebensqualität bei Kindern und Jugendlichen (ILK). Außerdem wurden die Ausprägung der Psychopathologie (erfasst mit dem CBCL und oder YSR) bei der Erstvorstellung in der Klinik mit der jetzigen Einschätzung verglichen.
Die erhobenen Daten geben keinen Hinweis darauf, dass umfangreiche Psychotherapie oder ein Geschlechtswechsel zu einer höheren Lebenszufriedenheit und einer Verbesserung der Psychopathologie führen. Im Laufe der Zeit kam es zu einer signifikanten Reduktion der Werte der Syndromskalen soziale Probleme und aggressives Verhalten bei allen Studienteilnehmern. Allerdings wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Lebenszufriedenheit im Bereich seelische Gesundheit und der Zufriedenheit mit ihrer Psychotherapie gefunden. Die Drop-out-Analyse zeigte, dass Betroffene mit einer unbewältigten Problematik im Zusammenhang mit ihrer GIS eher nicht bereit waren, an dieser Studie teilzunehmen. Des Weiteren ergab sich, dass sich in der Gruppe der Studienteilnehmer signifikant mehr Personen für einen Geschlechtswechsel entschieden haben als in der Gruppe der Studienabbrecher.
Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass alle Teilnehmer der Nachuntersuchung mit ihrem Lebensweg gleichsam zufrieden sind, unabhängig vom Ausmaß der Psychotherapie und der Entscheidung für einen Geschlechtswechsel. Außerdem haben alle Personen der Stichprobe heute weniger Probleme mit aggressivem Verhalten und weniger soziale Probleme.
Da von einer Verzerrung der Stichprobe durch einen systematischen Ausfall von Teilnehmern auszugehen ist, sind weitere Nachuntersuchungen nötig, um die Hypothesen dieser Arbeit weiter zu überprüften. Darüber hinaus gilt es zu klären, ob bestimmte Psychotherapieformen bei einigen Patienten effektiver als andere sind.
Bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) handelt es sich um eine hochprävalente Erkrankung, die bisher insbesondere im Erwachsenenalter nur unzureichend berücksichtigt wurde. Neben den Kernsymptomen bestehend aus Einschränkungen in der Aufmerksamkeit sowie einem erhöhten Maß an Hyperaktivität und Impulsivität gilt es, Komorbiditäten und Beeinträchtigungen zu berücksichtigen, die mit dieser Erkrankung einhergehen. In früheren Studien konnte bereits nachgewiesen werden, dass sowohl Kinder als auch Erwachsene mit einer ADHS vermehrte Unfälle und infolgedessen eine erhöhte Rate an stationären Behandlungen aufweisen. Zusätzlich besteht bei ADHS-Betroffenen ein höheres Risiko, frühzeitig zu versterben, wobei Unfälle als unnatürliche Todesursache den häufigsten Grund darstellen. Bisher existieren auf internationaler Ebene einige Studien, die sich mit den Zusammenhängen von adulter ADHS und Unfallraten beschäftigten. Eine differenzierte Betrachtung, die eine deutsche Population einschließt und den Einfluss des Geschlechts auf das Unfallgeschehen bei ADHS-Betroffenen untersucht, wurde bisher nicht realisiert. Aus diesen Gründen führten wir eine Querschnittsstudie auf unfallchirurgischen Stationen an zwei Kliniken in Frankfurt am Main durch. Im Rahmen der Studie sollte die Prävalenz von adulter ADHS bei stationär betreuten Unfallopfern ermittelt und mögliche unfallcharakteristische Unterschiede zwischen den Geschlechtern der ADHS-Positivkohorte erfasst werden.
Mithilfe der etablierten Adult ADHD Self-Report Scale (ASRS v1.1) der WHO wurden alle Unfallopfer, die den Einschlusskriterien entsprachen, auf adulte ADHS gescreent. Bei der Auswertung des ASRS verwendeten wir zwei unterschiedliche Methoden, die bereits in früheren Studien zur Anwendung kamen. Durch einen eigens erstellten Unfallfragebogen konnten Unfallcharakteristika sowie psychische Komorbiditäten der ADHSPositivkohorte erfasst werden. Zusätzlich erhoben wir zum Vergleich die Unfallcharakteristika bei einer nicht von ADHS betroffenen Kontrollgruppe. Bei einem Teil der positiv gescreenten Patienten wurde eine ausführliche Testung in der ADHS Spezialambulanz des Universitätsklinikums Frankfurt am Main vorgenommen. Mittels diagnostischer Interviews und weiteren Selbstauskunftsfragebögen (DIVA, HASE) konnte eine definitive ADHS-Diagnose gestellt und das positive Screeningergebnis verifiziert werden.
Wir stellten fest, dass die Prävalenz adulter ADHS unter Unfallopfern mit 6,89 % bzw. 8,68 % in Abhängigkeit der ASRS Auswertungskriterien im Vergleich zu der Prävalenz der adulten ADHS in der Allgemeinbevölkerung erhöht war. Des Weiteren gab es mehr Männer mit einem positiven ADHS-Screeningergebnis und einem Unfallgeschehen. Es konnten keine signifikanten geschlechtsspezifischen Unterschiede in den Unfallcharakteristika und Unfallorten in der ADHS Positivkohorte festgestellt werden. Auch in dem Vorhandensein psychischer Komorbiditäten unterschieden sich die beiden Geschlechtergruppen der ADHS-Positivkohorte nicht. Unabhängig der Geschlechterzugehörigkeit wurden die meisten Unfälle der ADHS-Positivkohorte im Straßenverkehr verzeichnet und als selbstverschuldet eingestuft. Es konnten signifikant mehr Unfälle außerhalb des Straßenverkehrs in der nicht von ADHS betroffenen Kontrollgruppe im Vergleich zu der ADHS Positivkohorte nachgewiesen werden. Insgesamt war nur bei 14 % aller positiv gescreenten Patienten eine ADHS-Erkrankung bereits bekannt und diagnostiziert worden.
Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Studie lässt sich schlussfolgern, dass Menschen mit einer ADHS-Symptomatik vermehrt auf unfallchirurgischen Stationen anzutreffen sind und im Einklang mit früheren Forschungsergebnissen ein erhöhtes Unfall- und Verletzungsrisiko aufweisen. Darüber hinaus folgern wir aus unseren Ergebnissen, dass sich Männer und Frauen mit einer ADHS-Erkrankung hinsichtlich Symptomatik, Komorbidität und spezifischer Unfallcharakteristika ähnlicher sein könnten, als dass sie sich in diesen Bereichen unterscheiden. Im Hinblick auf die geringen vorbestehenden ADHS-Diagnosen in der Positivkohorte erscheint eine Etablierung eines Screeningsystems bei Patienten sinnvoll, die im Rahmen von Unfallgeschehen gehäuft stationär betreut werden müssen. Da ADHS-Betroffene ein erhöhtes Risiko für multiple Unfälle zu haben scheinen, könnte unter diesen Voraussetzungen eine adulte ADHS-Symptomatik früher erkannt und negative Folgen wie eine erhöhte Unfallrate reduziert werden. Methodologische Limitierungen bestanden in unserer Erhebung durch eine geringe Anzahl an ausführlichen Testungen zur Verifizierung der ADHS-Diagnose sowie dem Informationsgewinn auf der Basis einer Selbstauskunft. Um Ergebnisse aussagekräftiger zu gestalten und auch kleinere Unfälle zu erfassen, erscheint eine Ausweitung der Testung in Ambulanzen sinnvoll.
Bei Autismus-Spektrum-Störungen (ASS) handelt es sich um genetisch komplexe Störungen mit hoher Erblichkeit. Als zugrundeliegender Pathomechanismus von ASS werden unter anderem Veränderungen der neuronalen Entwicklung diskutiert. Der Phänotyp von ASS ist definiert durch Einschränkungen in der sozialen Interaktion und Kommunikation sowie repetitives und stereotypes Verhalten. Genkopiepolymorphismen (englisch „copy number variations“/CNVs), also Deletionen oder Duplikationen einer chromosomalen Region, wurden wiederholt in Probanden mit ASS identifiziert. Hierbei ist in ASS die Region 16p11.2 mit am häufigsten von CNVs betroffen. Einige Gene aus diesem chromosomalen Abschnitt wurden bereits funktionell charakterisiert. Dennoch können die Befunde der bisherigen Einzelgenstudien nicht alle Aspekte erklären, die durch 16p11.2 CNVs hervorgerufen werden. Ziel dieser Studie war es daher, ein weiteres neuronal assoziiertes Kandidatengen dieser Region zu identifizieren und im Anschluss funktionell im Kontext der neuronalen Differenzierung zu charakterisieren.
Das SH-SY5Y Neuroblastom-Zellmodell wurde auf Transkriptom- und morphologischer Ebene auf seine Eignung als Modell für neuronale Differenzierung untersucht und bestätigt. Eine Analyse der Expressionen aller Gene der 16p11.2-Region zeigte, dass das Gen Quinolinat-Phosphoribosyltransferase (QPRT) eine vergleichsweise hohe Expression mit der stärksten und robustesten Regulierung über die Zeit aufwies. Eine de novo Deletion der 16p11.2-Region wurde in einem Patienten im Vergleich zu seinen Eltern validiert. In Patienten-spezifischen lymphoblastoiden Zelllinien derselben Familie konnten wir eine Gendosis-abhängige Expression von QPRT auf RNA-Ebene bestätigen. In SH-SY5Y-Zellen korrelierte die Expression von QPRT signifikant mit der Entwicklung von Neuriten während der Differenzierung. Um QPRT funktionell zu charakterisieren, benutzten wir drei verschiedene Methoden zur Reduktion der QPRT-Gendosis: (i) knock down (KD) durch siRNA, (ii) chemische Inhibition durch Phthalsäure und (iii) knock out (KO) über CRISPR/Cas9-Geneditierung. Eine Reduktion von QPRT durch siRNA führte zu einer schwachen Veränderung der neuronalen Morphologie differenzierter SH-SY5Y-Zellen. Die chemische Inhibition sowie der genetische KO von QPRT waren letal für differenzierende aber nicht für proliferierende Zellen. Eine Metabolitenanalyse zeigte keine Veränderungen des QPRT-assoziierten Tryptophanstoffwechsels. Gene, welche auf Transkriptomebene im Vergleich zwischen KO- und Kontrollzellen differenziell reguliert vorlagen, waren häufig an Prozessen der neuronalen Entwicklung sowie an der Bildung, Stabilität und Funktion synaptischer Strukturen beteiligt. Die Liste differenziell regulierter Gene enthielt außerdem überdurchschnittlich viele ASS-Risikogene und ko-regulierte Gengruppen waren assoziiert mit der Entwicklung des dorsolateralen präfrontalen Cortex, des Hippocampus sowie der Amygdala.
In dieser Studie zeigten wir einen kausalen Zusammenhang zwischen QPRT und der neuronalen Differenzierung in vitro sowie einen Einfluss von QPRT auf die Regulation von ASS-assoziierten Genen und Gen-Netzwerken. Funktionell standen diese Gene im Kontext mit synaptischen Vorgängen, welche durch Veränderungen zu einem Exzitations-Inhibitions-Ungleichgewicht und letztendlich zum Zelltod von Neuronen führen können. Unsere Ergebnisse heben in Summe die wichtige Rolle von QPRT in der Krankheitsentstehung von ASS, insbesondere in Trägern einer 16p11.2 Deletion, hervor.
Hintergrund: Die Einnahme vieler Antidepressiva und Antipsychotika in der frühen Schwangerschaft kann nach aktuellem Forschungsstand als sicher bezüglich des Risikos für Fehlbildungen erachtet werden. Daten hinsichtlich der Sicherheit einer Psychopharmakotherapie während der Stillperiode sind hingegen rar. Die meisten Betroffenen würden einerseits gerne ihre Kinder stillen, andererseits wollen sie aber auch sicher sein, dass sie ihrem Nachwuchs dadurch nicht schaden.
Ziele: Unser Ziel war es herauszufinden ob eine Korrelation zwischen der Tagesdosis der Psychopharmaka und der Medikamentenkonzentration im Serum sowie in der Muttermilch (MM) besteht. Weiterhin untersuchten wir, ob es eine allgemeingültige Regeln gibt, wie sich Muttermilchmedikamentenkonzentrationen im Tagesverlauf verhalten. Außerdem wollten wir herausfinden ob die Medikamentenexposition in der Schwangerschaft und/oder Stillperiode einen Einfluss auf die Entwicklung des Kindes in den ersten zwölf Lebensmonaten hat.
Methoden: Wir untersuchten therapeutische Medikamentenspiegel parallel in Serum und MM zu verschiedenen Zeitpunkten um herauszufinden wann die höchsten/niedrigsten Konzentrationen ermittelt werden konnten. Neben dem Talspiegel, nach 12 h oder 24 h (T1), sammelten wir Proben 4 h (T5) und 8 h (T6) nach der Medikamenteneinnahme sowie direkt nach der Medikamenteneinnahme (T2), 1 h nach T2 (T3) und direkt beim nächsten Stillen (T4). Die Messungen wurden im TDM Labor im Zentrum für psychsiche Gesundheit, Universitätsklinikum Würzburg mittels isokratischer reversed-phase high performance liquid Chromatographie durchgeführt. Wir rekrutierten 25 Patientinnen, die in der ambulanten Spezialsprechstunde für psychiatrische Erkrankungen in Schwangerschaft und Stillzeit behandelt wurden. 68% der Patientinnen nahmen in der Schwangerschaft schon ein Psychopharmakon ein. Die Patientinnen litten an unipolaren Depressionen (n = 15), bipolaren Störungen (n = 2), schizoaffektiven Störungen (n = 2) sowie Angst- (n = 4) und Zwangsstörungen (n = 2). Das Spektrum von Antidepressiva und Antipsychotika erstreckte sich von Amitriptylin/Nortriptylin, Clomipramin/N-Desmethyl-Clomipramin, Mirtazapin, Escitalopram, Citalopram, Sertralin, Venlafaxin/ O-Desmethyl-Venlafaxin bis hin zu Lamotrigin und Quetiapin. Weiterhin erfassten wir ob es postnatale Auffälligkeiten sowie im Verlauf Entwicklungsauffälligkeiten bei den exponierten Kinder gab (Daten aus den routinemäßigen U-Untersuchungen der ersten 12 Lebensmonate). Um mehr Daten zur Kindesentwicklung zu sammeln, interviewten wir in einem retrospektiven Unterprojekt 14 weitere Patientinnen, die in der Vergangenheit von der Thematik betroffen waren.
Ergebnisse: Die parallel bestimmten Talspiegel in Serum und MM korrelierten nicht signifikant bei der Analyse aller Medikamente zusammen oder bei der Analyse der einzelnen Medikamente (Spearman Rho Korrelation, p > 0,05). Die Talspiegel im Serum korrelierten weder signifikant mit den Muttermilchkonzentration nach 4 h (T5), noch mit denen nach 8 h (T6) (Spearman Rho Korrelation, p = 0,46; p = 0,08). Die Tagesdosis korrelierte signifikant mit dem Talspiegel im Serum (p = 0,001), jedoch nicht mit den gleichzeitig bestimmten Muttermilchkonzentrationen (p = 0,88). Die Konzentrationen von Venlafaxin in der MM fielen relativ hoch aus. Es zeigte sich eine große interindividuelle Variation der Konzentrationen der unterschiedlichen Medikamente zu verschiedenen Zeitpunkten. Clomipramin und Quetiapin konnten gar nicht oder nur in sehr niedrigen Konzentrationen in der MM gemessen werden (n = 2, n = 4) wie auch Sertralin (ohne Ausreißer-Werte) und Escitalopram. Auch konnte Quetiapin nicht im Serum eines gestillten Kindes nachgewiesen werden, bei dem wir Blutproben gewinnen konnten (n = 1). Keines der gestillten Kinder zeigte negative Auswirkungen aufgrund der Medikation. Die höchste „concentration-bydose-ratio“ (C/D) in der MM wurden für Venlafaxin (n = 4, C/D MM = 5,11) und Lamotrigin (n = 1, C/D MM = 10,0) errechnet, während Clomipramin (n = 2, C/D MM = 0,0), Quetiapin (n = 4, C/D MM = 0,02) und Sertralin (n = 3, C/D MM = 0,03) die niedrigsten Quotienten zeigten. Wir kalkulierten die höchste „milk-to-plasma-ratio“ (M/P) für Mirtazapin (n = 3, M/P = 3,92) und Venlafaxin (n = 2, M/P = 2,4) sowie die niedrigsten für Clomipramin (n = 2, M/P = 0), Quetiapin (n = 3, M/P = 0,03) und Sertralin (n = 3, M/P = 0,08), was für ein niedriges Eindringungsvermögen vom Serum in die MM spricht.
This research project investigated how motor activity, such as cycling, influences the acquisition of foreign language vocabulary under two distinct conditions of auditory-motor-synchronisation. In a mixed subject design, 48 participants had to learn 40 Polish-German vocabulary pairs by auditory presentation over headphones in two different conditions, in which they performed motor activity cycling on a bicycle ergometer: in experiment 1, vocabulary was presented in a fixed rhythm while in experiment 2, participants self-initiated the presentation of vocabulary through pedalling. After having listened to the word pairs, they had to perform online vocabulary tests, one directly after the learning session and a second one 24 hours later from home. Additionally, the individual pitch perception preference (i.e. fundamental vs. spectral pitch perception) of the participants was determined.
The results showed that fundamental listeners forgot significantly more vocabulary than spectral listeners during the fixed than during the self-initiated condition. There was no difference within the groups for the self-initiated condition. The analysis of the motor data revealed a significantly more accurate synchronisation for fundamental listeners during the fixed condition. Therefore, this study provides first evidence for the benefit of self-initiated auditory-motor synchronisation in the process of learning a foreign language in adults. It also reveals that pitch preference has an effect on auditory-motor synchronisation.
Bipolar disorder (BD) and major depressive disorder (MDD) are severe mood disorders that belong to the most debilitating diseases worldwide. Differentiating both mood disorders often poses a major clinical challenge, leading to frequent misdiagnoses. Objective biomarkers able to differentiate individuals with BD and MDD therefore represent a psychiatric research field of utmost importance. Recent studies have applied resting-state fMRI paradigms and found promising results differentiating both disorders based on the acquired data. However, most of these studies have focused their efforts on acutely depressed patients. Thus, it remains unclear whether the aberrations remain in a symptomless disease state.
The here presented study addresses these issues by evaluating the ability to differentiate both disorders from one another by conducting a between-group comparison of functional brain network connectivity (FNC) obtained from resting-state fMRI data. Data were collected from 20 BD, 15 MDD patients and 30 age- and gender-matched healthy controls (HC). Graph theoretical analyses were applied to detect differences in functional network organization between the groups on a global and regional network level.
Network analysis detected frontal, temporal and subcortical nodes in emotion regulation areas such as the limbic system and associated regions exhibiting significant differences in network integration and segregation in BD compared to MDD patients and HC. Participants with MDD and HC only differed in frontal and insular network centrality.
These results indicate that a significantly altered brain network topology in the limbic system might be a trait marker specific to BD. Brain network analysis in these regions may therefore be used to differentiate euthymic BD not only from HC but also from patients with MDD.
Background: Alzheimer’s Disease (AD) is the most common form of dementia and one of the major diseases of old age, causing the impairment of cognitive functions. This disease does not only confront society with financial issues, but also puts severe stress on individuals suffering from AD and their relatives alike. One of the possible symptoms, commonly described in AD, is the impairment of learning as well as the recognition of face-name associations. Beginning at age 60, the chance to develop AD grows exponentially with increasing age, making age a major risk factor. Additionally, the e4 allele of the apolipoprotein E (APOE) polymorphism has been associated with the risk of developing AD when compared to the more common e3 allele. While strong evidence shows a stronger decline in cognitive function with rising age for e4 carriers, some studies demonstrated better cognitive function in e4 carriers at a young age.
This led to the postulation of the hypothesis of antagonistic pleiotropy of the APOE gene, wherein the e4 allele may benefit cognitive function in young carriers, yet leads to a faster decline at a later point in life, encouraging the development of cognitive dysfunction such as AD. Several functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies, examining functional activation patterns, found APOE-related differences in key areas of episodic memory, such as the hippocampus, where e4 carriers show aberrant activation similar to AD patients. However, associative memory (encoding and retrieval of face name pairs) has not been well examined for APOE-related differences. Interaction effects of age and the APOE genotype, such as those postulated by the hypothesis of antagonistic pleiotropy, have not been addressed in face-name association tasks either.
Leading Question: Is it possible to detect interaction effects between age and APOE genotype on cognitive performance or neuronal activation patterns in healthy young and old participants during an fMRI face-name association task, supporting the hypothesis of antagonistic pleiotropy of the APOE genotype?
Methods: Participants were stratied by age, and APOE e4 carriers were randomly matched with homozygous e3 carriers. Neuropsychological examination (CVLT and CERAD) was administered. Participants underwent structural MRI analysis via voxelbased morphometry (VBM) as well as fMRI imaging during a face-name association task.
Results: Apart from strong age-related effects in cognitive function detected during neuropsychological testing, the behavioral data from the face-name association task as well as the structural MRI analysis did not show an association with the APOE genotype. Nevertheless, analysis of functional MRI data showed age- as well as APOE-dependent effects on activation patterns for the encoding and retrieval of face-name pairs, in absence of differences in cognitive performance. Further analysis showed eight clusters of significant age X APOE genotype interactions in areas previously associated with working and visual associative memory, including the fusiform gyri bilaterally. These interactions show different patterns, whereas a relative hypoactivation of young e4 carriers together with a hyperactivation of old e4 carriers is the most prominent.
Conclusions: With regard to the leading question, this study successfully found age X APOE interactions in a face-name pair retrieval task, although no interaction effects were present in the encoding task, structural analysis, or cognitive performance. The agemediated effect of the APOE e4 allele on functional activation patterns may be explained by the compensatory hypothesis, describing a relative hyperactivation of old e4 carriers as compensatory, and interpreting a relative hypoactivation of younger e4 participants as reduced effort to achieve the same cognitive performance as non carriers.
These findings present further evidence of an antagonistic pleiotropy of the APOE genotype, showing age-dependent effects of the e4 allele even in healthy carriers. Nevertheless, previously described differences in cognitive performance and brain structure, even in young participants, were not found. On the contrary, functional MRI analysis showed APOE-related differences in young and old participants, suggesting that this modality may be more sensitive in detecting APOE-mediated changes. Among the clusters, demonstrating an interaction effect, the fusiform gyri were most prominent, which might be due to its important role in visual associative memory. As previous studies indicate an early and strong involvement of this area due to AD pathology, this interaction effect of age and APOE genotype in healthy participants underlines the importance of this region in the development of AD, and should be the focus of further research. However, this research is also required to determine, how exactly the APOE genotype influences brain function in healthy humans, and to clarify its relationship to pathological processes facilitating the development of AD.
Neuropsychiatric disorders are complex, highly heritable but incompletely understood disorders. The clinical and genetic heterogeneity of these disorders poses a significant challenge to the identification of disorder related biomarkers. Besides significant progress in unveiling the genetic basis of these disorders, the underlying causes and biological mechanisms remain obscure. With the advancement in the array, sequencing, and big data technologies, a huge amount of data is generated from individuals across different platforms and in various data structures. But there is a paucity of bioinformatics tools that can integrate this plethora of data. Therefore, there is a need to develop an integrative bioinformatics data analysis tool that combines biological and clinical data from different data types to better understand the underlying genetics.
This thesis presents a bioinformatics pipeline implementing data from different platforms to provide a thorough understanding of the genetic etiology of a neuropsychiatric quantitative as well as a qualitative trait of interest. Throughout the thesis, we present two aspects: one is the development and architecture of the bioinformatics pipeline named MApping the Genetics of neuropsychiatric traits to the molecular NETworks of the human brain (MAGNET). The other part demonstrates the implementation and usefulness of MAGNET analysing large Autism Spectrum Disorder (ASD) cohorts.
MAGNET is a freely available command-line tool available on GitHub (https://github.com/SheenYo/MAGNET). It is implemented within one framework using data integration approaches based on state-of-the-art algorithms and software to ultimately identify the genes and pathways genetically associated with a trait of interest. MAGNET provides an edge over the existing tools since it performs a comprehensive analysis taking care of the data handling and parsing steps necessary to communicate between the different APIs (Application Program Interface). Thus, this avoids the in-between data handling steps required by researchers to provide output from one analysis to the next. Moreover, depending on the size of the dataset users can deduce important information regarding their trait of interest within a time frame of a few days. Besides gaining insights into genetic associations, one of the central features is the mapping of the associated genes onto developing human brain implementing transcriptome data of 16 different brain regions starting from the 5th post-conceptional week to over 40 years of age.
In the second part as proof of concept, we implemented MAGNET on two ASD cohorts. ASD is a group of psychiatric disorders. Clinically, ASD is characterized by the following psychopathology: A) limitations in social interaction and communication, and B) restricted, repetitive behavior. The etiology of this disorder is extremely complex due to its heterogeneous clinical traits and genetics. Therefore, to date, no reliable biomarkers are identified. Here, the aim is to characterize the genetic architecture of ASD taking into account the two aforementioned ASD diagnostic domains. As well as to investigate if these domains are genetically linked or independent of each other. Moreover, we addressed the question if these traits share genetic risk with the categorical diagnosis of ASD and how much of the phenotypic variance of these traits can be explained by the underlying genetics.
We included affected individuals from two ASD cohorts, i.e. the Autism Genome Project (AGP) and a German cohort consisting of 2,735 and 705 families respectively. MAGNET was applied to each of the ASD subdomains as a quantitative dependent variable. MAGNET is divided into five main sections i.e. (1) quality check of the genotype data, (2) imputation of missing genotype data, (3) association analysis of genotype and trait data, (4) gene-based analysis, and (5) enrichment analysis using gene expression data from the human brain.
MAGNET was applied to each of the individual traits in each cohort to perform quality control of the genetic data and imputed the missing data in an automated fashion. MAGNET identified 292 known and new ASD risk genes. These genes were subsequently assigned to biological signaling pathways and gene ontologies via MAGNET. The underlying biological mechanisms converged with respect to neuronal transmission and development processes. By reconciling these genes with the transcriptome of the developing human brain, MAGNET was able to identify that the significant genes associated with the subdomains are expressed at specific time points in brain areas such as the hippocampus, amygdala, and cortical regions. Further, we found that ASD subdomains related to domain A but not
to domain B have a shared genetic etiology.
Increased intraindividual variability of reaction time is a main cognitive feature of Attention Deficit Hyperactivity Disorder. It is associated with deficits in sustained attention. While traditionally, mean and variance were used to characterize reaction time distributions, the ex-gaussian distributional model allows a more sophisticated analysis of reaction time series. Reaction time distributions are separated in a normal and an exponential component.
The present study investigates the impact of incentives on reaction time variability in a sample of adult ADHD patients. ADHD is associated with increased Tau, the output parameter of the ex-gaussian model characterizing the exponential part of the distribution. Tau is linked to “lapses of attention”, which are more frequent in ADHD patients. It is known that tau can be modulated in ADHD Patients. It was therefore postulated that tau would be higher in ADHD Patients in a paradigm where quick answers were required but could be modulated by monetary incentives. In addition, the effect of “delay discounting”, which is more distinct in ADHD patients, on reaction time variability was investigated. Eventually, the association of variability measures with strength of ADHD symptoms was tested.
To this end, reaction time distributions of 62 adult ADHD patients and 45 healthy controls from two different reaction time paradigms were analyzed. The monetary incentive delay task, by comprehending a control – and a win condition, allows an investigation of the effect of incentives on reaction times. Subjects had to react as fast as possible by keypress to a stimulus, after a cue signaled a possible monetary reward. During the Delay-Discounting-Task, subjects had to choose between sooner, but smaller, and higher delayed monetary rewards, during which they could use as much time for consideration as desired.
Results show that an increased Tau in the control condition of the monetary- incentive-delay-task could be replicated, while a distinct influence of the win condition emerged. Subjects with ADHD showed an improvement of Tau in the win condition even below the level of healthy controls. However, they showed increased variability of the “regular” responses around the mean of the normal component of the distribution, represented by sigma. Moreover, it was indicated by trend a higher reaction time variability in ADHD patients during choices of delayed rewards. Tau was associated the current symptom strength as well as with the strength of ADHD-Symptoms during childhood, assessed by questionnaire.
While the present results could have implications for etiological models of the disease, they may also contribute to the development of novel diagnostic methods. In advanced studies, neural correlates of sophisticated measures of reaction time variability should be investigated. Furthermore, they should be associated with genetic risk factors with regard to possible endophenotypes. Possible implications for clinical handling of patients should be explored.
Selbstverletzendes Verhalten – die selbst herbeigeführte Verletzung des eigenen
Körpers – wird bisher in diagnostischen Manualen nicht als eigenständiges
Krankheitsbild geführt, sondern lediglich als Symptom verschiedener psychischer
Krankheitsbilder, wie Essstörungen, Abhängigkeitsstörungen, Zwangsstörungen und
vor allem als ein Kriterium der Borderline Persönlichkeitsstörung, erwähnt. Aufgrund
dessen beschäftigte sich die vorliegende Arbeit ausschließlich mit dem
Symptomkomplex Selbstverletzendes Verhalten und suchte erstmalig nach einem
gemeinsamen Korrelat des Phänomens auf neuronaler Ebene. Im Kontext der
vorliegenden Untersuchung wurden zehn Patienten mit Selbstverletzendem Verhalten
ausgewählt und zunächst gebeten unter Zuhilfenahme der Selbstbeurteilungs-
Fragebögen DSHI und SHBQ ihre Selbstverletzung und mögliche suizidale Handlungen
zu charakterisieren. In einem Interview wurden die Patienten zu ihrer psychischen
Krankengeschichte befragt, der HADS-D diente der Erfassung von Komorbiditäten.
Anschließend erfolgte eine Messung der zehn Selbstverletzer sowie zehn gesunder
Kontrollprobanden mittels funktioneller Magnetresonanztomographie während einer
visuellen Präsentation von symptomspezifischen Stimuli. Im Rahmen eines Blockdesigns
wurden Bilder mit selbstverletzenden und suizidalen Szenen randomisiert
dargeboten. Die emotionale Bedeutsamkeit und Valenz der gezeigten Bilder wurden
anschließend mithilfe eines Post-fMRT-Befragungsbogens eruiert.
Die Auswahl der Patienten nach dem Selbstverletzenden Verhalten und nicht nach der
Diagnose war ebenso wie das Design mit selbstverletzenden und suizidalen Stimuli
einzigartig. Die Ergebnisse dieser innovativen Studie offenbarten bei den Patienten
beim Betrachten der selbstverletzenden Szenen eine gesteigerte Aktivität eines weit
gefächertes Netzwerkes von Gehirnarealen, die eine essenzielle Rolle in der
Verarbeitung von Emotionen spielen. Dazu zählen vor allem limbische Strukturen wie
Amygdala und Hippocampus, aber auch frontale Areale, im Besonderen der
präfrontale Cortex. Diese Strukturen sind vergleichbar mit denen, die bei einer
Borderline Persönlichkeitsstörung neuronal verändert sind. Die Präsentation der
suizidalen Bilder rief ebenfalls eine Mehraktivierung der genannten Regionen hervor,
allerdings in einem geringeren Ausmaß.
Im Zusammenhang mit den selbstverletzenden Szenen ist vor allem die erstmalige
Darstellung von Arealen, die dem Belohnungssystem zuzuordnen sind und teilweise
Bestandteil dopaminerger Bahnen sind, hervorzuheben. So präsentierten sich die
Substantia nigra, Teile des Mesenzephalons und vor allem die Basalganglien verstärkt
aktiviert. Dies deutet darauf hin, dass erstmalig neuronale Strukturen abgebildet
wurden, die spezifisch für das Selbstverletzende Verhalten sind. Da die erhöhte
Aktivität der genannten Gehirnareale mit der neuronalen Momentaufnahme eines
Suchtkranken vergleichbar ist, wäre eine mögliche Einordnung der Selbstverletzung in
die bestehende Kategorie der Abhängigkeitserkrankungen naheliegend. Die
beschriebene Studie legt den Zusammenhang zwischen Selbstverletzenden Verhalten
und einer Abhängigkeitsstörung zum ersten Mal in dieser Form dar, so dass
weitergehende Untersuchungen in diese Richtung notwendig sind. Jedoch wird mittels
der Resultate der funktionellen Magnetresonanztomographie ein besseres Verständnis
des komplexen Charakters der Erkrankung ermöglicht und Veränderungen in der
Behandlung und dem individuellen Umgang mit dem Selbstverletzer müssen in
Betracht gezogen werden. Weiterhin verdeutlichen die Studienresultate, dass die
Etablierung der Erkrankung als eigenständiger Symptomkomplex in gängige Diagnostikund
Behandlungsmanuale in Zukunft unumgänglich sein wird.
