Entwicklung und Validierung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Geruchsausbreitung im bodennahen Bereich, Entwicklung einer künstlichen Nase, Nutzung von künstlich-neuronalen Netze (Kohonen- und MLP-Netze), Ausbreitungsrechnung beruhend auf ein Erweitertes Zellenmodell mit Platzwechselwahrscheinlichkeit (EZEMP), Gauß-Modelle sowie durch das CFD-Programm FLUENT, Beispielrechnungen für realitätsnahe Ausbreitungen in der Atmosphäre und Nachrechnungen von Untersuchungen an einem Versuchsstand, Beschreibung eines Messverfahrens

Diese aus drei verschiedenen Studien bestehende Arbeit trägt mittels Verknüpfung von Anatomie (Struktur) und Physiologie oder Verhalten (Funktion) zu einem besseren Verständnis von somatosensorischer Informationsverarbeitung bei. In der ersten Studie untersuchten wir wie das Nervensystem der Ratte sich an das kontinuierliche Nachwachsen und Ausfallen der Tasthaare anpasst. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Barrel-Kortex Neurone nach Auslenkung von sowohl jungen oder alten Tasthaaren ähnliche neuronale Antworten aufweisen. Wir konnten auch beobachten, dass junge und alte Tasthaare gemeinsam im Follikel innerviert werden und im Kortex nicht separat topologisch repräsentiert sind. Diese Ergebnisse könnten erklären wie die Stabilität von Wahrnehmung während fortlaufenden körperlich-sensorischen Veränderungen gewährleistet wird. In der zweiten Studie identifizierten wir Details der kortikalen Nasen Repräsentation und konnten zeigen, dass die Organisation von Schicht 4 im Somatosensorischen Kortex in Nagetieren konserviert ist. Wir fanden auch eine Kopplung von Nervenzellaktivität mit der Atmung, was für eine koordinierte Verarbeitung von Tastsinn und Atmung im Nasen-Somatosensorischen Kortex spricht. In der dritten Studie charakterisierten wir die kortikale Repräsentation der Schnauze im Hausschwein und konnten zeigen, dass dessen makroskopische, drei-dimensionale Erscheinung viele Details aufweist, die auch bei der tatsächlichen Schnauze zu finden sind. Ähnlich wie bei unseren histologischen Beobachtungen im Nasen- Somatosensorischen Kortex von Nagern konnten wir im Hausschwein Kortex eine Verjüngung von Schicht 4 der mutmaßlichen Repräsentation des Nasenlochs beobachten. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit i) einen potentiellen Mechanismus für Kontinuität der Wahrnehmung während körperlichen Veränderungen ii) Details der kortikalen Nasen-Repräsentation und dessen Verhältnis zur Atmung und iii) isomorphe Eigenschaften der kortikalen Schnauzen-Repräsentation im Hausschwein. / Topological mapping of body part representations in the brain have long been studied in neuroscience. In this thesis, three separate studies investigate such somatosensory representations by relating anatomy (structure) to physiology or behavior (function). In the first study we investigated whether and how the rat nervous system adapts to whiskers regrowth. We found that barrel cortex neurons displayed similar response properties to young and old whisker deflection and that both whiskers share their peripheral innervation in the same follicle. Our results further suggest that young and old whiskers do not form topologically distinct representations in the cortex. Such findings illuminate how perceptual stability is maintained despite the constant change of bodies and sensory structures. In the second study we identified the rodent nose somatosensory cortex and found that its tangential layer 4 organization is conserved across rodents. We also found significant respiration locked neural activity in the rat nose somatosensory cortex, suggesting coordinated processing of touch and respiration. In the third study we characterized the pig rostrum somatosensory cortex and found that its three-dimensional, gross organization matches the detailed structure of the actual rostrum appearance. We also found that layer 4 appears thinner in the putative nostril, similar to our results in the rodent nose somatosensory cortex. Collectively, our data i) reveal potential mechanisms for perceptual stability during bodily changes ii) identify the rodent nose somatosensory cortex and its relationship to respiration and iii) a striking isomorphism of the pig cortical rostrum representation with the pig snout.

The present thesis work represents a novel and reliable strategy to develop highly sensitive, highly selective, and low-cost graphene-based gas sensors towards inorganic gases detection (NH3, PH3) and volatile organic compounds (VOCs) sensing at room temperature. The developed strategy may allow for gas detection, odor recognition of a wide spectrum of odor molecules, as well as detection of volatile organic compounds (VOC) in an extensive variety of domains, e.g., environmental monitoring, public security, smart farming, or disease diagnosis (e.g., lung cancer, COVID-19).

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Bei brachyzephalen Hunden ist der Naseneingang fehlgebildet und hochgradig stenotisch. Diese Naseneingangsstenose wird seit Jahrzehnten diagnostiziert und im Rahmen des Brachyzephalen Syndroms chirurgisch behandelt. Bereits mit dem bloßen Auge kann die äußere 1. Stenose erkannt werden, verursacht durch den äußeren Anteil der Nasenflügel, der dem Septum nahezu anliegt und so die Naris fast vollständig verschließt. Der vestibuläre Anteil des Naseneingangs ist bei brachyzephalen Hunden von außen nicht zu beurteilen. In der Computertomographie und der Endoskopie wird deutlich, dass der voluminöse Bulbus, in dem der rostrale Anteil der Flügelfalte und der innere Anteil des Nasenflügels verschmelzen, den Nasenvorhof fast vollständig obstruiert und damit unmittelbar kaudal der ersten Stenose zu einer relevanten 2. Stenose des Naseneingangs führt. Zusätzlich ist die beim gesunden Hund ausgeprägte Abduktion des vestibulären Bulbus nach lateral während der Inspiration bei brachyzephalen Hunden eingeschränkt bis völlig fehlend. Zur Korrektur der Naseneingangsstenose wird in der Literatur bis heute eine 'Keilchen-Resektion' aus dem äußeren Anteil des Nasenflügels empfohlen. Diese Operationsmethode und ihre Modifikationen konzentrieren sich auf die Korrektur der von außen sichtbaren 1. Stenose. In den letzten 10 Jahren wird von Tierbesitzern nach dieser Operation immer häufiger ein ausbleibender Operationserfolg beklagt. Ziele der Untersuchungen: Es soll eine Operationsmethode beschrieben werden, mit der beide Stenosen des komplexen Naseneingangs chirurgisch korrigiert werden können. Zur Evaluierung dieser Operation soll anhand von CT-Untersuchungen das Luft-Volumen im Naseneingang brachyzephaler Hunde prä- und sechs Monate postoperativ gemessen werden. Brachyzephale Hunde, die zur Behandlung einer schweren respiratorischen Insuffizienz überwiesen wurden, wurden in die Studie aufgenommen. Es wurde eine Computertomographie durchgeführt und das Luft-Volumen im Naseneingang mit einer speziellen Software berechnet (Phillips Intelli Space Portal, Philips Healthcare, Hamburg). Eine neue chirurgische Technik mit Teilresektion des Nasenflügels und des Bulbus der Plica alaris, die Ala-Vestibuloplastie, wird zum ersten Mal beschrieben und durch eine CT-Kontrolle nach 6 Monaten analog der präoperativen Untersuchung evaluiert. Die Operationsergebnisse von zwei Chirurgen werden verglichen und die Reproduzierbarkeit der CT-basierten Volumenbestimmung im Vestibulum nasi evaluiert. Für die Analyse der normalverteilten Daten wurde nach dem Shapiro-Wilk-Test geprüft. Signifikanzen wurden mit dem Wilcoxon-Mann-Whitney-Test beurteilt. Für die Analyse der nicht normalverteilten Daten wurde der Kruskal-Wallis Test durchgeführt, gefolgt von dem Dunn´s Multiple Comparisons Test. Die Vergleichbarkeit der Operateure und die Reproduzierbarkeit wurde nach Altmann und Bland überprüft. Das Signifikanzniveau wurde auf alpha=0,05 festgelegt. In diese retrospektive Studie wurden 20 Möpse und 30 Französische Bulldoggen eingeschlossen. Präoperativ wurde bei den Französischen Bulldoggen ein Naseneingangsvolumen links von median 235 mm³ und rechts von 258 mm³ gemessen. Bei den Möpsen wurden Volumina von links 178 mm³ und rechts 146 mm³ gemessen. Mit der Ala-Vestibuloplastie wird durch die Resektion des Bulbus der Plica alaris und der stenosierenden Nasenflügel das Luft-Volumen im Vestibulum nasi bei allen Hunden statistisch signifikant vergrößert. Sechs Monate postoperativ wurde bei den französischen Bulldoggen eine Volumenzunahme von 77 % links und rechts von 75 % gemessen. Bei den Möpsen betrug die Volumenzunahme links 85 % und rechts 71 %. Zwischen den beiden Chirurgen gab es keinen signifikanten Unterschied im Operationsergebnis. Schlussfolgerungen: Die Ala-Vestibuloplastie ist eine neue in Leipzig entwickelte Operationsmethode mit der die komplexe Fehlbildung aus Nares- und Vestibulum-Stenose der brachyzephalen Hunde effektiv und anhaltend korrigiert werden kann. Mit der computertomographischen Untersuchung der brachyzephalen Nase kann die Gesamtstenose nachgewiesen und die kleinen Volumina des Nasenvorhofs prä- und postoperativ vergleichbar und reproduzierbar bestimmt werden. Die Operation führt zu einer signifikanten Vergrößerung des luftgefüllten Naseneingangs und zu einer vollständigen Beseitigung beider Stenosen.

Was war die Nase im 18. Jahrhundert? Wie sah die 'Nasologie' des Zeitalters aus, die der Hannoveraner Arzt Johann Georg Zimmermann (1728-1795) als neue Wissenschaft konzipieren wollte?