MONOGRAPHIEN AUS DEMGESAMTGEBIETE DER PSYCHIATRIE

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M ONOGRAPHIEN AUS DEM G ESAMTGEBIETE DER P SYCHIATRIE

M ONOGRAPHIEN AUS DEM G ESAMTGEBIETE DER P SYCHIATRIEHerausgegeben vonH. Saß, Aachen · H. Sauer, Jena · F. Müller-Spahn, BaselBand 89: Borna Disease VirusMögliche Ursache neurologischer und psychiatrischer Störungen des MenschenVon K. Bechter (ISBN 3-7985-1140-3)Band 100: Das dopaminerge VerstärkungssystemFunktion, Interaktion mit anderen Neurotransmittersystemen und psychopathologische KorrelateVon A. Heinz (ISBN 3-7985-1248-5)Band 90: Psychiatrische Komorbiditätbei Alkoholismus und Verlauf der AbhängigkeitVon M. Driessen (ISBN 3-7985-1169-1)Band 101: Versorgungsbedarf und subjektiveSichtweisen schizophrener Patienten ingemeindepsychiatrischer BetreuungEvaluationsstudie im Jahr nach Klinikentlassungin der Region DresdenVon Th. Kallert (ISBN 3-7985-1263-9)Band 91: Psychopathologische und SPECT-Befunde bei der produktiven SchizophrenieVon R.D. Erkwoh (ISBN 3-7985-1187-X)Band 92: Soziokulturelle Faktorenund die Psychopathologie der DepressionEmpirische Untersuchungen zum pathoplastischenEinfluß soziokultureller Lebensformen bei derMelancholieVon D. Ebert (ISBN 3-7985-1185-3)Band 93: Selbstbild und Objektbeziehungen beiDepressionenUntersuchungen mit der Repertory Grid-Technikund dem Gießen-Test an 139 PatientInnen mitdepressiven ErkrankungenVon H. Böker (ISBN 3-7985-1202-7)Band 94: ElektrokrampftherapieUntersuchungen zum Monitoring, zur Effektivitätund zum pathischen AspektVon H.W. Folkerts (ISBN 3-7985-1204-3)Band 95: Der Nerve Growth Factorbei neuropsychiatrischen ErkrankungenEin pleiotroper Modulator mit periphererund zentralnervöser WirkungVon R. Hellweg (ISBN 3-7985-1205-1)Band 96: Aufklärung und Einwilligungin der PsychiatrieEin Beitrag zur Ethik in der MedizinVon J. Vollmann (ISBN 3-7985-1206-X)Band 97: TabakabhängigkeitBiologische und psychosoziale Entstehungsbedingungen und TherapiemöglichkeitenVon A. Batra (ISBN 3-7985-1212-4)Band 98: Die psychosozialen Folgen schwererUnfälleVon U. Schnyder (ISBN 3-7985-1213-2)Band 99: Körperliche Aktivität und psychischeGesundheitPsychische und neurobiologische Effektevon Ausdauertraining bei Patientenmit Panikstörung und AgoraphobieVon A. Brooks (ISBN 3-7985-1240-X)Band 102: Psychopathologie von Leib und RaumPhänomenologisch-empirische Untersuchungenzu depressiven und paranoiden ErkrankungenVon Th. Fuchs (ISBN 3-7985-1281-7)Band 103: Wahrnehmung der frühen PsychoseUntersuchungen zur Eigen- und Fremdanamneseder beginnenden SchizophrenieVon M. Hambrecht (ISBN 3-7985-1292-2)Band 104: Schizophrenien prälingual GehörloserEine Untersuchung im lautlosen Kompartiment des„menschengemeinsamen Raums“Von K. Schonauer (ISBN 3-7985-1348-1)Band 105: Zur Emotions/Kognitions-Kopplungbei Störungen des AffektsNeurophysiologische Untersuchungen unterVerwendung ereigniskorrelierter PotentialeVon D.E. Dietrich (ISBN 3-7985-1347-3)Band 106: Neuronale Korrelatepsychopathologischer SymptomeDenk- und Sprachprozesse bei Gesunden undPatienten mit SchizophrenieVon T. Kircher (ISBN 3-7985-1377-5)Band 107: Familienbefunde bei zykloidenPsychosen und manisch-depressiver ErkrankungEin Beitrag zur Nosologie bipolarer phasischerPsychosenVon B. Pfuhlmann (ISBN 3-7985-1420-8)Band 108: Geschlechtsspezifische Unterschiededer schlafendokrinen Regulation und derenBedeutung für die Pathophysiologieder Major DepressionVon I.A. Antonijevic (ISBN 3-7985-1487-9)Band 109: Serotonin und akustisch evoziertePotentialeAuf der Suche nah einem verläßlichen Indikatorfür das zentrale 5-HT-SystemVon G. Juckel (ISBN 3-7985-1513-1)

Georg JuckelSerotonin und akustischevozierte PotentialeAuf der Suche nach einem verläßlichen Indikatorfür das zentrale 5-HT-System

PD Dr. med. Georg JuckelKlinik für Psychiatrie und PsychotherapieCharité – Universitätsmedizin BerlinCampus MitteSchumannstr. 20/2110117 Berline-mail: georg.juckel@charite.deISBN 3-7985-1513-1 Steinkopff Verlag DarmstadtBibliografische Information der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detailliertebibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, derMikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkesoder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen desUrheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils gültigenFassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.Steinkopff Verlag Darmstadtein Unternehmen der Springer Science Business Media GmbHwww.steinkopff.springer.de Steinkopff Verlag Darmstadt 2005Printed in GermanyDie Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigtauch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.Verlagsredaktion: Dr. Maria Magdalene Nabbe – Herstellung: Renate MünzenmayerUmschlaggestaltung: Erich Kirchner, HeidelbergSPIN 1141457580/7231 – 5 4 3 2 1 0 – Gedruckt auf säurefreiem Papier

Fiir Wula, Konstantin und Alexander

DanksagungDiese Monographie ist die uberarbeitete Fassung meiner Habilitationsschrift,die im Jahr 2003 an der Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen fur dieErteilung der Lehrbefugnis fur das Fach Psychiatrie angenommen wurde.Die hier beschriebenen Untersuchungenwurden in den Jahren 1991-2001 inBerlin (Freie Universitat), Budapest (Akademie der Wissenschaften),Munchen (Ludwig-Maximilians-Universitat) und Princeton (Program inNeuroscience) durchgefuhrt. Einer Vielzahl von Forderen, Kollegen undFreunden verdanke ich dabei eine unschatzbare Hilfe.Herrn Prof. Dr. Ulrich Hegerl (Munchen, vormals Berlin) danke ich fur dielangjahrige enge Freundschaft und Zusammenarbeit, die mich und meinwissenschaftliches Arbeiten in hohem Mal3 gepragt haben. Herrn Prof. Dr.Hans-Jurgen Moller (Munchen) danke fur ich seine stets wohlwollende undgrofizugige Forderung meiner Forschungsaktivitaten und Herrn Prof. Dr.Hanfried Helmchen (Berlin), der mir fruh und entscheidend Orientierung war,mein psychiatrisches Verstandnis und Herangehen in klinischer undwissenschaftlicher Hinsicht zu finden.Bei vielen weiteren Personen, die mir geholfen haben und zum Gelingen derhier vorgestellten Arbeiten beigetragen haben, die ich hier aber leider nichtalle namentlich nennen kann, mochte ich auf diesem Weg herzlich danken:Allen gegenwartigen und fruheren Mitarbeitern der Abteilung fur KlinischeNeurophysiologie der Klinik fur Psychiatrie und Psychotherapie der LMUinsbesondere Dres J. Gallinat, P. Mavrogiorgou, 0. Pogarell, D. Rupp, Dr. H.Augustin, S. Bredemeier, A. Schroter, R. Mergl, J. Kunz, C. Mulert undunserem Sekretar Herrn Wolfgang Kotsowilis sowie unseren fleil3igen EEGDamen, vielen Arzten und Oberarzten der Stationen der Klinik insbesondereDres. S. Stubner, G. Stotz, D. Rujescu, M. Riedel, R. Bottlender, F. Padberg,T. Frodl, F. Muller-Siecheneder sowie Prof. Dr. N. Muller und Prof. Dr. Dr.

VIIIH.P. Kapfhammer, allen Schwestern und Pfleger insbesondere der StationC1, Herrn Prof. Dr. Karmos, Herrn Prof. Dr. M. Molnar, Frau Prof. Dr. V.Csepe und allen Mitarbeitern der Abteilung fur Psychopyhsiologie deslnstituts fur Psychologie der Ungarischen Akademie der Wissenschaften inBudapest, Herrn Prof. Dr. B.L. Jacobs (Program in Neuroscience, PrincetonUniversity, USA), Herrn PD. Dr. M. Zaudig (Psychosomatische KlinikWindach) und seinen Mitarbeitern insbesondere der Zwangsstation, Frau Dr.M. Carillo-de-la-Pena (Psychologische Fakultat der Universitat Santiago delCompostela, Spanien), Herrn Prof. W.M. Herrmann ( ) und den Mitarbeiterndes Labors fur Klinische Psychophysiologie (Psychiatrische Klinik der FUBerlin), Herrn Prof. Dr. L. Schmidt, Herrn Prof. Dr. H. Rommelspacher undden Mitarbeitern der Forschergruppe ,,Gemeinsame neurobiologischeMechanismen der Abhangigkeit" sowie meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr.B. Muller-Oerlinghausen und vielen Mitarbeitern der Psychiatrischen eForschungsgemeinschaft, Bundesministerium fur Bildung und Forschung(Kompetenznetz ,,Depression"), Fa. Upjohn, Fa. Pfizer, Fa. Lilly, LillyFoundation und Fa. Pharmacia-Upjohn).Meiner Frau, deren Anteil an meinem arztlichen und wissenschaftlichenWerdegang nicht in Worte zu fassen ist, meinen Sohnen, meinen Eltern undmeinen Freunden gilt besonderer Dank. Sie wissen warum.Berlin, im Fruhjahr 2005Georg Juckel

IElNLElTUNG11. I Das serotonerge System21.1.I Anatomie des zentralen serotonergen Systems31.I.2Funktion und Bedeutung des zentralen serotonergen Systems51. I .3lndikatoren des zentralen serotonergen Systems ?111.2 Akustisch evozierte Potentiale171.2.1Komponenten der akustisch evozierten Potentiale181.2.2Generierende Strukturen und Prozesse der akustisch 3 Lautstarkeabhangigkeitakustisch evozierter Potentiale (LAAEP) 291.3.1Augmenting-Reducing-Konzept der LAAEP301.3.2Gegenwartige Auffassung der LAAEP321.3.3Einflungronen auf die LAAEP351.3.4Neurobiologische Grundlagen der LAAEP361.4 Serotonerges System und akustischer Kortex391.4.1Serotonerge Modulation der LAAEP401.4.2Inverse Beziehung der serotonergen Aktivitat zur LAAEP432ALKOHOL, SEROTONIN UND LAAEP482.1 Einfuhrung482.2 Methoden502.3 Ergebnisse552.3.1 Unterschied zwischen der LAAEP des primaren und sekundarenakustischen Kortex552.3.2 Absetzeffekte von Alkohol auf die LAAEP bei Patienten mitAlkoholabhangigkeit vor und nach Entzug562.3.3 Effekte von Alkohol auf die LAAEP bei gesunden Probanden vor undnach Alkohol-Einnahme60

2.3.4 Beziehung der LAAEP zu serotonerg beeinflusstem Verhalten beiPatienten mit Alkoholabhangigkeit2.4 Diskussion3ZWANGSSTORUNG, SEROTONIN UND LAAEP6064723.1 EinfUhrung723.2 Methoden743.3 Ergebnisse783.3.1 Vergleich der LAAEP zwischen Zwangspatienten und Gesunden783.3.2 Einflufi von Sertralin auf die LAAEP803.4 Diskussion84487SCHIZOPHRENIE, SEROTONIN UND LAAEP4.1 Einfuhrung874.2 Methoden884.3 Ergebnisse904.3.1 Vergleich der LAAEP zwischen schizophrenen Patienten undGesunden904.3.2 Einflufi von atypischen Neuroleptika auf die LAAEP914.4 Diskussion945 P D I K T I V EBEDEUTUNG DER LAAEP BE1 SEROTONINAGONISTEN5.1 Einfuhrung965.2 Lithium995.3. Paroxetin1035.4. Citalopram1075.5. Diskussion1116 TIEREXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN6.1. Einfuhrung6.2. Methoden

6.3 Ergebnisse1266.3.1 Vergleich der LAAEP zwischen primarem und sekundaren akustischenKortex6.3.2 Effekte von Schlaf auf die LAAEP1261276.3.3 Auswirkungen einer veranderten Feuerrate serotonerger Nervenzellenim Raphe dorsalis auf die LAAEP des primaren akustischen Kortex 1286.3.4 Auswirkungen postsynaptischerVeranderungen in der serotonergenNeurotransmission und der Einflul3 nicht-serotonerger Substanzen aufdie LAAEP des primaren akustischen Kortex6.4 Diskussion1311357 ALLGEMEINE DlSKUSSlON7.1 Neurobiologische Modellvorstellungen zur serotonergenModulation der LAAEP7.2 Spezifitat des Zusammenhangs zwischen dem serotonergenSystem und der LAAEP7.2.1 Noradrenalin7.2.2 Dopamin7.2.3 Acetylcholin7.2.4 Die spezifische Funktion von Serotonin bei der sensorischenVerarbeitung7.3 Klinische Bedeutung der LAAEP als lndikator des zentralenserotonergen Systems8 ZUSAMMENFASSUNG1609 ANHANG: Methodik der akustisch evozierten Potentiale beimMenschen163

Seit seiner Entdeckung vor mehr als 50 Jahren als korpereigene Substanz,die im Darm, im Serum aber auch im Gehirn gebildet werden kann, gewannSerotonin und seine Neurotransmission zunehmend eine herausragendeBedeutung in der neuropsychiatrischen Forschung. lnsbesondere im letztenJahrzehnt wurdeNeurotransmissionimmer deutlicher, dass die zentrale sychiatrischer Erkrankungen wie affektive und schizophrene Storungen-,Zwangs-, Abhangigkeits- und Angsterkrankungen sowie gestorter Impulsund Aggressionskontrolle spielt. Diese Bedeutung fur die Psychiatrie durftevor allem von dem gronen Einflun des serotonergen Systems auf so basaleFunktionen wie Schlaf, Appetit, Aggression oder Stimmung herruhren, diebei psychiatrischen Erkrankungen haufig gestort sind. Hierbei muss eineStorung in der serotonergen Neurotransmission als nicht spezifisch furirgendeine der traditionellen nosologischen Einheiten angesehen iseUntergruppenpsychiatrischer Patienten, denen klinische oder pathogenetische Aspekteauf einer mehr syndromalen, wenn nicht Symptom-Ebene gemeinsam sind(Lopez-lbor Jr, 1988; van Praag et al., 1990).Aufgrund dieser Bedeutung des serotonergen Systems konzentrierte sichzunachst die psychopharmakologische Forschung im wachsendem Maneauf die Entwicklung von Substanzen, die moglichst selektiv das serotonergeSystem beeinflussen (2.B. Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer(SSRI)), und auf die Beobachtung der klinischen Response auf diesePharmaka bei Untergruppen psychiatrischer Patienten (Montgomery undFineberg, 1989; Feighner und Boyer, 1991). Zudem gelang es derneurobiologischen Forschung, auf der Suche nach der Klarung derpathogenetischen Rolle des serotonergen Systems bei verschiedenenpsychiatrischen Erkrankungen wieDepression oder Zwangsstorung,

wesentliche Bestandteile und Aspekte seiner Neurotransmission zuergrunden. lnsgesamt jedoch ist das serotonerge System hinsichtlich seinerFunktion und pathogenetischen Bedeutung aufgrund seiner Komplexitat undnicht zuletzt aufgrund der bisher fehlenden validen lndikatoren fur seinengenerelien Funktionszustandes nicht vollstandig verstanden worden undlasst noch viele Fragen offen.Gerade aber im Hinblick auf einen solchen Funktions-Markers weisenmittlerweile eine Vielzahl von theoretischen Argumenten und empirischenBefunden darauf hin, dass die Lautstarkeabhangigkeit der akustischevozierten Potentiale (LAAEP) ein valider lndikator des serotonergenSystems sein konnte. Ziel der vorliegnden Arbeit war es, diesenZusammenhang mittels Untersuchungen an psychiatrischen Patienten undgesunden Probanden sowie tierexperimentell weiter zu erhellen und zubestatigen. Auch im Hinblick auf klinische Aspekte wie z.B. fruhzeitigeErkennung und Voraussage der Therapieresponse auf serotonerg wirksameMedikamente ware die praktisch einfache Verfugbarkeit eines validenlndikators des serotonergen Systems in Form der LAAEP von enormerBedeutung. Um diese Relevanz fur Psychiatrie und Psychopharmakologiebesser verstehen zu konnen, werden zunachst im Folgenden dasserotonerge System, die evozierten Potentiale und ihr Zusammenhangnaher dargestellt.1.IDas serotonerge SystemSerotonin wird aus der essentiellen Aminosaure Tryptophan nur in denenterochromafinen Zellen des Darms, in den Pinealozyten der Epiphyseund in den Neuronen der Raphe-Kerne gebildet. Das in den Darmzellenproduzierte Serotonin, welches mit uber 90% den groaten Anteil des imKorper vorhandenen Serotonins ausmacht, kann sowohl ins Darmlumen als

auch in das Portalblut sezerniert werden. Im Blut wird freies Serotoninmittels eines aktiven Transportmechanismus (Serotonintransporter) in denThrombozyten aufgenommen und hier gespeichert. Circa 10% desgesamten imKorper en Form in den Thrombozyten. Nur zu einem geringen Teil vonca. 1% findet sich Serotonin im Gehirn und hier v.a. im Bereich derEpiphyse. Fur das zentrale serotonerge System verbleibt letztlich nur 0.1 %des gesamten, irn Korper vorhandenen Serotonins (HMher und Ruther,2000).1.I.IAnatomie des zentralen serotonergen SystemsDas zentrale serotonerge System, welches zu den phylogenetisch undontogenetisch altesten Neurotransmitter-Systemen zahlt, besteht aus einervergleichsweise kleinen Zahl von Neuronen, die in den Raphe-Kernen desMittelhirns lokalisiert sind (ca. 250.000 im Nucleus raphe dorsalis). Sieweisen jedoch einen extrem hohen Verzweigungsgrad auf und innervierenso gut wie das gesamte Zentralnervensystem (Abb. 1). So stammen diedeszendierendeHauptprojektionen indasRuckenmarkausdenpontomedullaren Neurone der Raphe-Kerne (Ncl. raphes magnus, Ncl.centralis superior pars caudalis, Ncl. raphes obscurus und Ncl. raphespallidus). Die ins Vorderhirn aufsteigenden Projektionen entstarnmen zu ca.80% den mesopontinen Raphe-Kernen (Ncl. raphe dorsalis und Ncl. raphemedianus). Hierbei innerviert der aus den dorsalen Raphe-Kernenentspringende AxonstrangdenBereichdeslateralen Vorderhirns(Basalganglien, Amygdala, Ncl. accumbens), wahrend der aus den medialenRaphe-Kernen starnrnende Axonstrang zu Teilen des rnedialen Vorderhirnszieht (cingularer Kortex, Septum, Hippokampus). Weitere vier nicht irnmedianen Vorderhirnbundel verlaufende Axonstrange innervieren jeweils die

Substantia nigra und den Nc. supraopticus, den Kortex, das periventrikulareSystem und die Corpora mammilaria und den Ncl. interpendunculus.Abb. 1: Das zentrale serotonerge System: die serotonerge Neurone enthaltendeRaphe-Kerne und ihre Projektionsbahnen (Raphe dorsalis fur Vorderhirn, Raphemagnus fur Ruckenmark).Die Axone der dorsalen Raphe-Kerne sind sehr dunn, rnarklos und weitverzweigt. Viele dieser Axone enden als freie Nervenendigungen; das schaltetenPyramidenzellen, Projektions- und lnterneurone als auch Ependym- undGliazellen wie die Astrozyten. Vor allem irn frontalen Kortex und im kaudalenRuckenmark ist der Anteil solcher serotonerger Neurone mit freien

Axonterminalen besonders hoch. Die Axone der medialen Raphe-Kerne sindhingegen kraftiger, markhaltig, weniger verzweigt und enden eher alstypische Prasynapsen (Huther und Ruther, 2000). In den verschiedenenZielgebieten des zentralen serotonergen Systems Iasst sich neben einerhohen lnnervationsdichte auch ein regional spezifisches lnnervationsmustererkennen. Im Gegensatz zu den Nagetieren (Lidov et al., 1980) ist dieserotonerge Innervation bei hoheren Saugetieren wie Katze, Affe oderMensch nicht diffus und uniform, sondern weist hier einen hohen Grad vonDifferenziertheit und Spezifitat auf (Parnavelas und Papadopoulos, 1989;Papadopoulos und Parnavelas, 1991).Neben den serotonergen Neurone finden sich in den Raphe-Kernen auchGABA-erge, cholinerge, noradrenerge, dopaminerge, histaminerge undglutamaterge Zellgruppen, die an der Modulation der neuronalen Aktivitatder serotonergen Neurone der Raphe-Kerne beteiligt sind. Letztere weisendaruber hinaus rekurrente Axonkollateralen. ijber somatodendritischeSynapsen stehen sie mit ihren Perikaryen in Verbindung und konnen soautoregulatorisch die serotonerge Feuerungsrate beeinflussen. Sowohl diedorsalen als auch medialen Raphe-Kerne erhalten ihre wichtigstenAfferenzen aus limbischen Vorderhirnzentren (d.h. aus den wesentlichenZielgebieten ihrer eigenen Efferenzen) und sind somit vermutlich auchfunktionell ruckgekoppelt (Huther und Ruther, 2000).1.I.2 Funktion und Bedeutung des zentralen serotonergenSystemsDie serotonergen Neurone insbesondere im Nucleus raphe dorsalis zeigeneine aul3ergewohnliche regelmanige und stabile Entladungsrate (3 Spikeslsim Mittel im ruhigen Wachzustand), die als "Pacemaker"-Eigenschaftbezeichnet wird (Aghajanian und VanderMaelen, 1982; Aghajanian et al.,

1987). Offenbar ist dies Folge einer sehr engen Kopplung von Nervenzellenquer durch den Raphe dorsalis (Stezhka und Lovick, 1995). rliegtmoglicherweise genetischer Kontrolle, denn sie bleibt konstant von derGeburt bis zum Tod (Lanfumey und Jacobs, 1982; Adrien und Lanfumey,1986). Sie zeigt keine diurnale Variationen (Trulson und Jacobs,

3 ZWANGSSTORUNG, SEROTONIN UND LAAEP 72 3.1 EinfUhrung 72 3.2 Methoden 74 3.3 Ergebnisse 78 3.3.1 Vergleich der LAAEP zwischen Zwangspatienten und Gesunden 78 3.3.2 Einflufi von Sertralin auf die LAAEP 80 3.4 Diskussion 84 4 SCHIZOPHRENIE, SEROTONIN UND LAAEP 87 4.1 Einfuhrung 87 4.2 Methoden 88 4.3 Ergebnisse 90

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