Die Photoparoxysmale Reaktion (PPR) oder Photosensitivität ist elektrophysiologisch durch eine synchronisierte Erregungssteigerung des visuellen Kortex infolge intermittierender Lichtreize gekennzeichnet. Familienstudien belegen, dass die PPR eine genetisch komplexe Disposition aufweist. Visuell induzierte Anfälle treten bei bis zu 10% der Kinder mit Epilepsien auf. Besonders häufig (bis zu 30%) ist die PPR mit den idiopathisch generalisierten Epilepsien (IGE) assoziiert. Die PPR repräsentiert somit einen geeigneten Endophänotyp, um die pathogenetische Komplexität der IGE zu reduzieren und auf einfachere Phänotyp-Genotyp-Beziehungen zurückzuführen. Die Aufgabenstellung der vorliegenden Arbeit war die molekulargenetische Identifizierung von PPR-Determinanten und die Untersuchung des genetischen Zusammenhanges dieser Determinanten mit den häufigen IGE. Dazu wurden die Familien in zwei distinkte, phänotypisch homogenere Subgruppen unterteilt. Bei 25 Familien mit photosensitiver IGE fand sich ein signifikanter IGE/PPR-Locus in der Region 13q31, während sich bei 19 Familien mit PPR und visuell induzierten Anfällen ohne IGE ein signifikanter PPR-Locus im Bereich 6p21 eingrenzen ließ. Ein positionell und funktionell interessantes Kandidatengen für den 6p21-Locus ist das Gen BRD2 (Bromodomain-containing Protein 2). Für die juvenile myoklonische Epilepsie (JME) wurde in der Region 6p21.3 ein Genort kartiert und ein Kopplungsungleichgewicht zwischen BRD2 Polymorphismen und JME nachgewiesen. Ca. 30% der JME Patienten sind photosensitiv. Unsere Studie ergab eine signifikante Assoziation von sechs BRD2-Polymorphismen mit PPR, die auf eine Beteiligung des BRD2 Gens an der Pathogenese der PPR hinweisen. / Photosensitivity or photoparoxysmal response (PPR) is an electroencephalographic (EEG) trait characterized by an abnormal visual sensitivity of the brain in reaction to intermittent photic stimulation. Family and twin studies provide unequivocal evidence that PPR is genetically determined. Seizures triggered by visual stimuli occur in up to 10% of patients with epilepsies in childhood. PPR is frequently (30%) associated with idiopathic generalized epilepsies (IGE). By focusing on epilepsy-related EEG patterns such as PPR, which can be evoked in the EEG laboratory independent of obvious clinical expression of seizures, PPR represents a suitable endophenotype to search for susceptibility loci involved in cortical hyperexcitability and epileptogenesis. We carried out a genome wide linkage scan to map susceptibility loci for PPR and to explore their genetic relationship with idiopathic generalized epilepsy (IGE). To dissect PPR-related traits, we defined two distinct subgroups of families differing in their familial background on IGE. Our analyses provided significant evidence for linkage to the region 13q31 in PPR/IGE families, in which PPR was strongly associated with IGE, and significant evidence for linkage to the region 6p21 in PPR-families with predominantly pure PPR. The locus on 13q31 seems to confer susceptibility to photosensitive IGE, whereas the locus on 6p21 may predispose to PPR itself. The linkage region on 6p21 harbors a high-ranking candidate gene: BRD2 (bromodomain containing protein2). Linkage disequilibrium mapping in the candidate region 6p21.3 revealed strong associations between polymorphisms of the gene BRD2 and juvenile myoclonic epilepsy (JME), which exhibits PPR in 30% of JME patients. We found associations between PPR and six BRD2 polymorphisms. Considering the strong clinical association of JME and PPR, the present results support evidence that PPR and JME share epileptogenic pathways, for which BRD2 might be an underlying susceptibility gene.

Eine wichtige Folge des Status epilepticus ist die Entwicklung einer chronischen Epilepsie. Die genauen Mechanismen und die Kinetik der Epileptogenese sind weitestgehend unklar. Ziel der vorliegenden Arbeit war ein besseres Verständnis des Prozesses durch die In-vitro-Analyse von Lokalisation und Kinetik funktioneller Folgen des Status epilepticus in vivo. In kombinierten Hippokampus-entorhinaler Kortex Hirnschnittpräparaten von Wistar-Ratten nach elektrisch induziertem selbsterhaltendem Status epilepticus (self-sustaining status epilepticus, SSSE) wurden im Niedrig-Magnesium-Modell anfallsartige Ereignisse (AE) ausgelöst und untersucht. Die In-vitro-Analyse der AE wurde eine, vier und acht Wochen nach SSSE durchgeführt. Um das räumliche Verhalten der epileptischen Aktivität beurteilen zu können, wurde die Messung des extrazellulären Feldpotenzials mit der Analyse intrinsischer optischer Signale kombiniert. Im Verlauf nach SSSE kam es zu einer Latenzverkürzung bis zum Auftreten epileptischer Aktivität und zu einer Zunahme der AE-Frequenz. Vier und acht Wochen nach SSSE stieg der Anteil der AE mit großflächigem Ursprung signifikant an. Im Verlauf nach SSSE wurden außerdem zunehmend diskontinuierliche Ausbreitungsmuster der Anfallsaktivität beobachtet. Acht Wochen nach SSSE zeigten 50% der Präparate zudem eine zeitlich und räumlich von den AE unabhängige, hochfrequente Aktivität im Gyrus dentatus. Zusammenfassend wurden eine Latenzverkürzung und eine Zunahme der AE-Frequenz als Hinweise für eine gesteigerte Exzitabilität des Hirngewebes nach SSSE gesehen. Neben dem großflächigen Ursprung deutet auch die Zunahme diskontinuierlicher Ausbreitungsmuster auf eine gesteigerte Synchronizität des neuronalen Netzwerkes nach SSSE hin. Die autonome Aktivität im Gyrus dentatus spricht dafür, dass die in vorangegangenen Studien beschriebenen strukturellen Änderungen in dieser Region mit einer veränderten Funktionalität einhergehen. / The development of chronic epilepsy is a serious consequence of Status epilepticus. Little is known about the mechanisms and kinetic of the epileptogenic process. The aim of this md-thesis was the analysis of localisation and kinetic of functional deficits in vitro after Status epilepticus in vivo. Using the Low-Magnesium-Model, seizure-like events (SLE) were induced in combined hippocampal-entorhinal cortex slices of wistar rats after electrically induced self-sustaining Status epilepticus (SSSE). One, four and eight weeks after SSSE the in-vitro-analysis of SLE was performed. In order to determine onset and spread-pattern of epileptic activity, the measurement of the extracellular field-potential was combined with the imaging of intrinsic optical signals (IOS). In the time course after SSSE there was a reduction of the latency to onset of seizure activity and an increase of the SLE-frequency. Four and eight weeks after SSSE a significant increase of SLE with regional onset was found. In Addition, there was an increase of non-contiguous propagation of seizure activity. Eight weeks after SSSE 50% of the brain-slices showed autonomous high-frequent activity in the dentate gyrus. In conclusion a reduction of the latency to onset of seizure activity and an increase of the SLE-frequency were found. These changes are indicators of increased excitability after SSSE. Other than the regional onset, the non-contiguous spread-pattern also indicates increased synchronicity of the neuronal network after SSSE. The autonomous activity in the dentate Gyrus shows, that the previously described structural changes in this region lead to functional deficits.

In der Pathogenese der Temporallappenepilepsie wird kindlichen hippokampalen Schädigungen eine wesentliche Rolle zugeschrieben. Epileptische Krämpfe und perinatale Asphyxie sind zwei häufige Ursachen dieser Schädigungen. Anhaltende epileptiforme Aktivität im Niedrig-Mg2+-Modell als einer experimentellen Form epileptischer Krämpfe führt in organotypischen hippokampalen Schnittkulturen (OHSK) der Ratte, die als Ersatzsystem des kindlichen Hippokampus verwendet werden, zu Zellschäden. Während dieser Untersuchungen ergab sich der Verdacht auf eine zusätzlich schädigende Wirkung erhöhter Sauerstoffspannungen. In meiner ersten Versuchsreihe konnte ich nachweisen, dass erhöhte Sauerstoffspannungen (60 %, 95 %) verglichen mit 20%-Sauerstoffspannung zu reversiblen und irreversiblen Zellschäden in OHSK führen. Die Zellschäden wurden über Veränderungen reizinduzierter Feldpotentiale, d.h. Abnahme der Amplitude, Zunahme der Latenz und Zunahme des Doppelpulsindex, sowie über die Propidium Jodid (PJ)-Fluoreszenzintensität bestimmt. In der zweiten Versuchsreihe konnte gezeigt werden, dass erhöhte Sauerstoffspannungen auch nach einer Hypoxie im Sinne einer hyperoxischen Reoxygenierung verglichen mit normoxischer Reoxygenierung vermehrt Zellschäden in OHSK zur Folge haben. In der dritten Versuchsreihe konnte ich ausschließen, dass erhöhte Sauerstoffspannungen eine notwendige Bedingung für Zellschäden infolge anhaltender epileptiformer Aktivität sind. Um die zellschädigende Rolle von Spreading Depressions (SDs), die während epileptiformer Aktivität auftreten, zu bestimmen, wurde in der vierten Versuchsreihe eine Methode etabliert, SD-ähnliche Ereignisse isoliert und zuverlässig in normoxischen OHSK auszulösen. Auf diese Weise wiederholt ausgelöste SD-ähnliche Ereignisse führten zu Zellschäden, bestimmt über die Veränderung elektrophysiologischer Eigenschaften von SD-ähnlichen Ereignissen, Abnahme der Feldpotentialamplitude und PJ-Fluoreszenzintensität. / Hippocampal damage during infancy is thought to play an important role in the pathogenesis of temporal lobe epilepsy. Epileptic seizures and perinatal asphyxia are two frequent causes of these damages. Sustained epileptiform activity induced in the low Mg2+-model of epileptic seizures leads to cell damage in organotypic hippocampal slice cultures (OHSC) of the rat, which are used as a surrogate for the infantile hippocampus. During a previous study utilising this model the suspicion arose that increased oxygen tension could have an additional damaging effect. My first series of experiments proved that increased oxygen tension (60 %, 95 %) lead to reversible and irreversible cell damage in OHSC compared to 20%-oxygen tension. Cell damage was determined by alterations of evoked field potentials, i.e. decrement of amplitude, increment of latency and paired pulse index, as well as by propidium iodide fluorescence. The second series of experiments showed that increased oxygen tension applied after an hypoxic period (hyperoxic reoxygenation) result in augmented cell damage compared to normoxic reoxygenation. With the third series of experiments it could be excluded that increased oxygen tension is an essential condition for the occurrence of cell damage due to sustained epileptiform activity. In order to elucidate the damaging role of spreading depressions (SD), which emerge during epileptiform activity, a method was established in the fourth series of experiments that allowed the reliable induction of SD-like events in normoxic OHSC. Repetitive SD-like events induced by this method led to cell damage, assessed by alterations of electrophysiological characteristics of SD-like events, decrement of evoked field potential amplitude and propidium iodide fluorescence.

Nach dem Prinzip synchronisierter Reimwörter wurde ein deutscher dichotischer Hörtest entwickelt und erprobt (Fused Words, FW10b). Die Reliabilitätskennwerte lagen für die innere Konsistenz bei alpha=0,89 und für die Re-Test-Reliabilität im Bereich von r-tt=0,67 bis r-tt=0,87. Der dichotische Test korrelierte hoch mit einem Paralleltest (r=.73, FW12k). In mehreren Untersuchungen fand sich keine Assoziation des dichotischen Lateralisationsergebnisses mit dem Hormonzyklus bei Frauen. Zwischen der Klassifikation im Wada-Test und der Klassifikation im dichotischen Test wurde eine hohe prozentuale Übereinstimmung beobachtet (91%). Auch in einer externen Studie wurde eine hohe Konkordanz mit einem fMRT Paradigma gefunden (97%, Hund-Georgiadis et al 2002). Unter Rechtshändern hatten 70% einen Rechts-Ohr-Vorteil, 23% einen Links-Ohr-Vorteil; bei 7% wurde kein Ohr-Vorteil beobachtet. Es bestand eine hohe Assoziation zwischen dem Lateralitätsquotient der Händigkeit und dem Lateralitätsindex Lambda aus dem dichotischen Test (R=0,76, r=0,72). Bei epilepsiechirurgischen Kandidaten mit links- oder rechtsseitigen Temporallappenläsionen, die alle durch einen Wada-Test als unilateral links-hemisphärisch sprachdominant kategorisiert worden waren, wurden Läsionseffekte analysiert (Hippocampus-Sklerose vs. extra-hippocampale Läsionen). Wie erwartet ergaben sich massive Läsionseffekte für die Patienten mit den Läsionen in der linken sprachdominanten Hemisphäre. In der linken extra-hippocampalen Untergruppe kam es zu einer signifikanten Abnahme der Rechts-Ohr-Punkte und gleichzeitig zu einem signifikanten Anstieg der Links-Ohr-Punkte. Die Einbeziehung von neokortikalen und anderen extra-hippocampalen Strukturen in die temporalen Läsionen war von entscheidender Bedeutung für die Unterdrückung der Antworten vom kontralateralen (rechtsseitigen) Ohr. Die Zunahme der Links-Ohr-Punkte in der Gruppe mit linksseitigen extra-hippocampalen Läsionen deutet eine kompensatorische Verlagerung von Sprachfunktionen auf die rechte Hemisphäre an, die durch den Wada Test nicht erfasst wurde. / Following the principle of synchronized rhyming words a German dichotic listening test was developed and tested (fused words, FW10b). Reliability coefficients for the inner consistency were at alpha=0,89 and for the re-test-reliability between r-tt=0,67 and r-tt=0,87. The dichotic test FW10b was highly correlated with a parallel test (r=.73, FW12k). None of several studies did show any association between the dichotic language lateralization and the hormonal cycle in women. A high percentage of agreement was observed between the Wada classification and the classification by the dichotic test (91%). Furthermore Hund-Georgiadis et al. (2002) found a high percentage of concordance with the lateralization by a fMRI paradigm in an external study (97%). Among right-handers 70% showed a right ear advantage, 23% had a left ear advantage, and 7% had no ear advantage. There was a high association between the laterality quotient of the handedness inventory and the laterality index Lambda of the dichotic listening test FW10b (R=0.76, r=0.72). Lesion effects were analyzed in epilepsy surgical candidates with left and right temporal lobe lesions (hippocampus sclerosis vs. extra-hippocampal lesions), who were all categorized as left-hemispheric language dominant by a Wada-test. As expected, massive lesion effects were apparent in those patients who had their lesions in the left language dominant hemisphere. In the subgroup with left extra-hippocampal lesions there was a significant decrease of right-ear-points and at the same time a significant increase of left-ear-points. The involvement of neocortex and other extra-hippocampal structures in temporal lobe lesions were of crucial importance for the suppression of contralateral (right) ear responses. The elevation of left-ear-points in the left-lateral group indicated a partial compensational shift of language functions to the right hemisphere, which was not detected by the Wada procedure.