Acta Biologica et Medica Germanica: Band 4, Heft 5 [Reprint 2021 ed.] 9783112518540, 9783112518533

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ACTA BIOLOGICA ETMEDICA GERMANICA HERAUSGEBER: A. G R A F F I

• H. G U M M E L • F. J U N G • A. K R A U T W A L D S. M. R A P O P O R T

S C H R I F T L E I T U N G : W. S C H E L E R , UND H . B I E L K A

K A D E M I E - V E R L A G • B E R L I N • B AN D

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• HEFT

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- S E I T E 425-528 •

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AUFNAHMEBEDINGUNGEN 1. E s w e r d e n n u r A r b e i t e n a n g e n o m m e n , d i e n i c h t a n a n d e r e r S t e l l e m i t d e m selben I n h a l t veröffentlicht oder zur Veröffentlichung a n g e b o t e n werden. D e r A u t o r v e r p f l i c h t e t sich n a c h A n n a h m e , die A r b e i t a n k e i n e r a n d e r e n Stelle zu veröffentlichen. 2. D i e A r b e i t m u ß w i s s e n s c h a f t l i c h w e r t v o l l s e i n . B e s t ä t i g u n g e n b e k a n n t e r T a t sachen, Versuche u n d Beobachtungen ohne positives Ergebnis werden, wenn ü b e r h a u p t , n u r in k ü r z e s t e r F o r m a u f g e n o m m e n . N i c h t a u f g e n o m m e n w e r d e n Arbeiten referierenden Charakters, Polemiken u n d rein spekulative Arbeiten, f a l l s sie n i c h t g a n z w e s e n t l i c h e n e u e G e s i c h t s p u n k t e e n t h a l t e n . 3. K u r z m i t t e i l u n g e n ü b e r e x p e r i m e n t e l l e E r g e b n i s s e w e r d e n b e i d e r D r u c k l e g u n g zeitlich b e v o r z u g t . F ü r ihren I n h a l t ist ausschließlich der A u t o r verantwortlich. 4. D i e A r b e i t e n m ü s s e n k u r z u n d k l a r g e s c h r i e b e n u n d g e g l i e d e r t sein. P r o b l e m a tik (Einleitung), Methodik, B e f u n d e u n d Diskussion, evtl. Schlußfolgerungen sollen d e u t l i c h i n E r s c h e i n u n g t r e t e n . D e r A r b e i t soll e i n K u r z r e f e r a t d e r wesentlichsten Ergebnisse vorausgestellt werden (Zusammenfassung von höchstens einer Druckseite). N e b e n einer anderssprachigen erscheint auf jeden Fall eine deutsche Z u s a m m e n f a s s u n g . Die Arbeiten w e r d e n in folgenden S p r a c h e n a n g e n o m m e n : Deutsch, Russisch, Englisch u n d Französisch. 5. B e s o n d e r s w e r t v o l l e l ä n g e r e A r b e i t e n k ö n n e n a l s B e i h e f t e v e r ö f f e n t l i c h t w e r d e n . 6. V o n j e d e r V e r s u c h s a r t b z w . j e d e m T a t s a c h e n b e s t a n d o d e r j e d e r K r a n k e n geschichte ist n u r j e ein Beispiel in k n a p p e s t e r F o r m (Telegrammstil) zulässig. Weiteres Material ist als Tabelle oder grafisch darzustellen. B e o b a c h t u n g e n a n b i o l o g i s c h e m o d e r m e d i z i n i s c h e m M a t e r i a l sollen m i t Z a h l e n a n g a b e n ü b e r d i e Signifikanz der Ergebnisse belegt werden. 7. L i t e r a t u r a n g a b e n m ü s s e n u n t e r V e r w e n d u n g d e r A b k ü r z u n g d e s C h e m i s c h e n Zentralblattes u n d in d e r d o r t üblichen F o r m erfolgen: N a m e u n d V o r n a m e des Autors, Band-, Seiten- u n d Jahreszahl. B ü c h e r werden m i t Titel, Verlag, E r s c h e i n u n g s j a h r u n d S e i t e n z a h l z i t i e r t , z. B . B . X . Y . n a c h M . N . B i o c h e m . Z., 222, 45 (1951). A m E n d e d e r A r b e i t w i r d d i e L i t e r a t u r i n d e r R e i h e n f o l g e a u f g e n o m m e n , w i e sie i m T e x t z i t i e r t i s t m i t e n t s p r e c h e n d e r N u m e r i e r u n g . 8. D o p p e l t i t e l s i n d zu v e r m e i d e n , e b e n s o Z e r l e g u n g e i n e r A r b e i t i n m e h r e r e M i t teilungen. 9. D a s M a n u s k r i p t m u ß a m K o p f d e n H e r k u n f t s o r t d e r A r b e i t t r a g e n . A m E n d e des M a n u s k r i p t e s wird d e r N a m e u n d die A n s c h r i f t des Verfassers bzw. des in erster Linie f ü r den Inhalt verantwortlichen Verfassers wiedergegeben. Eins e n d u n g e n v o n A r b e i t e n aus Kliniken u n d I n s t i t u t e n ist eine E r k l ä r u n g des Direktors oder Abteilungsleiters beizulegen, d a ß er m i t der Veröffentlichung e i n v e r s t a n d e n ist u n d d e m V e r f a s s e r a u f d i e A u f n a h m e b e d i n g u n g e n h i n g e w i e s e n hat. 10. D a s M a n u s k r i p t i s t e i n s e i t i g u n d m ö g l i c h s t m i t M a s c h i n e w e i t z e i l i g z u s c h r e i b e n . Die A b b i l d u n g s v o r l a g e n sind auf besonderen B l ä t t e r n einzureichen. 11. W e r d e n i m T e x t w o r t g e s c h ü t z t e B e z e i c h n u n g e n (z. B . W a r e n z e i c h e n ) b e n u t z t , so i s t n a c h M ö g l i c h k e i t d a n e b e n e i n e i n t e r n a t i o n a l a n e r k a n n t e u n d v e r s t ä n d l i c h e B e z e i c h n u n g (z. B . d i e c h e m i s c h e Z u s a m m e n s e t z u n g ) a n z u g e b e n . 12. V o n j e d e r O r i g i n a l a r b e i t w e r d e n k o s t e n l o s 80 S o n d e r d r u c k e g e l i e f e r t . D a r ü b e r h i n a u s k ö n n e n b i s zu 100 S o n d e r d r u c k e g e g e n B e r e c h n u n g b e z o g e n w e r d e n . Die Herausgeber

M a n u s k r i p t e sind a n die H e r a u s g e b e r zu s e n d e n o d e r d i r e k t a n die R e d a k t i o n d e r A c t a b i o l o g i c a e t m e d i c a g e r m a n i c a , B e r l i n - B u c h , L i n d e n b e r g e r W e g 70

ACTA BIOLOGICA ET MEDICA GERMANICA Herausgeber: A. G r a f f i

• H. G u m m e l

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• F. J u n g

• A . K r a u t w a l d • S. M. R a p o p o r t

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Acta biol. med. germ., Band 4, Seite 425—432 (196O) Aus dem Physiologischen Institut der Tschechoslowakischen Akademie der Wissenschaften (Direktor: Doz. Dr. Z . S E R V I T ) und aus dem Institut für experimentelle Medizin der Slowakischen Akademie der Wissenschaften (Vorstand der Abteilung: Prof. Dr. J . C E R N A C E K )

Der Einfluß von Schlafentzug auf Ausarbeitung, Festigung und den Ablauf bedingter Reflexe an Ratten D.

SVORAD

(Eingegangen am 7. 1 1 . 1959) Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß von Schlaflosigkeit bzw. Schlafentzug auf die höhere Nerventätigkeit an R a t t e n untersucht. Die Versuche wurden mit einer bedingtreflektorischen Fluchtmethode durchgeführt. Als unbedingter Reiz diente ein elektrischer Reiz, als bedingte Reize wurden ein Summerton und ein Lichtreiz verwendet. Die Reizanordnung war stereotyp. Die Schlaflosigkeit wurde durch Ausarbeitung einer bedingten passiven Schutzreaktion erzeugt. Auf gefestigte bedingte Reflexe bewirkte bei 4 Versuchsgruppen mit je 8 Tieren ein 3, 9, 24 und 48 Stunden dauernder Schlafentzug keine signifikante Änderung der bedingtreflektorischen Tätigkeit. Die Ausbildung der bedingten Reflexe wurde an 2 Tiergruppen studiert, wobei vorher einmalig ein 48-stündiger Schlafentzug bzw. 7 Tage lang ein täglicher Schlafentzug von je 20 Std erfolgte. E s wurden keine statistisch gesicherten Unterschiede zwischen Versuchs- und Kontrolltieren beobachtet. Ausarbeitung und Festigung bedingter Reflexe änderten sich ebenfalls nicht, wenn der Schlafentzug unmittelbar in die Ausbildungsperiode verlegt wurde. Die Befunde werden im Zusammenhang mit den widerspruchsvollen Angaben in der Literatur diskutiert.

Der Schlaf-Wach-Rhythmus wird allgemein als einer der wichtigsten aller biologischen Rhythmen betrachtet [6], Die Störung dieses Rhythmus soll u. a. auch mit gewissen Veränderungen der höheren Nerventätigkeit verbunden sein, wobei jedoch widerspruchsvolle Ansichten vertreten werden. Einige Autoren [2], [7], [8], [10] nehmen an, daß die Veränderungen der höheren Nerventätigkeit nach längerem Wachen oder nach 30

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Schlaflosigkeit signifikant sind, während andere [4], [14] eine entgegengesetzte Meinung vertreten. Unsere Mitteilung soll ein Beitrag zur Lösung dieser Frage sein. Methodik Die Versuche wurden an etwa 3 Monate alten, männlichen R a t t e n des WistarStammes vorgenommen. Die Schlaflosigkeit wurde durch die Ausarbeitung einer bedingten passiven Schutzreaktion hervorgerufen und aufrecht erhalten, indem eine Reihe von Reizen, die vorher mit elektrischen Stromstößen kombiniert wurden, in gewissen zeitlichen Abständen auf eine Gruppe von Versuchstieren einwirkte. Die passive Schutzreaktion (manchmal auch als ,,conditioned f e a r " [11] bezeichnet) ist durch ein posturales Syndrom — „crouching" oder „freezing" — und durch eine erhöhte Defäkation während der Reizgabe gekennzeichnet [17], [18]. Das Vorhandensein dieses Syndroms wird fortlaufend durch ein Lichtrelais (20) kontrolliert. Infolge der passiven Schutzreaktion können die Tiere nicht einschlafen, und man h a t auf diese Weise ein zuverlässiges Mittel, sie einige Tage im Wachzustand [19], [21] zu halten. Da nach KRJASCHEW [13] das Auslöschen bedingter Reflexe in Gruppenversuchen nicht möglich ist, konnte auch die unter unseren Bedingungen ausgearbeitete bedingte Schutzreaktion verhältnismäßig lange aufrecht erhalten werden. Die Veränderungen der höheren Nerventätigkeit als Folge von Schlaflosigkeit wurden an einem Stereotyp positiver bedingter Reflexe studiert. Die Ausarbeitung dieser Reflexe wurde mittels WARNERS [22], [23], [1], [9] modifizierter Methode vorgenommen. Das Tier ist dabei in einem Versuchskäfig (40 X 25 X 25 cm) untergebracht. Dieser ist durch eine Trennwand, welche eine Pendelklappe hat, in zwei Abteilungen geteilt, wovon der Boden der einen die Möglichkeit elektrischer Reizung hat. Die bedingte Reaktion nach Applikation des bedingten Reizes besteht in der Flucht des Tieres aus einer Abteilung in die andere. Der unbedingte Reiz (ein elektrischer Stromreiz auf die Pfoten des Tieres) folgt unmittelbar nach der Applikation des bedingten Reizes (das Geräusch eines elektrischen Summers oder das Licht einer 15 W Glühbirne). Die Gewöhnung des Tieres an die Versuchssituation wurde dadurch erzielt, daß sich jedes Tier in drei aufeinanderfolgenden Tagen (1., 2. und 3. Versuchstag) 30 min frei in den beiden Abteilungen bewegen konnte und danach in Abständen von 1 min (insgesamt f ü n f m a l während einer Sitzung) durch einen elektrischen Stromreiz auf die Pfoten von einer Abteilung in die andere getrieben wurde, wobei der bedingte Reiz noch nicht zur Anwendung kam. In den darauffolgenden Tagen wurde der bedingte Reflex so ausgearbeitet, daß im Verlauf von vier Tagen (4., 5-, 6. und 7. Versuchstag) die Zahl von Kombinationen (K) des bedingten und unbedingten Reizes während einer Sitzung nach und nach erhöht wurde, wobei gleichzeitig die Pause (P) zwischen den einzelnen Kombinationen verkürzt wurde (4. Tag: 5 K, 1 min P, 5- Tag: 10 K, 30 sec P, 6. Tag: 15 K, 30 sec P, 7- Tag: 25 K, I 4 s e c P). Vom 7. Tage an wurde die Versuchsanordnung nicht mehr geändert. Die Sitzungen wurden täglich, auch sonntags, durchgeführt. Die Applikationsdauer der bedingten Reize betrug in allen Fällen 6 sec. Bei jedem Tier wurde zuerst ein bedingter Reflex auf den Summer und dann auf das Licht ausgearbeitet. Als Kriterium für die vollständige Ausarbeitung des bedingten Reflexes wählten wir die 10mal aufeinanderfolgende Beantwortung des bedingten Reizes mit einer Fluchtreaktion während einer Sitzung. Einige Besonderheiten in der Versuchsanordnung sind im weiteren Text angegeben.

Beeinflussung bedingter Reflexe durch Schlafentzug

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Ergebnisse

1. D e r E i n f l u ß Reflexe

von Schlaflosigkeit

auf gefestigte

bedingte

B e i vier Gruppen von jeweils acht R a t t e n wurde ein bedingter Reflex auf den Summer und auf das Licht ausgearbeitet. Danach begannen wir, bei den Tieren die Schlafmöglichkeit auf unterschiedlich lange Zeit einzuschränken. Die Tiere der ersten Gruppe hatten die Möglichkeit, täglich 21 Std. zu schlafen, d. h., sie konnten nur in dieser Zeit schlafen, während sie in den übrigen 3 Std. keine Möglichkeit dazu hatten. W i r wählten diese kurze Dauer des Schlafentzuges unter der Vorstellung, daß

Abb. 1. Der Einfluß von 3, 9, 24 und 48-stündiger Schlaflosigkeit auf ausgearbeitete bedingte Reflexe. Leere Säule — der Stand der ausgearbeiteten Reflexe vor der Belastung mit Schlaflosigkeit (die Ausarbeitung bis zum Kriterium ist mit dem prozentuellen Wert 100 ausgedrückt). Schraffierte Säulen — bedingte Reflexe auf den akustischen Reiz, punktierte Säulen — bedingte Reflexe auf den optischen Reiz. Keine der angewandten Belastungen hat eine statistisch signifikante Veränderung der bedingten Reflexe zur Folge. (Die ¿-Werte wurden von absoluten Ziffern errechnet und erzielen in keinem Fall den Wert t = 2,13, d. h. — bei n = 16 — den notwendigen Wert für den niedrigsten Grad von Signifikanz)

die höhere Nerventätigkeit der R a t t e , bei der ein Schlaf-Wach-Rhythmus im Verhältnis 1 : 1 bestehen soll [24], bereits durch eine R h y t h m u s störung beeinflußt werden kann. Die anderen Gruppen von R a t t e n wurden mit einer Schlaflosigkeit für eine Dauer von 9, 24 und 48 Std. belastet. Aus Abb. 1 ist ersichtlich, daß keine dieser Varianten des Versuches eine statistisch gesicherte Veränderung irgendeines bedingten Reflexes aufweist. 30*

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2. Der E i n f l u ß von S c h l a f l o s i g k e i t auf die A u s a r b e i t u n g bedingter Reflexe Diese Versuche wurden in zwei Varianten durchgeführt. Bei einer Gruppe von acht Tieren wurde die Schlafmöglichkeit sieben Tage lang auf vier Stunden täglich beschränkt. Am achten Tag wurde mit der Ausarbeitung des bedingten Reflexes begonnen. Die zweite Gruppe von Tieren wurde einer einmaligen, 48 Std. dauernden Schlaflosigkeit ausgesetzt. Danach folgte die Ausarbeitung des bedingten Reflexes. Bei diesen beiden Gruppen von Tieren wurde als bedingter Reiz der Summer verwendet. Abb. 2 veranschaulicht die Ergebnisse dieser Versuche. Daraus ist ersichtlich, daß bei keiner der verwendeten Versuchsvarianten die Ausarbeitung des bedingten Reflexes wesentlich beeinflußt wurde.

o

Abb. 2. Der Einfluß von Schlaflosigkeit auf die Ausarbeitung des bedingten Reflexes auf einen akustischen Reiz. Leere Säule — Zahl der Verbindungen (des bedingten und unbedingten Reizes), die bis zum Erreichen des Kriteriums der Ausarbeitung notwendig waren (Kontrollgruppe). Erste und zweite schraffierte Säule — Zahl der notwendigen Verbindungen (und ihre Mittelfehler) bei der ersten und zweiten Variante der Applikation von Schlaflosigkeit (siehe Text). Keine dieser Veränderungen ist statistisch signifikant (n = 16,t = 0,43 resp. 1,18)

3- Der E i n f l u ß der S c h l a f l o s i g k e i t auf die A u s a r b e i t u n g u n d die F e s t i g u n g b e d i n g t e r R e f l e x e Bei weiteren zwei Gruppen von je acht Ratten wurde der Einfluß der Schlaflosigkeit gleichzeitig auf die Bildung und Festigung der bedingten Reflexe studiert. Bei einer Gruppe von Tieren wurde Ausarbeitung des bedingten Reflexes von ihrem Beginn bis zu ihrer völligen Ausarbeitung von einer 20stündigen Schlaflosigkeit begleitet — die Tiere hatten täglich nur 4 Std. die Möglichkeit zu schlafen. In der zweiten Gruppe wurden zuerst die bedingten Reflexe bis zu einem gewissen Stadium (ca. bis zu 50%) ausgearbeitet, dann wurden die Tiere mit einer einmaligen 24stündigen Schlaflosigkeit belastet. Danach folgte die Ausarbeitung bis zu dem gewählten Kriterium, welches die vollständige Ausarbeitung kennzeichnet. Keine Gruppe dieser Versuchstiere weist — verglichen mit

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Beeinflussung bedingter Reflexe durch Schlafentzug

einer Kontrollgruppe von Tieren — einen statistisch gesicherten Unterschied bezüglich der Ausarbeitung und Festigung bedingter Reflexe auf (Abb. 3). 300

T

I

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Abb. 3. Ausarbeitung bedingter Reflexe unter dem Einfluß einer fortlaufenden Einschränkung der Möglichkeit des Schlafes und einer einmaligen 24-stündigen Schlaflosigkeit. Leere Säule — Zahl der angewandten Verbindungen, die zur Erreichung des Kriteriums der Ausarbeitung von zwei bedingten Reflexen notwendig waren (auf Schall und Licht) (Kontrolltiere). Weitere zwei Säulen — Zahl der notwendigen Verbindungen bei der Anwendung der einen oder anderen Art von Störung (siehe Text). Die Ausarbeitung bedingter Reflexe ist in keinem Fall statistisch signifikant gestört (n = 16, t = 0,73 resp. 0,33)-

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Diskussion

Das Versuchsmodell der Schlaflosigkeit kann im Grunde auf zwei Arten erzeugt werden: durch pharmakologische und durch extero- und propriozeptive Belastung des Organismus. Pharmakologische Schlaflosigkeit wird gewöhnlich mittels Weckaminen erzielt. Die extero- und propriozeptive Belastung wird mit verschiedenen Methoden erzielt, z. B. mit der Methode der erzwungenen lokomotorischen Tätigkeit (auf einem Laufband, in einer Lauftrommel, mit der „treadmill" oder durch das Antreiben der Tiere bei den ersten Anzeichen von Schläfrigkeit), mit der Methode der vestibular-statischen Belastung (das Tier befindet sich an einem hängenden Reck oder wird durch Vibrationen und Erschütterungen wachgehalten) oder mit der Methode der periodischen Applikation von nozizeptiven Reizen [5], [12], [14], [16]. Fast alle diese Methoden wurden beim bisherigen Studium des Einflusses der Schlaflosigkeit auf die höhere Nerventätigkeit angewendet. Z. B. beobachtete FADDEEVA [7], [8] nach Schlafentzug, welcher durch Weckamine hervorgerufen wurde, Störungen des Gleichgewichtes zwischen Erregungs- und Hemmungsprozessen, die sich anfangs besonders als' Störung der inneren Hemmung äußerten, später im Erlöschen der bedingten Reflexe und als Störung der Beziehung zwischen der Hirnrinde und den subkortikalen Hirngebieten. MISGELD [15], der Schlaflosigkeit durch Applikation von einer unstereotypen Reihe vestibulärer, akustischer, optischer und taktiler Reize hervorrief, fand

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schon nach kurzer Schlaflosigkeit eine ausgeprägte Störung des ausgearbeiteten bedingten Reflexstereotyps, das Auftreten phasischer Zustände und eine erhöhte Tendenz zur Hemmung. Ähnlich war es in den Versuchen von B U N C H , C O L E und F R E R I C H S [ 3 ] , die eine verminderte Leistungsfähigkeit der Ratten im komplexen T-Wasser-Labyrinth nach 24-stündiger Schlaflosigkeit beobachteten. Demgegenüber fanden jedoch B U N C H , F R E R I C H S und L I C K L I D E R [ 4 ] sowie L I C K L I D E R und B U N C H [ 1 4 ] bei Ratten auch nach mehrtägiger Schlaflosigkeit nur geringe Veränderungen der Lernprozesse. Hier tritt die Frage auf, wo die Ursache dieser Unterschiede der Ergebnisse zu suchen ist und in welcher Beziehung sie zu den Ergebnissen unserer Versuche stehen. Wir nehmen an, daß diese Unterschiede der Befunde nicht in der Anwendung verschiedener Methoden zum Studium der höheren Nerventätigkeit liegen können, da man sowohl der Methode der bedingten Reflexe als auch der Labyrinthmethode für Untersuchungen von Veränderungen der Lernprozesse gleiche Empfindlichkeit zuschreibt. Wir neigen vielmehr dazu, die Ursachen der Diskrepanz in der Methode zur Erzeugung der Schlaflosigkeit zu sehen. Die angeführten widerspruchsvollen Befunde von B U N C H und seinen Mitarbeitern, die durch Untersuchungen erzielt wurden, wo immer das Wasserlabyrinth zur Untersuchung der höheren Nerventätigkeit zur Anwendung kam, zur Erzeugung der Schlaflosigkeit aber immer eine andere Methode herangezogen wurde, bestätigen die Richtigkeit unserer Schlußfolgerung. Bemerkenswert ist hierzu die Ansicht, daß Veränderungen der höheren Nerventätigkeit nach Schlaflosigkeit, die durch pharmakologische oder exteround propriozeptive Reize hervorgerufen wurde, von Einflüssen stammen können, die entweder ihren Ursprung in einer toxischen Wirkung des Arzneimittels haben oder die Folge der durch lokomotorische Tätigkeit des Tieres aufgetretenen Ermüdungserscheinungen sein können. Deshalb ist anzunehmen, daß Veränderungen der höheren Nerventätigkeit unter diesen Bedingungen das Ergebnis mehrerer Faktoren sind (Schlaflosigkeit, Ermüdung, toxischer Einfluß), deren Einfluß nicht berücksichtigt wurde. Die Unterschiede in den Veränderungen der höheren Nerventätigkeit, welche bei Anwendung dieser Methoden zur Erzeugung von Schlaflosigkeit beobachtet wurden, sind wahrscheinlich hauptsächlich dadurch verursacht worden, daß sich jeder der störenden Einflüsse in einem gewissen Maße bei der jeweilig angewandten Methode geltend macht. Hierbei spielt wahrscheinlich auch der Zeitfaktor eine wichtige Rolle, da keiner dieser Einflüsse einen konstanten Wert hat, sowohl Ermüdung als auch Intoxikation sind dynamische Prozesse. Ein weiterer Faktor, welcher die durch diese Methode ausgelöste Schlaflosigkeit beeinflußt — insbesondere eine durch die periodische Anwendung nozizeptiver Reize hervorgerufene Schlaflosigkeit oder eine pharmakologische — ist die Adaptation des Organismus. Es ist allgemein bekannt, daß eine vielfache Wiederholung äußerer Reize nach einer bestimmten

Beeinflussung bedingter Reflexe durch Schlafentzug

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Zeit eine Herabsetzung und ein Auslöschen der Reaktivität des Organismus auf diese Reize zur Folge hat. Dies gilt auch für die Reaktion auf eine wiederholte Anwendung von Arzneimitteln. Die von uns in dieser Arbeit angewendete Methode zur Erzeugung von Schlaflosigkeit hat nicht die Nachteile der erwähnten Methoden. Weder die Ermüdung infolge der lokomotorischen Tätigkeit des Tieres noch die Adaptation des Tieres auf die Versuchssituation können in unserer Versuchsanordnung störend wirken. Man kann daher annehmen, daß die von uns beim Studium der bedingten Reflexe erzielten Ergebnisse der alleinige Ausdruck von Schlaflosigkeit sind. Die Erklärung der Tatsache, daß die Dauer des Schlafentzuges weder die Bildung noch die Festigung der bedingten Reflexe beeinflußt, ist schwierig. Man kann hier vor allem zwei Faktoren in Betracht ziehen: die Dauer der Schlaflosigkeit und die Empfindlichkeit der angewandten Methode zur Bestimmung der Veränderungen der höheren Nerventätigkeit. Wir haben bereits den Grund erwähnt, der es möglich macht, die angewandte Dauer der Schlaflosigkeit als verhältnismäßig bedeutend bei der Ratte zu betrachten. Falls wir diesen Grund als ausreichend betrachten, können wir zu der Schlußfolgerung gelangen, daß entweder die zur Bestimmung des Einflusses der Schlaflosigkeit angewandte Methode nicht imstande ist, die durch Schlaflosigkeit verursachten Veränderungen der Lernprozesse zu registrieren, oder, daß Schlaflosigkeit (von der angewendeten Dauer) diese Prozesse nicht wesentlich beeinflußt. Welche dieser Alternativen die richtige ist — oder sind es vielleicht beide ? — können nur weitere in diesem Sinne durchzuführende Versuche beantworten. Literatur [1] [2]

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BARYSCHNIKOW,

D. SvORAD

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STEIN,

STREB,

Anschrift des Verfassers: Dr. med. et phil. D O M I N SVORAD, Physiologisches Institut der Tschechoslowakischen Akademie der Wissenschaften, Prag 6 — Dejvice, Na cvicisti c. 2. Summary The influences of sleeplessness on the higher nervous activity in rats was studied. The experiments were based on a method of escape caused by conditioned reflex. The unconditioned irritation was electrical, for conditioned irritation a buzzer and a light were used. The arrangement of irritation was stereotype. Sleeplessness was produced by formation of a conditioned passive defence reaction. Sleeplessness lasting from 3, 9, 24 to 48 hours did not change significantly the conditioned reflex activity in 4 experimental groups of 8 animals having fixed conditioned reflexes. The formation of conditioned reflexes was studied in 2 groups of animals which were subjected before to a single sleeplessness of 48 hours respectively to a daily sleeplessness of 20 hours over a period of 7 days. There were no statistical differences between experimental animals and controls. Equally, the formation and steadiness of conditioned reflexes did not change when sleeplessness was produced directly in the period of reflex formation. The findings are discussed with regard to the literature full of contradiction. I'CSIOMC

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Acta biol. med. germ.. Band 4, Seite 433—443 (i960) Alis dem Physiologischen Institut der Tschechoslowakischen Wissenschaften Prag (Direktor: Doz. Dr. Z. Servit)

Akademie

der

Zur Frage der Bedeutung der afferenten Signalisation in das Z N S für das Z u s t a n d e k o m m e n des bedingten Reflexes VERA

NOVÂKOVA

(Eingegangen am 21. 11. 1959) Zusammenfassung Es wurde untersucht, welchen Einfluß die Deafferentation des N. olfactorius, opticus und trigeminus auf die Ausarbeitung des akustischen bedingten Reflexes sowie auf die Frequenz des Orientierungsreflexes bei Ratten ausübt. Bei Ratten mit ausgeschalteter olfaktorischer Signalisation t r i t t der Orientierungsreflex häufiger auf als im Normalfall, aber es wird sowohl der positive als auch der negative bedingte Reflex mit der gleichen Geschwindigkeit ausgearbeitet wie bei den Kontrolltieren. Die Enukleation der Augenbulbi bewirkt eine Häufigkeitszunahme des Orientierungsreflexes, und der positive bedingte Reflex wird rascher ausgearbeitet; auf die Ausarbeitung des negativen bedingten Reflexes dagegen hat dieser Eingriff keinen Einfluß. Nach Durchtrennung der Maxillaräste des N. trigeminus sind zur Ausarbeitung des positiven sowie des negativen bedingten Reflexes mehr Kombinationen erforderlich als bei den Kontrollen und der Orientierungsreflex tritt mit geringerer Häufigkeit auf. Auf die Geschwindigkeit, mit welcher die bedingten Abwehrreflexe ausgearbeitet werden, hat keiner der untersuchten operativen Eingriffe einen Einfluß. Die gleichzeitige Vornahme von Enukleation und Olfaktotomie beschleunigt das Zustandekommen des positiven bedingten Reflexes und auch der Orientierungsreflex wird intensiviert. Die gleichzeitige Vornahme von Enukleation und Trigeminotomie bleibt ohne Einfluß auf die Geschwindigkeit des Zustandekommens des positiven bedingten Reflexes, und ebenso weist in diesem Fall auch die Häufigkeit des Orientierungsreflexes keinen signifikanten Unterschied gegenüber der bei den Kontrollen festgestellten auf. Werden Enukleation, Trigeminotomie und Olfaktotomie gleichzeitig durchgeführt, so erfährt das Zustandekommen des positiven bedingten Nahrungsreflexes eine Beschleunigung, während die Häufigkeit des Orientierungsreflexes im Vergleich mit jener der Kontrolltiere unverändert bleibt. Einleitung

Eines der Hauptprobleme der Physiologie der höheren Nerventätigkeit ist die Frage nach den Bedingungen für das Zustandekommen des bedingten Reflexes. Als eine der möglichen Methoden zur Behandlung die-

V . NOVÄKOVÄ

434

ses Problems kommt die Einschränkung des auf das Z N S einwirkenden afferenten Reizes in Frage. In diesem Sinne ist bereits mehrfach untersucht worden, wie sich die Deafferentation einerseits auf den Stereotyp v o n bereits ausgearbeiteten und befestigten bedingten Reflexen auswirkt (AJRAPETJANZ

[1],

KISLJAKOW [ 8 ] ,

AJRAPETJANZ

und

MOISEJEWA

[2],

[4], K L O S O W S K I J und K O S M A R S K A J A [9] usf.) und anderseits auf das Entstehen und die Festigung neuer bedingter Reflexe. D a wir uns die A u f g a b e gestellt haben, den Einfluß der olfaktorischen, der optischen und der Trigeminus-Deafferentation auf die D y n a m i k der Entstehung des bedingten Reflexes zu studieren, wird die folgende Literaturübersicht nur diejenigen Arbeiten berücksichtigen, welche diesen engeren Problemkreis betreffen. BJAGUN

Einschlägige Arbeiten verschiedener Autoren sind in dem „ H a n d b o o k of Psychological Research on the R a t " ( M U N N [14]) zusammengefaßt. Vor allem ist hier L I G E T T [13] zu nennen; er ist an die Frage nach der Bedeutung des Geruchssinnes in der Weise herangetreten, daß er nach Destruktion der Bulbi olfactorii motorische Nahrungsreaktionen im L a b y r i n t h ausarbeitete. I m übrigen wurde mehrfach untersucht, welchen Einfluß die Durchschneidung der Bulbi olfactorii auf das Verhalten der Tiere ausübt ( W O O D S [22], G A R T H [5] und T H O M A S und O T I S [18]). T S A N G [19], [20] hat bedingte motorische Nahrungsreflexe in z. T . recht komplizierten Labyrinthen ausgearbeitet. E r fand, daß sich blinde R a t t e n hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit welcher ein bestimmtes Bewegungsstereotyp ausgearbeitet wird, von normalen Tieren je nach dem Kompliziertheitsgrad der betreffenden Bewegung entweder unterscheiden oder nicht unterscheiden, und zwar bereitete in komplizierteren Labyrinthen die Ausarbeitung bedingter Reflexe bei den geblendeten Individuen größere Schwierigkeiten als bei den Kontrolltieren. Mit einer ähnlichen Problematik beschäftigte sich H O N Z I K [6]. Die Frage der räumlichen Orientierung beim blinden Menschen studierte B E R I T A S C H W I L I [3]. Wenig Aufmerksamkeit hat die bisherige Literatur der Frage gewidmet, welche A u f g a b e den Tasthaaren der Tierschnauze bei den Zustandekommen der bedingten Reaktion z u k o m m t ; man kann diesbezüglich nur auf eine Arbeit von V I N C E N T [21] hinweisen. Die Beeinflussung der höheren Nerventätigkeit durch die gleichzeitige Ausschaltung mehrerer Rezeptoren studierten A J R A P E T J A N Z [1] und KISLJAKOW

[8].

Methodik Wir arbeiteten mit männlichen Ratten, die wir in Gruppen von 9—14 Tieren einteilten. Bei der ersten, 9 Ratten umfassenden Versuchsgruppe enukleierten wir den Augenbulbus; dann wurde die Operationswunde mittels Elektrokauter zur Koagulation gebracht sowie mit Penizillinpulver eingestreut, und schließlich vernähten wir die Augenlider. Als Kontrolltiere dienten intakte Ratten.

Afferente Signalisation in das ZNS und Zustandekommen bedingter Reflexe

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Bei den 10 R a t t e n der zweiten Gruppe durchschnitten wir zum Zwecke der Ausschaltung der Geruchssignalisation die Bulbi olfactorii, und zwar wurde hierzu im Schädeldach oberhalb der letzteren durch Trepanieren eine Öffnung von 5 m m 0 hergestellt, worauf wir mittelst eines Skalpellschnittes beide Bulbi von den übrigen Teilen des ZNS abtrennten. Die Kontrolle der völligen Ausschaltung des Geruchssinnes führten wir auf makroskopischem Wege durch, indem wir die Tiere nach Beendigung des Versuches dekapitierten, den ganzen Kopf in sechsprozentiger Formollösung fixierten und sodann das Gehirn herauspräparierten, wobei wir feststellen konnten, ob die Bulbi olfactorii gänzlich durchgetrennt waren oder nicht. Daneben verwendeten wir bei ausgeheilten Tieren zur Kontrolle der Olfaktotomie auch ein physiologisches Verfahren, indem wir die Veränderungen der Atemfrequenz verfolgten, welche beim Riechen von Xyloldämpfen eintreten. Bei intakten Tieren r u f t diese Substanz, welche den N. olfactorius reizt, Apnoe oder Senkung der Atemfrequenz hervor, während es bei operierten Tieren im gleichen Falle nicht zu diesen Veränderungen der Atemfrequenz kommt. Als Kontrollen wurden scheinoperierte Tiere verwendet, also R a t t e n mit einfacher Schädeltrepanation. Bei einer dritten Gruppe von R a t t e n führten wir eine partielle Deafferentation des N. trigeminus durch, indem wir die Maxillaräste bei ihrem Austritt unter dem Jochbogen durchschnitten. Diese Form der Deafferentierung unterbricht vor allem die Innervation der am Kopf befindlichen Tasthaare sowie die Innervation der Nasenschleimhaut und eines Teiles der Mundhöhle. Den Erfolg der Trigeminotomie kontrollierten wir, indem wir den R a t t e n 10 sec lang Äther oder 0,5% Ammoniaklösung zu riechen gaben. Beide Stoffe reizen sowohl den N. olfactorius als auch den N. trigeminus, und bei normalen R a t t e n t r i t t Atemstillstand ein (LANZ E N D Ö R F E R [10]). Nach Durchtrennung beider Maxillaräste der Trigemini bewirkt keiner von diesen Riechreizen eine Veränderung der Atemfrequenz. Als Kontrolltiere dienten intakte R a t t e n . Bei sämtlichen Tieren wurden bedingte Nahrungs- und Abwehrreflexe ausgearbeitet. Als bedingten Reiz verwendeten wir als akustisches Signal einen ungedämpften elektrischen Summer. Die bedingten Nahrungsreflexe arbeiteten wir bei den Tieren einer Versuchsgruppe gleichzeitig aus. Dabei war jedes Tier in einer eigenen Box untergebracht, an deren Vorderwand jeweils ein Gefäß mit Wasser herabhing. Während der mit den bedingten Reizen abwechselnden Pausen wurde dieses Trinkgefäß an einen auf 40 V transformierten Netzstrom angeschlossen, wobei der Boden der Box als zweite Elektrode diente. Die R a t t e n konnten ihren Durst nur während des Versuches löschen und zwar nur solange, als die bedingten Reize einwirkten, also jedesmal 20 sec lang. Die geschilderte Apparatur stellt eine Modifikation der von H U N T und S C H L O S S B E R G [ 7 ] angegebenen dar. Bei der Anwendung dieser Methode mußte vor allem die Frage geklärt werden, ob die Versuchstiere nicht in eine Konfliktsituation geraten, in welcher der Nahrungsund der unbedingte Abwehrreflex miteinander kollidieren (wie dies besonders zu Beginn des Versuchs erwartet werden konnte). In einer eigenen, dieser Frage gewidmeten Untersuchung stellten wir fest ( N O V Ä K O V Ä und S V O R A D [ 1 5 ] ) , daß es im vorliegenden Fall nicht zur Entstehung einer experimentellen Neurose kommt. Die R a t t e n tranken nur bei Gelegenheit der täglichen Versuchssitzung. Falls eines der Tiere seine tägliche Wasserration nicht während des eigentlichen Versuches selbst ausgetrunken hatte, wurde ihm die Möglichkeit dazu sogleich nach dem Abschluß der Sitzung geboten, dann aber t r a t jedenfalls für 24 Stunden völlige Wasserkarenz ein. F u t t e r stand den Tieren dauernd ad libitum zu Gebote. An diesen Trinkrhythmus wurden die Tiere vor dem Beginn der Versuche adaptiert, d. h. in die Versuchsgruppe wurden nur diejenigen Individuen eingereiht, welche ihre tägliche Wasserration jedesmal regelmäßig binnen einer Stunde austranken. Die Pausen zwischen den bedingten Reizen dauerten 2 Minuten, und während einer j eden Sitzung wurden 10 Reize appliziert.

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V . NOVÄKOVÄ

Das Erlöschen der bedingten Reflexe führten wir herbei, indem wir das Trinkgefäß der Box leer ließen. Als unbedingten Reiz bei der Abwehrmethodik verwendeten wir einen kurzen Wechselstromstoß von 40 V aus den abwechselnd gepolten Drähten eines Bodenrostes. Der bedingte Reiz war hierbei derselbe wie bei der Futtermethodik, und das gleiche galt von der Intervalldauer. Die Abwehrreaktion des Tieres bestand darin, daß es auf ein schief gestelltes Gitternetz emporsprang (LAT [11]). Als voll ausgearbeitet und gefestigt sahen wir einen bedingten Reflex dann an, wenn er in drei aufeinander folgenden Sitzungen bei jeder Applikation des bedingten Reizes eintrat. Als erloschen dagegen faßten wir. bedingte Reflexe in denjenigen Fällen auf, in denen die R a t t e n 6 aufeinander folgende Applikationen des bedingten Reizes nicht mehr mit der bedingten Reaktion beantwortet h a t t e n . Die Intensität des Orientierungsreflexes wurde nach der Gesamtzahl der während 20 Minuten in einer Kiste von 60 X 80 cm Bodenfläche eingetretenen Aufrichtungsreaktionen bestimmt (LÄx [11]). Zu den Versuchen wurden nur solche R a t t e n herangezogen, bei denen die Wunde verheilt war, ohne daß eine Eiterung stattgefunden hätte, d. h. in unserem Fall frühestens 14 Tage nach der Operation. Die 24stündige motorische Gesamtaktivität der R a t t e n registrierten wir auf kymographischem Wege. Versuchsergebnisse

Der positive bedingte Nahrungsreflex auf akustische Reizung wird nach Durchschneidung der Bulbi olfactorii ebenso schnell ausgearbeitet wie bei Tieren, an denen nur eine Scheinoperation durchgeführt wurde. Bei Ratten dagegen, welche enukleiert worden sind, erfolgt die Ausarbeitung des gleichen Reflexes in signifikant kürzerer Frist (P < 0,05) als bei intakten Individuen. Umgekehrt wiederum wird dieser Reflex nach Durchtrennung der Maxillaräste desTrigeminus (d.h. also nachDenervierung der Tasthaare des Kopfes) in signifikant längerer Frist herausgearbeitet und auch erst später gefestigt (P < 0,003). Tabelle 1 Geschwindigkeit der Ausarbeitung des positiven bedingten Nahrungsreflexes nach Deafferentierung. Die Zahlen geben an, nach wieviel Kombinationen der bedingte Reflex ausgearbeitet war, resp. wie groß der mittlere Fehler der Durchschnittswerte ist Operat. Eingriff Enukleation Olfaktotomie Trigeminotomie

Kontrolle 48,3 ± 5,0 65,0 ± 13,6 52,6 ± 3,6

Versuch 22,2 ± 4,3 58,0 ± 15,1 86,8 ± 7,2

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P