Archive for the ‘Naturwissenschaft’ Category

„Verbindungsfehler“ im Gehirn von Magersüchtigen

Mittwoch, Januar 23rd, 2013

RUB-Forscher finden gestörte Konnektivität im Hirnnetzwerk für Körperwahrnehmung – Je schwächer die Verbindung, desto stärker die Fehleinschätzung des Gewichts.

Wenn Menschen Bilder von Körpern ansehen, sind eine ganze Reihe von Hirnregionen aktiv. Dieses Netzwerk im Gehirn ist bei Frauen mit Magersucht (Anorexia nervosa) verändert. In einer Kernspin-Studie waren zwei Regionen, die für die Verarbeitung von Körperbildern wichtig sind, bei magersüchtigen Frauen schwächer funktionell verbunden als bei gesunden Frauen. Je stärker dieser „Verbindungsfehler“ war, desto dicker fanden sich die Befragten. „Diese Auffälligkeiten im Gehirn könnten erklären, warum Frauen mit Magersucht sich selbst als dick wahrnehmen, obwohl sie objektiv untergewichtig sind“, sagt Prof. Dr. Boris Suchan vom Institut für Kognitive Neurowissenschaft der Ruhr-Universität. Gemeinsam mit Prof. Dr. Dietrich Grönemeyer (Universität Witten-Herdecke), Prof. Dr. Silja Vocks (Universität Osnabrück) und weiteren Kollegen berichten die Bochumer Forscher in der Zeitschrift „Behavioural Brain Research“.

Magersüchtige nehmen ihre Körperform falsch wahr

Die Wissenschaftler testeten zehn magersüchtige und 15 gesunde Frauen ähnlichen Alters. Zunächst gaben alle Frauen am Computer an, welche von mehreren unterschiedlich schlanken Silhouetten ihrer eigenen Körperform am ehesten entspricht. Zehn Kontrollpersonen, die nicht an der Kernspinuntersuchung teilnahmen, beantworteten die gleiche Frage, indem sie ein Foto der Probandin der passenden Silhouette zuordneten. Sowohl Gesunde als auch Magersüchtige schätzten ihre Körperform anders ein als Außenstehende: Gesunde Probandinnen bewerteten sich selbst als dünner als die Kontrollpersonen. Magersüchtige Frauen hingegen nahmen sich selbst dicker wahr als die Kontrollpersonen.

Hirnareale für die Körperwahrnehmung kernspintomografisch untersucht

Im Kernspintomografen zeichneten die Forscher dann die Hirnaktivität der 25 Teilnehmerinnen auf, während diese Fotos von Körpern betrachteten. Sie analysierten vor allem die Aktivität in der „fusiform body area“, kurz FBA, und der „extrastriate body area“, kurz EBA. Denn frühere Studien ergaben, dass diese Hirnregionen für die Wahrnehmung von Körpern entscheidend sind. Zu diesem Zweck berechneten die Bochumer Neurowissenschaftler die sogenannte effektive Konnektivität zwischen der FBA und EBA in beiden Hirnhälften. Sie ist ein Maß dafür, wie stark die Aktivität in mehreren Hirnarealen zeitlich korreliert ist; eine hohe Korrelation lässt auf eine starke funktionelle Verbindung schließen.

Gehirn von Magersüchtigen strukturell und funktionell verändert

Die Verbindung zwischen FBA und EBA war bei magersüchtigen Frauen schwächer als bei gesunden Frauen. Außerdem fanden die Forscher eine negative Korrelation zwischen der EBA-FBA-Verbindung in der linken Hirnhälfte und der Fehleinschätzung des Körpergewichts: Je schwächer die effektive Konnektivität zwischen EBA und FBA war, desto dicker schätzten sich die Probandinnen mit Magersucht fälschlicherweise ein. „In einer früheren Studie haben wir festgestellt, dass es strukturelle Veränderungen im Gehirn von Patientinnen mit Anorexie gibt“, sagt Boris Suchan. Sie haben eine geringere Dichte an Nervenzellen in der EBA. „Die neuen Daten zeigen, dass das Netzwerk für die Körperverarbeitung auch funktionell verändert ist.“ Die EBA, die bei Magersüchtigen eine geringere Zelldichte aufweist, ist auch das Areal, das in der Verbindungsanalyse auffiel: Es bekommt einen verminderten Input von der FBA. „Diese Veränderungen könnten einen Mechanismus für die Entstehung der Magersucht darstellen“, so Suchan.

Titelaufnahme:
B. Suchan, D. Soria Bauser, M. Busch, D. Schulte, D. Grönemeyer, S. Herpertz, S. Vocks (2012): Reduced connectivity between the left fusiform body area and the extrastriate body area in anorexia nervosa is associated with body image distortion, Behavioural Brain Research, DOI: 10.1016/j.bbr.2012.12.002

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Darmbakterien haben Einfluss auf das Risiko von Autoimmunkrankheiten

Donnerstag, Januar 17th, 2013
Washington/ Leipzig. Bei Mäusen beeinflussen die Arten der Darmbakterien den Hormonspiegel, den Stoffwechsel, die Immunantwort und damit die Entwicklung von Diabetes Typ 1, berichtet ein internationales Forscherteam in der Online-Ausgabe von SCIENCE, an dem das UFZ mit Analysen des Stoffwechsels beteiligt ist.
Diese Ergebnisse könnten Hinweise liefern, weshalb Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose und Gelenkrheumatismus bei Frauen häufiger auftreten als bei Männern.

Zwar ist bekannt, dass sowohl genetische als auch umweltbedingte Faktoren zur individuellen Anfälligkeit für Autoimmunerkrankungen beitragen, aber die Wechselwirkungen zwischen Darmbakterien und der Entwicklung von Diabetes Typ 1 sind bisher noch nicht eindeutig geklärt.

Beim Typ 1 der Diabetes mellitus sorgt das körpereigene Immunsystem dafür, dass die Bauspeicheldrüse nicht mehr ausreichend Insulin produziert. Ohne das Insulin kann jedoch der Energielieferant Glukose nicht mehr richtig verarbeitet werden. Die Folge: Der Zuckerspiegel im Blut steigt gefährlich an.
Umgangssprachlich wird Diabetes daher oft auch einfach Zuckerkrankheit genannt. An dieser Variante leiden etwa fünf Prozent der Diabetes-Erkrankten. Sie kann sowohl im frühen Kindesalter als auch im späten Erwachsenenalter auftreten und zählt zu den Autoimmunerkrankungen, die auf einer Überreaktion des Immunsystems gegen körpereigenes Gewebe beruhen.Für die jetzt veröffentlichte Studie untersuchte das internationale Forscherteam um Prof. Jayne Danska von der University of Toronto so genannte „NOD“-Mäuse, die Typ-1-Diabetes entwickelten. Diese besondere Zuchtform wird seit den 80er Jahren in der experimentellen Diabetes-Forschung als Tiermodell für den Typ-1-Diabetes eingesetzt. Typischerweise sind die Weibchen viel anfälliger als Männchen, die möglicherweise durch einen höheren Testosteronspiegel geschützt sind.
Dieser Unterschied verschwand aber, wenn die NOD-Mäuse unter keimfreien Bedingungen aufgezogen wurden. Die Forscher übertrugen vor Ausbruch der Krankheit die Darmbakterien von männlichen Tieren in Weibchen und stellten fest, dass die Weibchen dann gegen eine Vielzahl von Typ-1-Diabetes-Symptome geschützt waren. Eine Unterdrückung der Aktivität des Testosterons kehrte diese schützende Wirkung jedoch um.

Am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig wurden die Folgen der transplantierten Darmbakterien auf den Stoffwechsel der Mäuse per Massenspektrometrie untersucht. Auf die so genannte Metabolomik hat sich das Department um Prof. Dr. Martin von Bergen spezialisiert: „Für uns war es besonders spannend, zu sehen, wie die Billionen an Mikroorganismen, die Säugetiere als Untermieter im Verdauungstrakt beherbergen, den Hormonspiegel und damit auch das geschlechtsspezifische Verhalten und den Stoffwechsel des Wirts beeinflussen.

„Das bedeutet, ob jemand als Alphatier oder Omegatier auftritt, könnte auch damit zusammenhängen, welche Bakterien sie oder er beherbergt“, erklärt Prof. von Bergen.

„Die biologische Vielfalt in unserem Inneren und deren Effekte auf unsere Gesundheit sind im Hinblick auf die Gesamtheit der umweltbedingten Einflüsse eine bisher wenig erforschte Welt, in der es noch viel zu entdecken geben wird.“
Diese Arbeiten an der Schnittstelle zwischen Gesundheitsforschung und mikrobieller Ökologie sollen in den nächsten Jahren am UFZ fortgesetzt werden, um die Auswirkungen der inneren Besiedlung auf chronische Erkrankungen besser verstehen zu können.Weitere Arbeiten sind notwendig, um zu untersuchen, ob die jetzt veröffentlichten Erkenntnisse auch beim Menschen gelten. Zum Beispiel könnten sie von größerer Bedeutung für geschlechtsspezifische Krankheiten wie Gelenkrheumatismus und Multiple Sklerose sein als für als Typ-1-Diabetes, die bei Männern und Frauen etwa gleich häufig trifft. Die Autoren der Studie hoffen, dass es künftig einfacher wird, Säuglinge und Kinder mit einem hohen Risiko für Autoimmunerkrankungen zu identifizieren. Ebenfalls noch eine Vision ist das Ziel der Wissenschaft, später einmal über die Darmflora den Ausbruch dieser Krankheiten zu verhindern oder zu verzögern. Tilo Arnhold

Publikation: Janet G. M. Markle, Daniel N. Frank, Steven Mortin-Toth, Charles E. Robertson, Leah M. Feazel, Ulrike Rolle-Kampczyk, Martin von Bergen, Kathy D. McCoy, Andrew J. Macpherson, Jayne S. Danska (2012): Sex Differences in the Gut Microbiome Drive Hormone-Dependent Regulation of Autoimmunity. SCIENCE, 17 January 2013, DOI: 10.1126/science.1233521.

Die Untersuchungen wurden vom Canadian Institutes of Health Research (CIHR), der Juvenile Diabetes Research Foundation (JDRF), Genome Canada, der Genaxen Foundation und dem National Institutes of Health gefördert.

Anmerkung: siehe auch den Artikel „Das Bauchhirn bei Menschen und Tieren„.

Wer freihändig vom Boden aufstehen kann, lebt länger

Montag, Dezember 17th, 2012

Körperliche Fitness von Muskeln und Skelett Indikator für Sterblichkeit.

Rio de Janeiro/Marburg (pte004) – Brasilianische Forscher sehen einen Zusammenhang zwischen der Mortalität und der Fähigkeit, sich freihändig vom Boden zu erheben. Die Fitness von Muskeln und Skelett sei der beste Indikator für die Sterblichkeit, meinen Claudio Gil Araújo und Kollegen von der Klinik Clinimex in Rio de Janeiro http://clinimex.com.br. Für ihr Ergebnis experimentierten die Forscher seit 2002 mit Erwachsenen im Alter von 51 bis 80 Jahren. Die Pobanden sollten freihändig vom Boden aufzustehen. Dabei bewerteten die Forscher die Grundbewegungen der Testpersonen

159 Unsportliche verstorben

Im Verlauf der Studie sind 159 Probanden verstorben. Die Mediziner stellten fest, dass die meisten der Tode überwiegend die Menschen ereilte, die niedrige Testergebnisse erzielt hatten. Daher errechneten die Forscher, dass die Sterblichkeit bei Menschen, die körperlich weniger fit sind, schneller sterben als Menschen, deren Muskel und Skelett gut trainiert sind.

„Ich bin überzeugt davon, dass es einen Zusammenhang zwischen Sterblichkeit und körperlicher Fitness gibt. Es wäre allerdings zu einfach, dies nur an der Beweglichkeit zu messen. Faktoren des Bewegungsapparates wie Kraft und Beweglichkeit spielen ebenso eine Rolle, wie das Herz-Kreislauf-System und viele weitere“, sagt Sandra Apelt vom Institut für Medizin der Philipps-Universität Marburg http://uni-marburg.de, Fachbereich Physiotherapie, gegenüber pressetext.

Test für Hausärzte empfohlen

Mediziner Araújo meint: „Sicherlich ist landläufig bekannt, dass die körperliche Fitness eines Menschen ihn länger leben lässt. Aber unsere Studie zeigt auch, dass ein hohes Niveau von Körperflexibilität, Muskelkraft und körperlicher Koordination nicht nur gut sind für die Verrichtung alltäglicher Bewegungen – sie haben auch einen günstigen Einfluss auf die Lebenserwartung.“ Auch Hausärzte könnten mit dieser einfachen Übung die Fitness ihrer Patienten testen. Man müsse dem Patienten lediglich vorgeben, ohne Hilfe der Hände vom Boden aufzustehen.

Video: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=MCQ2WA2T2oA

Quelle: pressetext.com

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Kindliches Trauma hinterlässt bei manchen Opfern Spuren im Erbgut

Sonntag, Dezember 2nd, 2012

Gen-Umwelt-Interaktion bewirkt lebenslange Fehlregulation der Stresshormone.

Misshandelte Kinder sind erheblich gefährdet, angst- oder gemütskrank zu werden, weil der einwirkende hohe Stress die Regulation ihrer Gene dauerhaft verändern kann. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München dokumentieren nun erstmals, dass manche Varianten des FKBP5-Gens durch ein frühes Trauma epigenetisch verändert werden. Bei Menschen mit dieser genetischen Veranlagung verursacht das Trauma eine dauerhafte Fehlregulation des Stresshormonssystems.

Die Folge ist eine lebenslange Behinderung im Umgang mit belastenden Situationen für den Betroffenen, welche häufig zu Depression oder Angsterkrankungen im Erwachsenenalter führt.

Die Ärzte und Wissenschaftler erwarten sich von ihren aktuellen Erkenntnissen neue, auf den einzelnen Patienten zugeschnittene Behandlungsmöglichkeiten, aber auch eine verstärkte gesellschaftliche Aufmerksamkeit, um Kinder vor einem Trauma und dessen Folgen zu schützen.

Viele Erkrankungen des Menschen sind das Ergebnis vom Zusammenwirken seiner individuellen Gene und den ihn umgebenden Umwelteinflüssen. Traumatisierende Ereignisse vor allem in der Kindheit stellen dabei starke Risikofaktoren für das Auftreten von psychiatrischen Erkrankungen im späteren Leben dar. Ob der einwirkende frühe Stress aber tatsächlich das Opfer krank macht, hängt entscheidend von dessen genetischer Veranlagung ab.

Arbeitsgruppenleiterin Elisabeth Binder vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie untersuchte daher das Erbmaterial von fast 2000 Afro-Amerikanern, die als Erwachsene oder auch bereits als Kinder mehrfach schwer traumatisiert wurden. Ein Drittel der Traumaopfer war erkrankt und litt mittlerweile unter einer Posttraumatischen Belastungsstörung. Die Wissenschaftler wollten durch den Vergleich der genetischen Sequenzen von erkrankten und nicht erkrankten Traumaopfern den Mechanismus dieser Gen-Umweltinteraktion aufklären.

Ihre Untersuchung ergab, dass tatsächlich das Risiko an Posttraumatischer Belastungsstörung zu erkranken mit steigender Schwere der Misshandlung nur in den Trägern einer speziellen genetischen Variante im FKBP5-Gen zunahm. FKPB5 bestimmt, wie wirkungsvoll der Organismus auf Stresshormone reagieren kann, und reguliert so das gesamte Stresshormonsystems.

In Experimenten an Nervenzellen konnten die Max-Planck Forscher im Weiteren nachweisen, dass die von den Münchner Forschern entdeckte FKBP5-Variante für den betroffenen Menschen tatsächlich einen physiologischen Unterschied macht. Extremer Stress und somit hohe Konzentrationen an Stresshormon bewirken eine sogenannte epigenetische Veränderung: Von der DNA wird an dieser Stelle eine Methylgruppe abgespalten, was die Aktivität von FKBP5 deutlich erhöht. Diese dauerhafte Veränderung der DNA wird vor allem durch Traumata im Kindesalter erzeugt. So lässt sich bei Studienteilnehmern, die ausschließlich im Erwachsenenalter traumatisiert wurden, keine krankheitsassoziierte Demethylierung im FKBP5-Gen nachweisen.

Torsten Klengel, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Psychiatrie erklärt die Studienbefunde wie folgt: „Traumata im Kindesalter hinterlassen je nach genetischer Veranlagung dauerhafte Spuren auf der DNA: Epigenetische Veränderungen im FKBP5-Gen verstärken dessen Wirkung. Die mutmaßliche Konsequenz ist eine anhaltende Fehlsteuerung der Stress-Hormonachse beim Betroffenen, die in einer psychiatrischen Erkrankung enden kann. Entscheidend für das kindliche Traumaopfer ist aber, dass die Stress-induzierten epigenetischen Veränderungen nur dann auftreten können, wenn es auch diese spezielle DNA-Sequenz besitzt.“

Die aktuelle Studie verbessert unser Verständnis von psychiatrischen Erkrankungen als Folge der Interaktion von Umwelt- und genetischen Faktoren. Die Ergebnisse werden helfen, Menschen individualisiert zu behandeln, bei denen vor allem eine Traumatisierung in früher Jugend das Erkrankungsrisiko erheblich vergrößert hat.

Originalpublikation: Torsten Klengel, Divya Mehta, Christoph Anacker, Monika Rex–Haffner, Jens C. Pruessner, Carmine M. Pariante, Thaddeus W.W. Pace, Kristina B. Mercer, Helen S. Mayberg, Bekh Bradley, Charles B. Nemeroff, Florian Holsboer, Christine M. Heim, Kerry J. Ressler, Theo Rein, and Elisabeth B. Binder Allele–specific FKBP5 DNA demethylation: a molecular mediator of gene–childhood trauma interactions Nature Neuroscience, 3. Dezember 2012

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Anmerkung: siehe hierzu auch den Artikel „Das Bauchhirn bei Menschen und Tieren

Pilzbehandlung lässt moderne Geige wie Stradivari klingen

Freitag, September 7th, 2012

Bei einer guten Geige kommt es nicht nur auf die Fähigkeiten des Geigenbauers an, sondern auch auf die Qualität des verwendeten Holzes. Dem Holzforscher Prof. Francis W. M. R. Schwarze (Empa, Schweizerische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt1 St. Gallen, Schweiz) ist es gelungen, das Holz für eine Geige mit Hilfe von besonderen Pilzen so zu verändern, dass der Klang des Instruments einer Stradivari zum Verwechseln ähnlich ist.

In seiner Festrede beim 1. ECRC „Franz-Volhard“ Symposium am Max Delbrück Centrum (MDC) am 7. September 2012 in Berlin berichtete er über seine Forschungen und gab einen Ausblick, was seine Entwicklung gerade für junge Musiker bedeuten könnte.

Geringe Dichte, hohe Schallgeschwindigkeit und hohe Biegesteifigkeit – darauf kommt es bei dem idealen Klangholz für Geigen an. Der berühmte Geigenbauer Antonio Stradivari verwendete während des späten 17. und frühen 18. Jahrhunderts ein besonderes Holz, das während einer Kälteperiode zwischen 1645 und 1715 gewachsen war. Durch lange Winter und kühle Sommer wuchs das Holz damals besonders langsam und gleichmäßig, sodass es eine geringe Dichte und eine hohe Biegefestigkeit aufwies. Von derartigem Klangholz konnten moderne Geigenbauer bislang nur träumen.

Entwicklungen von Prof. Schwarze könnten schon bald ähnlich gutes Holz auch heute für den Geigenbau verfügbar machen. Er hat eine besondere Art von Pilzen (Physisporinus vitreus und Xylaria longipes) entdeckt, die die beiden für den Geigenbau wichtigen Holzsorten Fichte und Ahorn so zersetzen, dass ihre Klangqualitäten verbessert werden. „Normalerweise verringern Pilze die Dichte des Holzes, senken aber gleichzeitig die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen durch das Holz ausbreiten“, erklärte der Forscher. „Die Besonderheit an diesen Pilzen ist, dass sie die Zellwände nach und nach abbauen und dünner machen. Aber selbst im Spätstadium der Holzzersetzung bleibt ein steifes Gerüst erhalten, über das sich die Schallwellen nach wie vor auf direktem Wege ausbreiten können.“ Auch die Biegefestigkeit wird nicht beeinträchtigt, das Holz bleibt also genauso bruchfest wie vor der Pilzbehandlung – ein wichtiges Kriterium für den Geigenbau.

Bevor das Holz zur Geige weiterverarbeitet wird, wird es mit dem Gas Ethylenoxid behandelt. „Das überlebt kein Pilz“, sagte Prof. Schwarze. So kann garantiert werden, dass in der späteren Geige kein Pilz mehr zu finden ist.

Gemeinsam mit den Geigenbauern Martin Schleske und Michael Rhonheimer entwickelte Prof. Schwarze Geigen aus pilzbehandeltem Holz, die 2009 in einem Blindtest gegen eine echte Stradivari aus dem Jahr 1711 antraten. Gespielt wurden alle Geigen von dem britischen Violinisten Matthew Trusler. Das Ergebnis war für alle Beteiligten überraschend: Sowohl die Fachjury, als auch die Mehrheit des Publikums hielten eine Geige, deren Holz Schwarze neun Monate lang mit Pilzen behandelt hatte, für die echte Stradivari. „Natürlich ist ein solches Verfahren immer subjektiv. Für Wohlklang gibt es eben kein eindeutiges naturwissenschaftliches Messverfahren“, so Prof. Schwarze.

Aktuell arbeitet Prof. Schwarze in einem interdisziplinären Projekt daran, ein qualitätskontrolliertes Behandlungsprogramm für Geigenholz zu entwickeln, mit dem sich die Erfolge zuverlässig reproduzieren lassen. Bis 2014 sollen im Rahmen dieses Projekts, das von der Schweizer Walter Fischli-Stiftung gefördert wird, 30 weitere Geigen aus Pilzholz gebaut werden. Schwarze erklärte, welche Möglichkeiten dieses Projekt eröffnen kann: „Die erfolgreiche Umsetzung der biotechnologischen Methode der Klangholzbehandlung könnte es zukünftigen Nachwuchstalenten ermöglichen, eine Geige mit der Klangqualität einer teuren und für die meisten unbezahlbaren Stradivari zu spielen“.
Quelle: Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch

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Weltrekord: Quantenteleportation über 143 Kilometer

Mittwoch, September 5th, 2012

Physiker der Gruppe von Prof. Anton Zeilinger des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) und der Universität Wien haben einen neuen Entfernungsweltrekord für Quantenteleportation aufgestellt. Dem Team gelang es, den Quantenzustand eines Lichtteilchens über eine Distanz von 143 Kilometern von der kanarischen Insel La Palma nach Teneriffa zu übertragen. Theoretische Unterstützung bekam das Experiment von Dr. Johannes Kofler aus der Abteilung von Prof. Ignacio Cirac am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ). Die Resultate werden diese Woche im Fachjournal Nature publiziert.

Das sogenannte „Quanten-Internet“ ist eine Zukunftsvision der Informationsverarbeitung. Es basiert nicht mehr auf klassischen Computernetzwerken, sondern auf den derzeitigen Entwicklungen der modernen Quanteninformation, bei der einzelne Quantenteilchen die Träger von Information sind. Quantennetzwerke versprechen absolut sichere Kommunikation und verbesserte Rechenleistung bei dezentralen Aufgaben gegenüber allen denkbaren klassischen Technologien. Aufgrund der Transmissionsverluste in konventionellen Glasfasern wird ein globales Quantennetzwerk voraussichtlich auf der Übertragung von Quantenzuständen durch den freien Raum basieren, beispielsweise zwischen Satelliten und von Satelliten zur Erde. Die nun realisierte Quantenteleportation über eine Distanz von 143 Kilometern überbot einen gerade erste wenige Monate alten chinesischen Rekord von 97 Kilometern und ist ein bedeutender Schritt auf dem Weg zu dieser Zukunftstechnologie.

Auf der Insel La Palma erzeugte das Physikerteam verschränkte Paare von Lichtteilchen  (Photonen 2 und 3). Quantenmechanische Verschränkung bedeutet dabei, dass keines der beiden Photonen für sich genommen eine definitive Polarisation hat, dass aber, wenn man die Polarisation bei einem der Photonen misst und ein zufälliges Resultat erhält, das andere Photon stets eine damit perfekt korrelierte Polarisation zeigen wird. Diese Art der quantenmechanischen Korrelation ist mithilfe der klassischen Physik nicht beschreibbar und wurde von Albert Einstein daher als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet. Photon 3 wurde sodann durch die Luft auf etwa 2400 Meter Meereshöhe 143 Kilometer weit über den Atlantik nach Teneriffa geschickt und dort mit einem Teleskop der europäischen Weltraumagentur eingefangen. Photon 2 verblieb indessen im Labor auf La Palma. Dort erzeugten die Experimentatoren weitere Lichtteilchen (Photon 1) in einem frei einstellbaren Polarisationszustand, den es zu teleportieren galt.

Dies geschah in mehreren Schritten: Zunächst wurde eine spezielle Art der gemeinsamen Messung, die sogenannte Bell-Messung („BM“), an Photon 1 und 2 durchgeführt, bei der beide Photonen unwiderruflich zerstört werden. Bei dieser Messung wurden zwei mögliche Resultate unterschieden, und die entsprechende klassische Information wurde mit einem gewöhnlichen Laserpuls nach Teneriffa übermittelt. Dort wurde, je nachdem welches der beiden Resultate der Bell-Messung empfangen worden war, die Polarisation von Photon 3 entweder um 90 Grad rotiert oder völlig unverändert gelassen. Diese Transformation („T“) schloss die Teleportation ab, und die Polarisation von Photon 3 auf Teneriffa war nun identisch mit der ursprünglichen Polarisation von Photon 1 auf La Palma.

Die Komplexität des Aufbaus und die umweltbedingten Einflüsse (Temperaturschwankungen, Sandstürme, Nebel, Regen, Schnee) waren für das Experiment eine große Herausforderung. Sie erforderten auch eine Kombination modernster quantenoptischer Technologien, was die Quelle der verschränkten Lichtteilchen, die Messgeräte und die zeitliche Synchronisation der beiden Laboratorien betrifft.

Das Experiment stellt damit einen Meilenstein dar, der die Reife und Anwendbarkeit dieser Technologien für zukünftige globale Quantennetzwerke demonstriert. Für den nächsten Schritt der satelliten-basierten Quantenteleportation hat eine internationale Kooperation der Österreichischen und Chinesischen Akademie der Wissenschaften zum Ziel, in absehbarer Zukunft einen gemeinsamen Satelliten in den Weltraum zu schießen.

Originalveröffentlichung: Xiao-song Ma, Thomas Herbst, Thomas Scheidl, Daqing Wang, Sebastian Kropatschek, William Naylor, Bernhard Wittmann, Alexandra Mech, Johannes Kofler, Elena Anisimova, Vadim Makarov, Thomas Jennewein, Rupert Ursin, Anton Zeilinger Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward Nature, 5. September 2012, Advance Online Publication, DOI:10.1038/nature11472

Quelle: Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching

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Kaiserschnitt verzögert Gehirnentwicklung

Samstag, August 11th, 2012

Kurz- und Langzeitgedächtnis profitieren von normaler Geburt.

New Haven/Madrid/Berlin (pte018) – Für das Gehirn des Neugeborenen macht es einen Unterschied, ob es das Licht der Welt per normaler Geburt oder infolge eines Kaiserschnitts erblickt. Vaginalgeburten sorgen für die Expression eines Proteins, das die Entwicklung des Hippocampus bis hin zu dessen Funktionstüchtigkeit im Erwachsenenalter verbessert, zeigen Forscher vom Madrider Instituto Cajal http://www.cajal.csic.es sowie der Yale School of Medicine http://medicine.yale.edu in der Zeitschrift PloS ONE.

Schlüssel zur Neuronenbildung

Die Forscher um Tamas Horvath untersuchten die Auswirkungen einer natürlichen und operativen Geburt auf das Protein UCP2 (Mitochondrial uncoupling protein 2). Dieses bestimmt die Entwicklung der Neuronen und deren Netzwerke im Hippocampus, der für das Kurz- und Langzeitgedächtnis zuständigen Gehirnregion. UCP2 spielt zudem beim zellulären Stoffwechsel von Fett aus der Muttermilch mit, weshalb die Ausschüttung des Proteins bei der natürlichen Geburt den Übergang zum Stillen erleichtern dürfte, vermuten die Forscher.

Die Vaginalgeburt löst die Expression des UCP2 bei den Neuronen im Hippocampus aus, ermittelten die Forscher durch Experimente an Labormäusen, während dieser Prozess nach einer Sektio-Geburt nur abgeschwächt stattfand. Wurde das UCP2-Gen ausgeschaltet oder die Funktion des Proteins chemisch unterbunden, so beeinflusste dies die Ausdifferenzierung der Neuronen und Netzwerke im Hippocampus und schädigte auch das Verhalten im Erwachsenenalter, sofern es mit dieser Gehirnregion in Verbindung stand.

„Die Ergebnisse zeigen eine potenziell entscheidende Rolle von UCP2 in der Entwicklung von Netzwerken im Gehirn und daraus folgender Verhaltensweisen“, sagt Horvath. Bewahrheitet sich die Annahme, wäre das ein brisantes Ergebnis, nehmen doch weltweit Kaiserschnitte, die nur aus Bequemlichkeit statt aus medizinischer Notwendigkeit durchgeführt werden, drastisch zu. „Dieser Trend könnte nachhaltige Folgen auf das menschliche Gehirn haben, die bisher völlig übersehen wurden“, so der Mediziner.

Auch Atmung und Stoffwechsel beeinträchtigt

„Mäuse liefern bei vielen Krankheitsbildern sowie für die Gehirnentwicklung ein Modell, das mit über 90-prozentiger Treffsicherheit auch beim Menschen zutrifft. Vieles im Nervensystem läuft identisch ab“, erklärt die Berliner Genforscherin und Entwicklungsbiologin Carmen Birchmeier-Kohler http://mdc-berlin.de im pressetext-Interview. Auswirkungen der Geburtsform sind auch auf das Kleinhirn bekannt. „Tiere, die nicht durch den normalen Geburtsvorgang geboren wurden, hatten später ein unreifes Atmungszentrum.“

Nachteilige Wirkung der Schnittgeburt auf die Atmung – speziell bei Frühgeborenen – sind jedoch auch für die Lunge dokumentiert (pressetext berichtete: http://bit.ly/MGcPfE). Fachexperten erklären diesen Effekt unter anderem durch den Wegfall der Resorption der Lungenflüssigkeit, die sonst bei einer Spontangeburt durch die Wehen begünstigt wird. Weitere aktuelle Studien deuten darauf, dass Kaiserschnitt-Entbundene im späteren Lebensverlauf ein höheres Adipositas-Risiko ausgesetzt sind (siehe: http://bit.ly/OPiVGa). Originalstudie unter http://bit.ly/MXVVEI

Quelle: pressetext.com

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Die Rolle von Spiegelneuronen in der Handlungsbewertung

Donnerstag, Juli 5th, 2012

Eine aktuelle Studie des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung (HIH) am Universitätsklinikum Tübingen belegt, dass Spiegelneurone möglicherweise eine zentrale Rolle bei sozialen Interaktionen und deren Störungen spielen (PNAS 02.07.2012).

Stellen Sie sich ein Elfmeterschießen vor. Cristiano Ronaldo scheint in die linke untere Ecke zu zielen, und Iker Casillas, der Torhüter des spanischen Teams, taucht in diese Ecke, doch der Ball landet in der anderen Ecke. Tor! Wie reagieren Sie als begeisterter Fußballfan auf diesen Ereignisablauf? Anhänger der portugiesischen Mannschaft werden sehr wahrscheinlich jubeln und sich freuen, während Fans des spanischen Teams vor Schreck erstarren und niedergeschlagen reagieren dürften. Offensichtlich kann ein und derselbe Handlungsablauf sehr unterschiedliche Konsequenzen für den Beobachter haben, je nachdem, welchen Wert die Ereignisse für ihn haben.

Daher ist für die Deutung der Handlungen von anderen nicht nur das Verstehen der Ziele, die der andere verfolgt sowie eine genaue Beschreibung der kennzeichnenden Parameter der ausgeführten Bewegungen erforderlich, sondern auch eine Bewertung der Relevanz der beobachteten Handlung für den Beobachter.

Wie bewältigt das Gehirn diese, mit Handlungsinterpretationen verbundenen Herausforderungen? Die Entdeckung der Spiegelneurone vor 20 Jahren schien eine Antwort auf diese Frage zu geben. Beschrieben wurden Spiegelneurone als  spezielle Neurone in prämotorischen und parietalen Anteilen der Großhirnrinde von Affen, die mit der Bewegungsplanung befasst sind. Spiegelneurone reagieren sowohl, wenn der Affe eine zielgerichtete Handlung ausführt, als auch dann, wenn der Affe sieht, wie dieselbe Handlung von anderen durchgeführt wird. Mit anderen Worten: Die Beobachtung einer Handlung aktiviert ein Nervenzellsystem, das zu anderen Zeiten für die Ausführung einer vergleichbaren Handlung verantwortlich ist. Wir verstehen, was andere tun, indem wir neuronale Schaltkreise in Resonanz versetzen, die uns die Generierung vergleichbarer Bewegungen erlauben.

Aber wie wird der beobachteten Handlung der subjektive Wert zugeschrieben? Dieser Frage gingen Vittorio Caggiano und Mitarbeiter am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Tübingen, mit Unterstützung von Kollegen der Universität Parma in ihrer Untersuchung von Spiegelneuronen in prämotorischen Teilen der Hirnrinde nach.
In ihren Experimenten wurden die Reaktionen von Spiegelneuronen aufgezeichnet, während Affen beobachteten, wie ein Experimentator zielgerichtete Handlungen mit unterschiedlichen Konsequenzen für den Affen ausführte.

Die Autoren fanden heraus, dass die Reaktionen von Spiegelneuronen durch den Wert, den die beobachtete Handlung für den zuschauenden Affen hatte, moduliert wurden. Genauer gesagt: Wenn der Affe eine schmackhafte Belohnung für das Betrachten der Handlung in Aussicht hatte, zeigten viele Spiegelneurone weitaus stärkere beobachtungsbedingte Reaktionen. War dieselbe Handlung hingegen mit einer weniger schmackhaften Belohnung verbunden, so waren die Reaktionen typischerweise deutlich schwächer.

Diese Beobachtung deutet klar darauf hin, dass Spiegelneurone in der prämotorischen Großhirnrinde alle Schlüsselinformationen repräsentieren, die für die Bewertung der Handlungen des Gegenübers erforderlich sind. Sie unterstreicht damit die zentrale Rolle, die Spiegelneurone für die Vermittlung sozialer Interaktionen und ihrer Störungen, wie zum Beispiel Autismus, spielen  dürften.

Originaltitel der Publikation: Mirror neurons encode the subjective value of an observed action, Published ahead of print, 02.07.2012 in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences),  doi: 10.1073/pnas.1205553109,
Autoren: Vittorio Caggiano, Leonardo Fogassi, Giacomo Rizzolatti, Antonio Casile, Martin A. Giese, Peter Thier

Quelle: Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)

Anmerkung: siehe hierzu auch den Artikel „Kommunikation mit Tieren

Schon leichte Reize ändern den Informationsfluss im Gehirn

Freitag, März 23rd, 2012

Ein Kelch oder zwei Gesichter? Was wir in einer der bekanntesten optischen Illusionen zu sehen glauben, wechselt in Sekundenbruchteilen; und damit auch der Weg, den die Information im Gehirn nimmt. Wie dies möglich ist, ohne die zellulären Verknüpfungen des Netzwerks zu ändern, konnten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation, des Bernstein Zentrums Göttingen und des Deutschen Primatenzentrums in einer theoretischen Studie zeigen. Je nachdem, in welchem zeitlichen Muster Hirnareale kommunizieren, ändert sich der Informationsfluss. Um dessen Umorganisation auszulösen, genügt bereits ein leichter Reiz, etwa ein Duft oder Ton, zur rechten Zeit.

Wie Gehirnareale miteinander verschaltet sind, spielt bei der Informationsverarbeitung eine wichtige Rolle. Durch den Auf- und Abbau der Nervenverbindungen zwischen Hirnarealen kann diese Verarbeitung verändert werden. Doch solche Vorgänge sind viel zu langsam, um schnelle Veränderungen in der Wahrnehmung zu erklären.

Aus experimentellen Studien weiß man, dass die verantwortlichen Prozesse mindestens zwei Größenordnungen schneller sein müssen. Die Göttinger Wissenschaftler zeigen nun erstmals anhand von Computersimulationen, dass es möglich ist, in einem fest verschalteten Netzwerk den Informationsfluss auf einfache Weise zu verändern.

Viele Hirnareale  zeigen regelmäßige Nervenzellaktivität. „Die interagierenden Hirnbereiche verhalten sich wie Metronome, die mit der gleichen Geschwindigkeiten und in einem bestimmten zeitlichen Muster schlagen“, erklärt der Physiker und Leiter der Studie Dr. Demian Battaglia. Die Forscher konnten nun zeigen, dass dieses Muster den Informationsfluss bestimmt. „Beeinflusst man eines der Metronome, etwa durch einen äußeren Reiz, schlägt es danach mit einer anderen Geschwindigkeit oder in einem veränderten zeitlichen Muster mit den anderen Metronomen. Die anderen Areale stellen sich durch Selbstorganisationsprozesse darauf ein und spielen selbst in einem neuen Rhythmus. Darum genügt es, im Netzwerk eines der Areale zu beeinflussen, um die Funktionsweise des Netzwerks vollständig zu verändern“,  sagt Battaglia.

Der äußere Einfluss muss nicht besonders groß sein. „Wichtiger ist, dass der ‚Kick’ genau zum richtigen Zeitpunkt im Rhythmus erfolgt“, erklärt Battaglia. Der Prozess könnte in der  Wahrnehmung von wesentlicher Bedeutung sein: „Wir sind darauf gepolt, in einem Bild möglichst schnell Gesichter zu erkennen, selbst wenn da keine sind. Wenn aber ein Duft an Wein erinnert, sehen wir sofort den Kelch im Bild. Dadurch können wir uns auch schnell auf Dinge einstellen, die wir nicht erwartet haben, indem wir den Fokus unserer Aufmerksamkeit verschieben“, erläutert der Göttinger Forscher.

Als nächstes möchten die Wissenschaftler das Modell an anatomisch realistischeren Netzwerken testen. Außerdem erhoffen sie sich, dass davon auch experimentelle Studien inspiriert werden, wie Battaglia meint: „Es wäre fantastisch, wenn in einigen Jahren einzelne Bereiche im Gehirn so fein und exakt stimuliert werden können, dass die von uns theoretisch vorhergesagten Effekte durch bildgebende Verfahren messbar werden.“

Das Bernstein Zentrum  Göttingen ist Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience (NNCN). Das NNCN wurde vom BMBF mit dem Ziel gegründet, die Kapazitäten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).

Original-Veröffentlichung: Battaglia D, Witt A, Wolf F, Geisel T (2012): Dynamic effective connectivity of inter-areal brain circuits. PLoS Comp Biol, 10.1371/journal.pcbi.1002438,
http://www.ploscompbiol.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pcbi.1002438

Quelle: Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience

Anmerkung: siehe hierzu die „Liminale Frequenztherapie (LFT) nach Dr.Dr. Peter Schneider

Neuer Body-Adiposity-Index (BAI) ist nicht aussagekräftiger als altbekannter Body-Mass-Index (BMI)

Dienstag, Februar 21st, 2012

Potsdam-Rehbrücke – Unter Führung von Matthias Schulze vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke und Norbert Stefan von der Medizinischen Klinik IV der Universität Tübingen haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) verschiedene Methoden zur Einschätzung des Körperfettanteils miteinander verglichen.

Nach den aktuellen Ergebnissen ist eine Messung des Taillenumfangs besser geeignet, den prozentualen Körperfettanteil abzuschätzen, als der neue Body-Adiposity-Index (BAI), der in der Studie auch dem Body-Mass-Index (BMI) nicht überlegen war. Auch das Diabetes-Risiko lässt sich laut Studie präziser anhand des Taillenumfangs beurteilen.

Das Wissenschaftlerteam veröffentlichte nun seine Daten in der Fachzeitschrift Diabetologia (M. Schulze et al., 2012; DOI: 10.1007/s00125-012-2499-z).
Erst im letzten Jahr hatten amerikanische Forscher die neue Gleichung* für den BAI entwickelt, der dazu dienen soll, den prozentualen Körperfettanteil einfach, preiswert und genau abschätzen zu können. Der neue Index berücksichtigt neben der Körperlänge den Hüftumfang einer Person. Mittlerweile hat der BAI weltweit viel Aufmerksamkeit bekommen und wird von vielen Mitarbeitern im Gesundheitswesen verwendet, um die Körperfettmasse zu beurteilen, in der Annahme, dass er aussagekräftiger sei als der BMI.

Da bislang nur wenige wissenschaftliche Daten zum BAI vorliegen, verglichen die Forscher um den Ernährungsepidemiologen Matthias Schulze und den Mediziner Norbert Stefan die Aussagekraft des neuen Index mit der Aussagekraft von Hüftumfangs- und Taillenumfangs-Messungen sowie der Aussagekraft des BMI. Hierfür nutzten sie die Daten von 138 männlichen und 222 weiblichen Studienteilnehmern des „Tübinger Lebensstil-Interventions-Programms“ (TULIP), von 9.729 Männern und 15.438 Frauen, die an der Potsdamer European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Studie teilnehmen, sowie von 5.573 männlichen und 5.628 weiblichen Teilnehmern der „Kooperative Gesundheitsforschung in der Region Augsburg“ (KORA)-Studie. Die gemeinschaftliche Nutzung der drei großen Studien ist vor allem durch die enge Zusammenarbeit im Rahmen des DZD möglich geworden.

Als Goldstandard für den Vergleich der verschiedenen Messmethoden dienten Magnet-Resonanz-Tomographie-Messungen, die den Körperfettanteil sehr genau bestimmen und von der Arbeitsgruppe um Fritz Schick im Rahmen der Tübinger Studie durchgeführt worden waren.

„In der aktuellen Studie konnten wir zeigen, dass der BAI dem altbekannten BMI bei der Einschätzung des prozentualen Körperfettanteils nicht überlegen ist und der BMI sogar in einer engeren Beziehung zur Körperfettverteilung steht als der BAI“, sagt Matthias Schulze. „Insbesondere bei männlichen Studienteilnehmern war die Einschätzung des prozentualen Körperfettanteils mit Hilfe des BAI ungenau.“ Auch bei der Bestimmung des Diabetes-Risikos der Studienteilnehmer sei der BMI dem BAI überlegen. Allerdings besaßen beide Indizes hinsichtlich der Diabetes-Risiko-Einschätzung eine geringere Aussagekraft als der gemessene Taillenumfang.

„Unserer Ansicht nach kommt der BAI somit nicht als Alternative zum BMI in Betracht. Das Messen des Bauchumfangs zusätzlich zum BMI ist dagegen sinnvoll“, sagt Norbert Stefan.

Hintergrundinformation:
– Die Formel für den Body-Adiposity-Index lautet: BAI = Hüftumfang in cm/(Körperlänge in m)1,5 – 18 = prozentualer Körperfettanteil
– Die Formel für den Body-Mass-Index lautet: BMI = Körpergewicht in kg/(Körperlänge in m)2 = prozentualer Körperfettanteil

Das Deutsche Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Es erforscht die Ursachen ernährungsbedingter Erkrankungen, um neue Strategien für Prävention, Therapie und Ernährungsempfehlungen zu entwickeln. Forschungsschwerpunkte sind dabei Adipositas (Fettsucht), Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Das DIfE ist zudem ein Partner des 2009 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Deutschen Zentrums für Diabetesforschung e.V. (DZD).
Die Leibniz-Gemeinschaft vereint 86 Einrichtungen, die anwendungsbezogene Grundlagenforschung betreiben und wissenschaftliche Infrastruktur bereitstellen. Insgesamt beschäftigen die Leibniz-Einrichtungen rund 16.800 Menschen – darunter 7.800 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – bei einem Jahresetat von insgesamt knapp 1,4 Milliarden Euro. Die Leibniz-Gemeinschaft zeichnet sich durch die Vielfalt der in den Einrichtungen bearbeiteten Themen und Disziplinen aus. Die Forschungsmuseen der Leibniz-Gemeinschaft bewahren und erforschen das natürliche und kulturelle Erbe. Darüber hinaus sind sie Schaufenster der Forschung, Orte des Lernens und der Faszination für die Wissenschaft. Näheres unter http://www.leibniz-gemeinschaft.de.

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