Die vorliegende Dissertation verfolgt das Ziel, die von Nervenzellen maximal erreichte Signalrate zu bestimmen. Außerdem werden die bislang weitgehend unbekannten Anpassungen einer Synapse an die Anforderungen hochfrequenter Signalübertragung untersucht. Die maximale Übertragungsrate spielt im zentralen Nervensystem eine wichtige Rolle für die Codierung und Verarbeitung von Informationen. Neben den Grundlagen der synaptischen Übertragung und der neuronalen Informationscodierung werden in der Einleitung die anatomischen Gegebenheiten der Kleinhirnrinde und der Moosfaser-Körnerzell-Synapse vorgestellt. Präsynaptische patch-clamp-Messungen von Moosfaserboutons und die erstmals durchgeführten Messungen von präsynaptischen Boutons und postsynaptischen Körnerzellen („Paarableitungen“) werden erläutert. Mit Hilfe dieser Methoden wird gezeigt, dass die Kommunikation zwischen Nervenzellen mit Raten von bis zu einem Kilohertz stattfinden kann. Hierbei ist die präsynaptische Freisetzung von Botenstoffen schneller und effizienter als bisher bekannt. Ein einzigartiges Repertoire präsynaptischer Mechanismen wird charakterisiert und bildet die Grundlage der nachgewiesenen, hochfrequenten Informationsübertragung.

Die vorliegende Dissertation verfolgt das Ziel, die von Nervenzellen maximal erreichte Signalrate zu bestimmen. Außerdem werden die bislang weitgehend unbekannten Anpassungen einer Synapse an die Anforderungen hochfrequenter Signalübertragung untersucht. Die maximale Übertragungsrate spielt im zentralen Nervensystem eine wichtige Rolle für die Codierung und Verarbeitung von Informationen. Neben den Grundlagen der synaptischen Übertragung und der neuronalen Informationscodierung werden in der Einleitung die anatomischen Gegebenheiten der Kleinhirnrinde und der Moosfaser-Körnerzell-Synapse vorgestellt. Präsynaptische patch-clamp-Messungen von Moosfaserboutons und die erstmals durchgeführten Messungen von präsynaptischen Boutons und postsynaptischen Körnerzellen („Paarableitungen“) werden erläutert. Mit Hilfe dieser Methoden wird gezeigt, dass die Kommunikation zwischen Nervenzellen mit Raten von bis zu einem Kilohertz stattfinden kann. Hierbei ist die präsynaptische Freisetzung von Botenstoffen schneller und effizienter als bisher bekannt. Ein einzigartiges Repertoire präsynaptischer Mechanismen wird charakterisiert und bildet die Grundlage der nachgewiesenen, hochfrequenten Informationsübertragung.:Abbildungsverzeichnis .......................................................................................... III Abkürzungsverzeichnis ........................................................................................ IV 1 Bibliographische Zusammenfassung .......................................................... 1 2 Einführung ..................................................................................................... 2 2.1 Der cerebelläre Cortex und die Moosfaser-Körnerzell-Synapse ............... 2 2.2 Grundlagen der synaptischen Übertragung .............................................. 5 2.3 Informationscodierung im Nervensystem .................................................. 6 2.4 Etablierung von Ableitungen an der Moosfaser-Körnerzell- Synapse .................................................................................................... 9 2.5 Quellen der Einführung ........................................................................... 13 3 Ziele der Arbeit ............................................................................................ 16 4 Publikationsmanuskript .............................................................................. 16 5 Zusammenfassung ...................................................................................... 29 6 Anlagen ........................................................................................................ 34 6.1 Supplemental Material ............................................................................ 34 6.2 Erklärung über den wissenschaftlichen Beitrag des Promovenden zur Publikation ............................................................................................... 54 6.3 Selbstständigkeitserklärung .................................................................... 55 6.4 Lebenslauf ............................................................................................... 56 6.5 Publikationen ........................................................................................... 58 6.6 Danksagung ............................................................................................ 59

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einsatz hochfrequenter Pulsfolgen ultrakurzer Laserpulse zur Lasermikrobearbeitung von hochlegierten Stählen. Dabei wird der Einfluss verschiedener Laserparameter auf die Abtragseffizienz, die erzeugten Oberflächenstrukturen sowie auf physikalische Prozesse während der Lasermikrobearbeitung untersucht. Zu diesem Zweck wurde X90CrV18-Stahl mit ultrakurzen Laserpulsen und extrem hohen Pulswiederholfrequenzen innerhalb einer Pulsfolge von bis zu 2,5 GHz bestrahlt. Die Abtragsvolumina und Strukturdurchmesser pro Laserpuls, die emittierte Sekundärstrahlung innerhalb einer Pulsfolge sowie die resultierende Topographie nach der Bestrahlung wurden empirisch untersucht. Um ein grundlegendes Verständnis der bei der Bestrahlung in der Wechselwirkungszone wirkenden physikalischen Mechanismen zu erlangen, wurden Simulationen der Wechselwirkung von einzelnen ultrakurzen Laserpulsen sowie von Pulsfolgen ultrakurzer Laserpulse mit hochlegiertem Stahl durchgeführt. Erkenntnisse über funktionale Zusammenhänge zwischen den Laserparametern ultrakurzer Laserpulse und der resultierenden Abtragstiefe sowie der Schmelzfilmbildung wurden aus Ergebnissen umfangreicher Simulationen abgeleitet. Darüber hinaus erlauben die Ergebnisse des pro Laserpuls abgetragenen Volumens Rückschlüsse auf Abschirmprozesse innerhalb einer Pulsfolge durch eine vorhandene Ablationswolke bzw. durch ein Plasma. Eine iterative Abschirmung der Laserstrahlung nachfolgender Laserpulse durch die Wechselwirkung mit einer vorhandenen Ablationswolke tritt vor allem bei der Verwendung von Pulsfolgen mit Pulswiederholfrequenzen im MHz-Bereich auf. Ausgehend vom Ablationsvolumen pro Laserpuls bei Pulswiederholfrequenzen im GHz-Bereich wird die Laserstrahlung nachfolgender Laserpulse einer Pulsfolge nahezu vollständig vom Plasma abgeschirmt. Basierend auf den neuen Erkenntnissen dieser Arbeit wurden optimale Prozessparameter für die Erzeugung von 3D-Mikrostrukturen ermittelt, um eine möglichst hohe Effizienz bzw. Produktivität bei gleichzeitig geringer Oberflächenrauheit zu erreichen.

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Background: Ventilatory pressures should target the range between the upper and lower inflection point of the pressure volume curve in order to avoid atelecto- and volutrauma. During high-frequency oscillatory ventilation (HFOV), this range is difficult to determine. Quadrant impedance measurement (QIM) has recently been shown to allow accurate and precise measurement of lung volume changes during conventional mechanical ventilation. Objectives: To investigate if QIM can be used to determine a static pressure-residual impedance curve during a recruitment-derecruitment manoeuvre on HFOV and to monitor the time course of alveolar recruitment after changing mean airway pressure (MAP). Methods: An incremental and decremental MAP trial (6 cm H₂O to 27 cm H₂O) was conducted in five surfactantdepleted newborn piglets during HFOV. Ventilatory, gas exchange and haemodynamic parameters were recorded. Continuous measurement of thoracic impedance change was performed. Results: Mean residual impedance (RI) increased with each stepwise increase of MAP resulting in a total mean increase of +26.5% (±4.0) at the highest MAP (27 cm H₂O) compared to baseline ventilation at 6 cm H₂O. Upon decreasing MAP levels, RI fell more slowly compared to its ascent; 83.4% (±19.1) and 84.8% (±16.4) of impedance changes occurred in the first 5 min after an increase or decrease in airway pressure, respectively. Conclusions: QIM could be used for continuous monitoring of thoracic impedance and determination of the pressure-RI curve during HFOV. The method could prove to be a promising bedside method for the monitoring of lung recruitment during HFOV in the future.

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