In einer retrospektiven Studie über den Zeitraum von 1990-2000 wurden in der Klinik für Kinderchirurgie des Universitätsklinikums Charité, Berlin die Kinder untersucht, bei denen eine lymphatische Malformation aufgetreten war. Es ergaben sich insgesamt 18 Patienten. Parallel wurden aus der Klinik für Gynäkologie und Geburtshilfe, Abteilung für Pränatale Diagnostik und Therapie des Universitätsklinikums Charité, Berlin retrospektiv für den oben genannten Zeitraum 31 Patientinnen untersucht, bei deren Feten ein zystisches Nackenhygrom im Verlauf der Schwangerschaft diagnostiziert worden war. Ziel der Arbeit war es, die geeigneteste Therapieform in der Behandlung von lymphatischen Malformationen im Kindesalter in besonderen Hinsicht auf die Prognose, Rezidivfreiheit und Spätergebnisse zu untersuchen. Parallel galt es zu evaluieren, ob in Anbetracht der pränatalen Diagnostizierbarkeit lympahtischer Malformationen und dem postnatal sich daraus ergebenden Krankheitsverlauf eine Schwangerschaftsunterbrechung in Erwägung gezogen werden sollte. / A ten year retrospective study of 18 children with lymphatic malformation and 31 pregnant women with fetal cystic hygromas was carried out at the Department of Pediatric Surgery and the Department of Obstetrics and Gynaecology at the University Hospital Charité, Berlin. The objective of this study was to analyze the most effective therapy for lymphatic malformation in children with regard to the children prognosis, the recurrences after treatment and the long-time-follow-up. Another object to analyze was the point of prenatal diagnosis of fetal cystic hygromas and the adverse fetal outcome.

Der Transkriptionsfaktor hypoxia inducible factor-1 (HIF-1) trägt zur Expression von adaptiven Genen unter hypoxischen Bedingungen bei. Zusätzlich wurde vermutet, dass HIF-1 eine Rolle in der Regulation des späten neuronalen Zelltodes spielt. Suspensionszellen und adhärenten PC12-Zellen mit Nervenwachstumsfaktor (NGF) behandelt, wurden als ein experimentelles Modell für die Untersuchung der Beziehung zwischen Hypoxie induziertem Zelltod und Aktivität von HIF-1 herangezogen. Zelltod wurde durchflusszytometrisch mit einer Doppelfärbung (Annexin V und Propidium-Jodid) der Zellen und durch eine Analyse der allgemeinen Zelltodparameter wie LDH und die mitochondriale Dehydrogenase bestimmt. Parallel wurden Zellen mit einem Kontrollvektor und einem hypoxiesensitiven Vektor mit drei Hypoxie-bindenden-Elementen (HBE) transfiziert und die durch HIF-1 aktivierte Luciferase gemessen. Hypoxieexposition der NGF-behandelten PC12-Zellen resultierte in einer höheren Zelltodrate verglichen mit den unbehandelten Kontrollzellen. PC12 Zellen, zwei Tage mit NGF behandelt, zeigten eine bis zu 10-fach verminderte HIF-1-Aktivität. Diese Verminderung könnte zu dem erhöhten hypoxie-induzierten Zelltod durch verminderte Expression von HIF-1alpha-regulierten Genen, welche für die Anpassung an Hypoxie verantwortlich sind, beitragen. Die Verminderung der HIF-1 Aktivität und der Anstieg der Hypoxiesensitivität könnte darauf hinweisen, dass NGF als eine Art hierarchisch organisiertes Signalmolekül fungiert. / The transcription factor hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) strongly contributes to the expression of adaptive genes under hypoxic conditions. In addition, HIF-1 has been implicated in the regulation of delayed neuronal cell death. Suspension-grown and adherent PC12 cells treated with NGF were used as an experimental model for studying the relationship between hypoxia-induced cell death and activation of HIF-1. Cell damage was assessed by flow cytometry of double-stained (annexin V and propidiumiodide) cells, and by analysis of the overall death parameters LDH and mitochondrial dehydrogenase. In parallel, cells were transfected with a control and a three-hypoxia-responsive-elements (HRE)-containing vector and HIF-1-driven luciferase activity was determined. Exposure of NGF-treated PC12 cells to hypoxia resulted in a higher cell death rate when compared to untreated controls. PC12 cells exposed for 2 days to NGF exhibited a decrease of HIF-1 activity up to a factor of ten. This decrease may contribute to the enhanced hypoxia-induced cell death via reduced expression of HIF-1alpha-regulated genes resposible for adaptation to hypoxia, like those for glucose transport proteins and enzymes of the glycolytic chain. The decrease in HIF-1 activity and the increase in hypoxia sensitivity may suggest that NGF act as an hierachically organized signaling molecule.

Zielsetzung: Der Nachweis eines Apallischen Syndroms (APS) ist trotz der diagnostischen Kriterien der Multi Society Task Force on persistent vegetative state (MSTF) selbst für erfahrene Kliniker eine diagnostische Herausforderung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, inwieweit etablierte neurologische Untersuchungstechniken die Anwendung der MSTF-Kriterien vereinfachen und so zur Diagnose des APS beitragen. Design: Prospektive diagnostische Studie Patienten: Von initial 24 Patienten mit der Differentialdiagnose eines APS wurden 16 Patienten endgültig in die Studie eingeschlossen und einer prospektiven klinischen Untersuchung unterzogen. Das Studienprotokoll umfasste die Untersuchung der spontanen Motorik sowie Reiz korrelierter motorischen Reaktionen, der Primitivreflexe, Habituation und der Okulomotorik. Ergebnisse: Die Diagnosekriterien der MSTF waren bei allen Patienten nachweisbar, die in die Studie eingeschlossenen wurden. Darüber hinaus wurde durch die Studie weitere, ebenfalls häufig auftretende klinischen Symptome identifiziert, die als Markersymptom für eine APS bewertet wurden: spontane Automatismen (N=12), periodisch-alternierende Augenbewegungen (N=12), startle Reaktion nach externer Reizung (N=10) und Spastik (N=9). Klinische Symptome, die erhaltene Bewusstseinsleistung voraussetzen wie reflektorische Sakkaden, Habituation, der optokinetische Nystagmus und Augenfolgebewegungen oder Symptome, die auf eine schwere Hirnstammschädigung hinweisen wie eine Dezerebrationshaltung, wurden als Ausschlusskriterien eines APS vorgeschlagen. Zusammenfassung: Die Erweiterung der MSTF-Diagnosekriterien um obligatorische und unterstützende Schlüsselsymptome sowie klar definierte Ausschlusskriterien erleichtert die klinische Differentialdiagnose des APS und führt zu einer größeren Diagnosesicherheit des Syndroms. / Objective: Although the Multi Society Task Force (MSTF) on persistent vegetative state (PVS) published diagnostic criteria ten years ago, differentiation of PVS from similar syndromes remains a diagnostic challenge. The aim of our study was the prospective identification of clinically assessable symptoms supplementary to the MSTF criteria which supports or rejects the diagnosis of a PVS and to reevaluate the parameters after 30 month. Design: Prospective diagnostic study Setting: The 90-bed department of Neurology of the University hospital of Berlin. Patients and participants: Out of 24 screened patients with the differential diagnosis PVS, 16 patients were finally included to the study and prospectively assessed by a clinical examination, comprising spontaneous and reflexive motor activities, primitive reflexes, habituation and eye movements. Measurements and results: Mandatory symptoms of the MSTF were found in all 16 patients. In addition, clinical features like spontaneous automatisms (n=12), periodic alternating gaze deviation (n=12), startle reaction to external stimuli (n=10), and spastic muscular tone (n=9) were found frequently and considered supportive for the diagnosis. In contrast to previous observations, periodic alternating eye movements and increased muscular tone were found more frequently in our patients. Symptoms linked to a preserved consciousness like reflexive visually guided saccades, habituation, an optokinetic nystagmus and eye tracking or symptoms indicating a severe functional impairment of the brainstem like a decerebrated posture were proposed as excluding PVS. Conclusion: The application of mandatory and supportive symptoms lead to a further improvement of diagnostic certainty in PVS, particular in patient presenting exceptional clinical phenomena. Clearly defined exclusive criteria prevent from misdiagnosis.

Neureguline (NDF, Heregulin, GGF ARIA, oder SMDF) sind EGF-ähnliche, extrazelluläre Signalmoleküle, die mit transmembranären Tyrosinkinaserezeptoren der ErbB-Familie interagieren. Neuregulin-1/ErbB Signale steuern während der Embryonalentwicklung und im adulten Organismus vielfältige zelluläre Prozesse, wie z. B. Proliferation, Migration und Differenzierung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle des Neuregulin-1/ErbB Signalsystems in der Entwicklung von Neuralleistenzellen und sich daraus entwickelnden Komponenten des peripheren Nervensystems (sympathisches Nervensystem und periphere Glia) untersucht. Neuregulin-1 Signale werden in Neuralleistenzellen und ihren Gliaderivaten durch ErbB2/ErbB3 Rezeptor-Heterodimere übertragen. Mit Hilfe von Mäusen mit gezielter Mutation (knock-out) des Neuregulin-1, ErbB2 oder ErbB3 Gens wurde gezeigt, daß Neuregulin-1/ErbB2/3 Signale die Migration sympathogener Neuralleistenzellen steuern. Mutante Tiere entwickeln daher eine hochgradige Hypoplasie des sympathischen Nervensystems. Neuregulin-1 Signale kontrollieren darüber hinaus die Entwicklung von Schwann Zellen. Die Unterbrechung des Neuregulin-1/ErbB2/3 Signalwegs in mutanten Mäusen führt zum Verlust von Schwann Zellen während der Embryogenese. Es wurde außerdem gezeigt, daß der Transkriptionsfaktor Sox10 die Expression von ErbB3 in Neuralleistenzellen kontrolliert. Sox10 und ErbB3 Mutanten besitzen daher übereinstimmende Defekte in der Neuralleistenzellentwicklung. Neben den ErbB3-abhängigen Funktionen von Sox10 wurde eine ErbB3-unabhängige Schlüsselfunktion von Sox10 bei der Differenzierung von Neuralleistenzellen zu peripherer Glia identifiziert. Das Neuregulin-1/ErbB2/3 Signalsystem und der Transkriptionsfaktor Sox10 besitzen also gemeinsam zentrale Funktionen in der Entwicklung peripherer Glia, steuern diesen Prozess aber über unterschiedliche Mechanismen und während unterschiedlicher Entwicklungsphasen. Sox10, ErbB2 und ErbB3 mutante Mäuse entwickeln neben dem Verlust von Schwann Zellen eine sekundäre Degeneration begleitender sensorischer und motorischer Neurone. Dies zeigt, daß periphere Glia Signale generiert, die essentiell sind für Integrität und Überleben begleitender Neurone. / Neuregulins (NDF, heregulin, GGF ARIA, or SMDF) are EGF-like growth and differentiation factors that signal through tyrosine kinase receptors of the erbB family. The neuregulin-1 proteins and their receptors play essential roles during embryonic development and in the adult. Functions of the neuregulin/erbB signaling system in developing neural crest cells and their derivatives (sympathetic nervous system, peripheral glial cells) were analyzed in mice with targeted mutations in the erbB2, erbB3, or neuregulin-1 genes. All three mutations cause severe hypoplasia of the primary sympathetic ganglion chain, and migration of sympathogenic neural crest cells to their target sites, where they differentiate into sympathetic neurons, depends on neuregulin-1 and its receptors. Neuregulin-1 signals are also essential for the development of Schwann cells. As a consequence, mice with targeted mutations in the neuregulin-1/erbB signaling system completely lack Schwann cells. Moreover, the HMG-box transcription factor sox10 is shown to control expression of erbB3 in neural crest cells. In accordance, sox10 and erbB3 mutant mice share phenotypes in the developing neural crest. Additionally, a novel, erbB3-independent developmental function of sox10 was identified: Sox10 is a key regulator for glial fate determination in undifferentiated neural crest cells. Thus, the transcription factor sox10 and the neuregulin-1/erbB signalling system both serve critical functions during development of peripheral glial cells. However, they act via different cellular mechanisms and during different developmental stages. At later developmental stages lack of peripheral glial cells in sox10, erbB2 and erbB3 mutant mice results in a severe degeneration of sensory and motor neurons. The comparison of the mutant phenotypes demonstrates, that peripheral glial cells generate essential signals for the survival and maintenance of accompanying neurons.

In dieser Arbeit werden - basierend auf dem Langsamkeitsprinzip - Modelle und Algorithmen für das auditorische System entwickelt. Verschiedene experimentelle Ergebnisse, sowie die erfolgreichen Ergebnisse im visuellen System legen nahe, dass, trotz der unterschiedlichen Beschaffenheit visueller und auditorischer sensorischer Signale, das Langsamkeitsprinzip auch im auditorischen System eine bedeutsame Rolle spielen könnte, und vielleicht auch im Kortex im Allgemeinen. Es wurden verschiedene Modelle für unterschiedliche Repräsentationen des auditorischen Inputs realisiert. Es werden die Beschränkungen der jeweiligen Ansätze aufgezeigt. Im Bereich der Signalverarbeitung haben sich das Langsamkeitsprinzip und dessen direkte Implementierung als Signalverarbeitungsalgorithmus, Slow Feature Analysis, über die biologisch inspirierte Modellierung hinaus als nützlich erwiesen. Es wird ein neuer Algorithmus für das Problem der nichtlinearen blinden Signalquellentrennung beschrieben, der auf einer Kombination von Langsamkeitsprinzip und dem Prinzip der statistischen Unabhängigkeit basiert, und der anhand von künstlichen und realistischen Audiosignalen getestet wird. Außerdem wird die Open Source Software Bibliothek Modular toolkit for Data Processing vorgestellt. / In this thesis we develop models and algorithms based on the slowness principle in the auditory domain. Several experimental results as well as the successful results in the visual domain indicate that, despite the different nature of the sensory signals, the slowness principle may play an important role in the auditory domain as well, if not in the cortex as a whole. Different modeling approaches have been used, which make use of several alternative representations of the auditory stimuli. We show the limitations of these approaches. In the domain of signal processing, the slowness principle and its straightforward implementation, the Slow Feature Analysis algorithm, has been proven to be useful beyond biologically inspired modeling. A novel algorithm for nonlinear blind source separation is described that is based on a combination of the slowness and the statistical independence principles, and is evaluated on artificial and real-world audio signals. The Modular toolkit for Data Processing open source software library is additionally presented.

Der Morbus Parkinson ist die häufigste Erkrankung der Basalganglien und wird durch einen Abbau der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra des Mittelhirns verursacht. Um Wege zu finden, die Nebenwirkungen bisheriger Therapien dieser Erkrankung zu vermeiden, sollten neue Angriffspunkte für pharmakologische Interventionen gesucht werden. Prinzipiell ist dabei jeder Schritt einer Signaltransduktions-Kaskade zu prüfen. Dazu gehören präsynaptische Transmitterfreisetzung, G-Protein-gesteuerte Effektormechanismen oder Veränderungen prä- und postsynaptischer Potentiale, wie sie durch ein bestimmtes lokales Ionenkanalmuster festgelegt werden. Aufgrund ihrer enormen molekularen Vielfalt bei gleichzeitig weiter, aber spezifischer Verbreitung, stellen Kaliumkanäle interessante Angriffspunkte für neue therapeutische Strategien dar. Die vorliegende Arbeit untersucht die zelluläre und subzelluläre Verteilung aller Mitglieder der Kir2-Familie, einer Gruppe von Proteinen, die einwärts-gleichrichtende Kaliumkanäle bildet. Zu diesem Zweck wurden polyklonale, monospezifische, affinitätsgereinigte Antikörper gegen den wenig konservierten carboxyterminalen Anteil der Kir2.1-, Kir2.2-, Kir2.3- und Kir2.4-Proteine hergestellt. Alle Untereinheiten der Kir2-Familie wurden an den Somata und Dendriten der meisten striatalen Neurone nachgewiesen. Zwei dieser Kanäle zeigten jedoch ein inhomogenes Verteilungsmuster: Das "patch"-Kompartiment des Striatums wurde von der Expression des Kir2.3-Kanals ausgespart, und das Kir2.4-Protein wurde am stärksten auf den tonisch aktiven, cholinergen striatalen Interneuronen exprimiert. Diese beiden Strukturen stellen die Schlüsselstellen für die Kontrolle und Regulation der dopaminergen und cholinergen Transmission im Striatum dar, weswegen ihnen eine zentrale Rolle für die efferenten Projektionen der Basalganglien zukommt. Die nachgewiesene heterogene Lokalisation der Kir2.3- und Kir2.4-Untereinheit an diesen strategisch relevanten Strukturen macht diese Kanäle zu viel versprechenden Angriffspunkten für zukünftige Pharmakotherapien. / Parkinson’s disease is the most frequent movement disorder caused by loss of dopaminergic neurons in the midbrain. Intentions to avoid side effects of conventional therapy should aim to identify additional targets for potential pharmacological intervention. In principle, every step of a signal transduction cascade, such as presynaptic transmitter release, type and occupation of postsynaptic receptors, G protein-mediated effector mechanisms, and the alterations of pre- or postsynaptic potentials as determined by the local ion channel composition, have to be considered. Due to their diversity and their widespread but distinct localizations, potassium channels represent interesting candidates for new therapeutic strategies. As a first step, the present report aimed to study the cellular and subcellular distribution of the individual members of the Kir2 family in the striatum, a group of proteins forming inwardly rectifying potassium channels. For this purpose polyclonal, monospecific, affinity purified antibodies against the less conserved carboxyterminal sequences from the Kir2.1, Kir2.2, Kir2.3, and Kir2.4 proteins were prepared. All subunits of the Kir2 family were detected on somata and dendrites of most striatal neurons. However, the distribution of two of them was not homogeneous. Striatal patch areas were largely devoid of the Kir2.3 protein, and the Kir2.4 subunit was most prominently expressed on the tonically active, giant cholinergic interneurons of the striatum. These two structures are among the key players in regulating dopaminergic and cholinergic neurotransmission within the striatum, and therefore are of major importance for the output of the basal ganglia. The heterogeneous localization of the Kir2.3 and the Kir2.4 subunits with respect to these strategic structures pinpoints these channel proteins as promising targets for future pharmacological efforts.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von Angiotensinogen, Renin, Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) und von den Agiotensin-Rezeptoren AT1 und AT2 in humaner Haut untersucht, um zu sehen, ob humane Haut ein lokales Gewebe Renin-Angiotensin-System (RAS) besitzt und fähig ist, Angiotensin II (Ang II) zu synthetisieren sowie welche physiologische Rolle Ang II in humaner Haut haben könnte. Außerdem wurde das Expressionsmuster von Angiotensinogen, Renin und ACE in gesunder humaner Haut mit dem in Psoriasis, Basaliom und Spinaliom (SCC) verglichen, um einen Einblick in pathophysiologische Funktionen des RAS zu gewinnen. Mit Hilfe von RT-PCR konnten alle Komponenten des RAS in vitro auf mRNA Ebene in kultivierten primären Keratinozyten, Melanozyten, dermalen Fibroblasten und dermalen mikrovaskulären Endothelzellen (MVEC´s) nachgewiesen werden, mit einer Ausnahme: Melanozyten scheinen keine AT2-Rezeptoren zu exprimieren. Immunhistochemische Untersuchungen zeigten die Expression aller Komponenten auf Proteinebene in Epidermis und dermalen Gefäßwänden in Gewebeschnitten humaner Haut. Zusätzlich erfolgte der Nachweis von Ang II in kultivierten Keratinozyten mittels enzymatischen immunometrischen Assays. Während Angiotensinogen, Renin und ACE bei immunhistochemischen Untersuchungen an Gewebeschnitten gesunder menschlicher Haut in allen Epidermalschichten gleichmäßig verteilt waren, zeigte sich bei der Psoriasis eine deutliche Betonung der unteren Epidermalschichten. Immunhistochemische Untersuchungen von Basaliomen erbrachten eine verminderte Expression von Angiotensinogen und Renin innerhalb der Tumornester. ACE wurde in den Tumorzellen noch weniger exprimiert. In immunhistochemischen Untersuchungen von Spinaliomen färbten sich die Tumorzellen deutlich homogen an. Die Experimente haben gezeigt, dass alle Komponenten des RAS in enger Lokalisation in menschlicher Haut vorkommen und dass folglich ein lokales Gewebe RAS in humaner Haut existiert sowie dass humane Haut fähig ist, Ang II ohne Zufuhr weiterer Komponenten und ohne regulatorische Einflüsse aus der Zirkulation zu synthetisieren. Eine mögliche physiologische Rolle von Ang II könnte die Regulation von Keratinozyten-Proliferation und –Differenzierung über seine Rezeptoren sein. Bezüglich der pathophysiologischen Rolle haben die Untersuchungen eine Fehlregulation des kutanen RAS in Epidermis psoriatisch veränderter Haut gezeigt, welches ein Hinweis auf eine pathogenetische Rolle des RAS bei der gestörten Keratinozyten-Proliferation und –Differenzierung sein könnte. Das Expressionsmuster in den untersuchten Tumoren war uneinheitlich, weshalb eine Interpretation der Rolle des RAS in kutanen Tumoren ohne weitere Untersuchungen kaum möglich erscheint. 1 / The present study was designed to elucidate whether a local tissue renin-angiotensin system (RAS) is expressed in human skin, whether cutaneous cells are able to autonomously synthesise angiotensin II (Ang II), and to get a first insight into a putative physiological role of Ang II in this location. For this purpose, the expression of angiotensinogen, renin, angiotensin-converting enzyme (ACE) and of the angiotensin receptors AT1 and AT2 was examined in human skin samples and in diverse cutaneous cells in primary culture on mRNA- and protein-level. Furthermore, the study compared the expression pattern of angiotensinogen, renin and ACE in healthy human skin with that in psoriasis, basal cell carcinoma (BCC) and squamous cell carcinoma (SCC) to look for possible differences between healthy and diseased skin. Using mRNA derived from cultured primary keratinocytes, melanocytes, dermal fibroblasts and dermal microvascular endothelial cells (MVECs), all components of the RAS could be demonstrated by RT-PCR except for AT2 receptors in melanocytes. Immunohistochemical stainings of cryostat sections of human skin revealed the expression of all components at protein level within the epidermis and in dermal vessel walls. In addition, the presence of Ang II in cultured keratinocytes and their supernatants could be proven by enzyme immunometric assay giving strong evidence for the ability of keratinocytes to autonomously synthesise Ang II. Regarding the comparison of RAS expression in healthy versus diseased skin, expression of angiotensinogen, renin and ACE was altered in all dermatoses examined. While in normal skin, RAS components were distributed equally and homogenously throughout all layers of the epidermis, in psoriatic skin their expression was more intense in the basal epidermal layers and less intense in the upper layers. In BCC sections, expression of angiotensinogen and renin was down-regulated, and tumour cells stained negatively for ACE. In SCC cryostat sections, tumour cells stained positively for all RAS components with an intensity comparable to normal skin. Taken together, the experiments revealed that a local tissue RAS exists in human skin, and that human skin is able to autonomously synthesise Ang II without any supply of components from the circulation. The physiological role of Ang II in normal skin may comprise the regulation of keratinocyte proliferation and differentiation. Concerning a putative pathophysiological role of Ang II in skin, this study provides evidence for a deregulation of the RAS in psoriatic skin and in BCC pointing to an involvement of the RAS in the pathomechanisms of these dermatoses. 1

An mit Urethan narkotisierten männlichen "Wistar"-Ratten erfolgte die extrazelluläre Einzelableitung der Aktionspotenziale von insgesamt 159 striatalen Neuronen. Mit Hilfe einer Mehrkanalelektrode wurden in die Nähe der Zellen mikroiontophoretisch verschiedene Substanzen appliziert. Die separate Gabe von Serotonin (5-HT), dem 5-HT1A-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT und dem sulfatierten Oktapeptid Cholezystokinin (CCK-8S) führte überwiegend zur Erhöhung der neuronalen Entladungsraten (Wilcoxon-Test signifikant mit p < 0,05), wohingegen der 5-HT2A/2C-Rezeptoragonist DOI nur an wenigen Neuronen einen Effekt induzierte, der hauptsächlich aus einer Reduktion der Entladungsraten bestand. Nach Koapplikation von Serotonin und CCK-8S überwogen ebenfalls aktivierende Effekte (Wt p < 0,05), jedoch wurde die neuronale Responsivität im Vergleich zur Einzelapplikation der beiden Substanzen signifikant reduziert (Chi2 p< 0,01). Da die Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-induzierten Effekte durch die spezifischen 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 und S-UH 301 geblockt wurden und eine positive Korrelation der Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-Effekte (p < 0,05) nachgewiesen werden konnte, kann, trotz der entgegengesetzten Ergebnisse früherer Studien, das Vorhandensein von 5-HT1A-Rezeptoren im Neostriatum angenommen werden. Die Grundaktivität der durch Serotonin aktivierten Population war signifikant geringer (p > 0,05) als die der durch Serotonin gehemmten Neurone. Trotzdem zeigte sich keine Abhängigkeit der Responsivität der hier betrachteten Populationen auf die applizierten Serotoninagonisten von der Höhe der neuronalen Ruheentladungsrate. Die meisten der Serotonin-, 8-OH-DPAT-, DOI- bzw. CCK-8S-responsiven Neurone verteilten sich diffus über das gesamte Neostriatum. Nur die durch Serotonin aktivierte Population zeigte eine Präferenz der ventromedialen Bereiche des Neostriatum. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Studie die Existenz von 5-HT1A-Rezeptoren innerhalb des Neostriatum der Ratte in hohem Maße angenommen werden kann. Des Weiteren lässt sich vermuten, dass das Zusammenwirken von Serotonin und CCK-8S einen modulatorischen Einfluss auf die normale neuronale Funktion hat. Ob und in welchem Maße dieses letztgenannte Ergebnis eine therapeutische Relevanz zur Behandlung bestimmter Erkrankungen hat, bei denen Störungen im Neostriatum mit ursächlich sind, bleibt zu erforschen. / In rats anaesthetized with urethane single unit activity of 159 neostriatal neurones was extracellularly recorded and several drugs were microiontophoretically ejected. Separate administration of serotonin (5-HT), 8-OH-DPAT (a 5-HT1A/7-receptor-agonist) and the sulfated octapeptide cholecystokinin (CCK-8S) predominantly induced increases in the neuronal discharge rates (Wilcoxon test significant with p < 0,05), whereas the 5-HT2A/2C-receptor agonist DOI affected only a few neurones and mainly reduced firing. After coadministration of CCK-8S and serotonin activating effects also predominated (Wt p < 0,05), but the neuronal responsiveness was significantly reduced (Chi2 p

Diese Schrift faßt in zwei Abschnitten eigene Beiträge zur Einführung der lokalisierten Magnetresonanzspektroskopie (MRS) und der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) in die diagnostische Medizin zusammen. Im ersten Teil wird beschrieben, wie die biochemischen Metabolite N-Azetylaspartat, Kreatin und Phosphokreatin, cholin-enthaltende Verbindungen und Laktat durch die Einführung der stimulierten Echo-Akquisitionsmethode (STEAM) als Lokalisationstechnik in die diagnostische Magnetresonanzspektroskopie in definierten Hirnregionen gesunder Versuchspersonen nichtinvasiv zugänglich gemacht und erstmals in Form von In-vivo-Konzentrationen quantifiziert werden konnten. Daraufhin wird gezeigt, wie die Weiterentwicklung der robusten STEAM-Technik zu kurzen Echozeiten das Signal-zu-Rauschverhältnis und damit die Messung kleinerer Untersuchungsvolumina erheblich verbesserte. Zudem wurde dadurch die Erkennung und Quantifizierung weiterer Metabolite wie z. B. des myo- und scyllo-Inosits, des Glutamats und Glutamins, des N-Azetylaspartylglutamats und der Glukose ermöglicht. Diese Methode setzte damit zusammen mit der verwendeten linearen Kombinationsmethode (LCModel) zur Konzentrationsbestimmung den spektralen Qualitätsstandard des gesamten letzten Jahrzehnts. Ferner werden die parallelen Pionierarbeiten zu Hirnerkrankungen fokaler und generalisierter Art beleuchtet. Diese Anwendungen der lokalisierten STEAM-Protonenspektroskopie in Einzelvolumentechnik zur Messung umschriebener Prozesse umfassen zerebrale Tumore und Infarkte, Plaques der multiplen Sklerose sowie andere entzündliche und degenerative Läsionen. Auch die lokalisierte STEAM-Phosphorspektroskopie und nichtzerebrale Anwendungen wie die lokalisierte Protonenspektroskopie von Faserbündeln des Skelettmuskels und der Niere bauen weitgehend auf diesem Fortschritt in der Methode auf. Zusätzlich werden Anwendungen bei generalisierten Erkrankungen gestreift, speziell angeborenen Stoffwechselerkrankungen des Kindesalters wie mitochondrialen und lysosomalen Defekten, Stoffwechselentgleisungen bei Diabetes mellitus und Leberzirrhose, psychiatrischen Erkrankungen wie der Alzheimer-Demenz. Die weitere Verbreitung dieser Erkenntnisse in die klinische Diagnostik wird entscheidend von der Beachtung des hier eingeführten Qualitätsmaßstabs und der darauf aufbauenden absoluten Metabolitquantifizierung abhängen. Der zweite Teil dieser Arbeit faßt ausgehend von funktionellen protonenspektroskopischen Untersuchungen des visuellen Kortex bei photischer Aktivierung Fortschritte zusammen, die bei der Entwicklung und Anwendung der suszeptibilitätsempfindlichen MR-Tomografie zur Messung physiologischer Hirnaktivierung mit dem Modell der visuellen Stimulation erzielt wurden. Während die Belastung des Energiestoffwechsels im angeregten striatären Kortex anhand abgesunkener Gewebespiegel von Glukose und angestiegener Laktatkonzentrationen mithilfe der zeitaufgelösten Spektroskopie beobachtet werden konnte, gelang die Demarkierung der Ausdehnung der Hirngewebeaktivierung mithilfe der T2*-gewichteten FLASH-MRT, die begleitende Verminderungen des paramagnetischen Desoxyhämoglobins im funktionell aktiven Gewebe mit Anstiegen der Bildsignalintensität wiedergibt. Schließlich werden Untersuchungen beschrieben, die die Empfindlichkeit dieses endogenen, sauerstoffspiegelabhängigen Suszeptibilitätskontrastes für die Wirkung verschiedener Medikamente bzw. pharmakologischer Stimulantien zeigen, die direkt oder indirekt über bestimmte vaskuläre Rezeptoren wirken. Diese Untersuchungen befördern wiederum ein neues Gebiet der Bildgebung, die pharmakologische MRT. / This work has two main parts that summarize pioneering contributions to localized magnetic resonance spectroscopy (MRS), functional magnetic resonance tomography (fMRI), and the introduction of these modalities into diagnostic medicine. First, it is described how biochemical metabolites such as the intracellular pools of N-acetylaspartate, creatine and phosphocreatine, choline-containing compounds, and lactate have been made accessible to noninvasive detection and to the quantification of their respective concentrations in vivo in defined cerebral regions of healthy subjects by utilizing the stimulated echo-acquisition mode (STEAM) localization technique. Then it is shown that further development of the robust STEAM technique to short echo times not only increased the signal-to-noise of the measurement, thereby providing access to smaller volumes-of-interest, but also allowed for the detection and quantification of additional metabolites such as myo- and scyllo-inositol, glutamate, glutamine, N-acetylaspartylglutamate, and glucose. Thus, together with the adoption of the linear combination method (LCModel) for concentration calculation, this method has set the standard for spectroscopic state-of-the-art in the field well over the last decade. Moreover, pioneering achievements have been highlighted with regard to applications in brain diseases of focal and generalized nature. Pertinent applications of localized single-volume STEAM proton spectroscopy to circumscribed processes include cerebral tumors, cerebral infarction, multiple sclerosis plaques, and other inflammatory and degenerative lesions. Also localized STEAM phosphorus spectroscopy and non-cerebral applications including localized proton spectroscopy of skeletal muscle and kidney largely depend on the short-echo time STEAM technique. In addition, applications in generalized disorders have been explored, which include inborn errors of metabolism in childhood, such as mitochondrial and lysosomal defects, metabolic disturbances in diabetes mellitus and liver cirrhosis, and psychiatric diseases such as Alzheimer's dementia. The further utilization of these novel methods in clinical diagnostics will heavily depend on quality measures and the mastering of a true quantification procedure as demonstrated. Second, this work summarizes achievements made in developing and applying both proton MR spectroscopy and susceptibility-sensitized MR imaging to measure physiologic brain activation using visual stimulation as a model. Whereas metabolic stress, brought upon the bioenergetic steady state in the responding striate cortex, was detected by decreased parenchymal glucose and increased lactate using time-resolved spectroscopy, mapping the extent of parenchymal activation was found to be possible by increases of image intensity in T2*-weighted FLASH MRI made sensitive to concomitant decreases of paramagnetic deoxyhemoglobin in the functionally active tissue. Finally, studies are described, which show the sensitivity of this endogenous, susceptibility-sensitive contrast, now generally known as BOLD effect, to various drugs or pharmacologic stimuli acting either directly or indirectly on vascular receptors. These latter studies open up again a new field of imaging, dubbed pharmacologic MRI.

Die intratracheale Applikation von Perfluorcarbonen (PFC) in ungeschädigte Lungen, z.B. als Röntgenkontrastmittel und zur PFC-induzierten cerebralen Kühlung, wird derzeit diskutiert. Ob es aufgrund der Dichte und Sauerstofflöslichkeit der PFC zu einer Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung und Hämodynamik durch die pulmonale PFC Applikation kommt, ist bisher unbekannt. Änderungen der Konzentration von cerebralem oxygeniertem und totalem Hb koennen mittels Near-infrared Spectroscopy gemessen werden. I.) Effekt durch die PFC-Applikation in gesunde Lungen neugeborener Ferkel: Es wurden zwei verschiedene Applikationsgeschwindigkeiten (30 ml PFC pro kg Körpergewicht als Bolusgabe versus 1,5 ml/min pro kg) und zwei Füllvolumen (30 versus 10 ml/kg) verglichen. Die Bolusgabe bewirkt einen sofortigen Abfall des PaO2 und der cerebralen Oxygenierung, bei langsamer Gabe des gleichen Volumens ist dies weniger ausgeprägt. Mit 10 ml/kg PFC fand sich nahezu keine Beeinflussung der Parameter. II.) Effekte der Änderung der FiO2 in PFC-gefüllten Lungen: Hierfür wurden Änderungen der FiO2 unter konventioneller Druckbeatmung vor PFC-Applikation und unter PFC-Füllung (30 oder 10 ml/kg PFC) verglichen. Beide PFC-Volumen (mit FiO2 1,0) bedingten PaO2-Werte wie unter CMV mit FiO2 von 0,5. Mit 30 ml/kg PFC kam es unter FiO2 von 0,5 zur Abnahme des cerebralen oxygenierten Hb. Zusammenfassend ergibt sich, dass die Applikation von 10 ml PFC/kg bevorzugt werden sollte. Bei kompletter Füllung der Lungen werden durch langsame Applikation cerebrale Nebenwirkungen minimiert. In PFC-gefüllten gesunden Lungen ist zum Erhalt der systemischen und cerebralen Oxygenierung die FiO2 zu erhöhen. / Intratracheal administration of perfluorochemicals (PFC) has been suggested for reasons other than respiratory insufficiency, such as pulmonary imaging and PFC-associated brain cooling. Due to their high density and oxygen solubility, PFC application has been described to affect systemic hemodynamics and oxygenation during liquid ventilation. Whether the PFC application into healthy lungs or changes in inspired oxygen fraction (FiO2) in PFC-filled healthy lungs affects cerebral hemodynamics is not known. Changes in the concentration of cerebral oxygenated and total Hb can be measured by near-infrared spectroscopy (NIRS). I.) Initial effects of PFC application into healthy lungs of newborn piglets: Two different filling modes (rapid versus slow) and two different filling volumes (slow filling of 30 versus 10 ml PFC/kg body weight) were compared. Rapid filling caused an immediate drop of systemic and cerebrale oxygenation, which was less prominent by filling 30 ml/kg PFC slowly. Almost no changes for all parameters were found with 10 ml kg/PFC. II.) Effects of variations in FiO2 in the PFC filled lungs of healthy piglets: Changes in FiO2 during conventional mechanical ventilation (CMV) prior to PFC-application and in the PFC-filled lungs (30 ml/kg or 10 ml/kg PFC) were compared. Both PFC-volumes (at a FiO2 of 1.0) caused PaO2-values that were similar to CMV with FiO2 of 0.5. In the 30 ml/kg PFC group a reduction of cerebral oxygenated Hb was found at FiO2 of 0.5. According to the data application of 10 ml/kg PFC should be preferred. If complete filling of the lung is needed, the slow administration of PFC minimizes cerebral side effects. In PFC- filled healthy lungs an increase in FiO2 is necessary to maintain systemic and cerebral oxygenation.