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The central melanin-concentrating hormone (MCH) system has been intensively studied for its involvement in the regulation of feeding behaviour and body weight regulation. The importance of the neuropeptide MCH in the control of energy balance has been underlined by MCH knock out and Melanin-concentrating hormone receptor subtype 1 (MCHR-1) knock-out animals. The anorectic and anti-obesity effects of selective MCHR-1 antagonists have confirmed the notion that pharmacological blockade of MCHR-1 is a potential therapeutic approach for obesity. First aim of this work is to study the neurochemical “equipment” of MCHR-1 immunoreactive neurons by double-labelling immunohistochemistry within the rat hypothalamus. Of special interest is the neuroanatomical identification of other hypothalamic neuropeptides that are co-distributed with MCHR-1. A second part of this study deals with the examination of neuronal activation patterns after pharmacological or physiological, feeding-related stimuli and was introduced to further understand central regulatory mechanisms of the MCH system. In the first part of work, I wanted to neurochemically characterize MCHR-1 immunoreactive neurons in the rat hypothalamus for colocalisation with neuropeptides of interest. Therefore I performed an immunohistochemical colocalisation study using a specific antibody against MCHR-1 in combination with antibodies against hypothalamic neuropeptides. I showed that MCHR-1 immunoreactivity (IR) was co-localised with orexin A in the lateral hypothalamus, and with adrenocorticotropic hormone and neuropeptide Y in the arcuate nucleus. Additionally, MCHR-1 IR was co-localised with the neuropeptides vasopressin and oxytocin in magnocellular neurons of the supraoptic and paraventricular hypothalamic nucleus and corticotrophin releasing hormone in the parvocellular division of the paraventricular hypothalamic nucleus. Moreover, for the first time MCHR-1 immunoreactivity was found in both the adenohypophyseal and neurohypophyseal part of the rat pituitary. These results provide the neurochemical basis for previously described potential physiological actions of MCH at its target receptor. In particular, the MCHR-1 may be involved not only in food intake regulation, but also in other physiological actions such as fluid regulation, reproduction and stress response, possibly through here examined neuropeptides. Central activation patterns induced by pharmacological or physiological stimulation can be mapped using c-Fos immunohistochemistry. In the first experimental design, central administration (icv) of MCH in the rat brain resulted in acute and significant increase of food and water intake, but this animal treatment did not induce a specific c-Fos induction pattern in hypothalamic nuclei. In contrast, sub-chronic application of MCHR-1 antagonist promoted a significant decrease in food- and water intake during an eight day treatment period. A qualitative analysis of c-Fos immunohistochemistry of sections derived from MCHR-1 antagonist treated animals showed a specific neuronal activation in the paraventricular nucleus, the supraoptic nucleus and the dorsomedial hypothalamus. These results could be substantiated by quantitative evaluation of an automated, software-supported analysis of the c-Fos signal. Additionally, I examined the activation pattern of rats in a restricted feeding schedule (RFS) to identify pathways involved in hunger and satiety. Animals were trained for 9 days to feed during a three hour period. On the last day, food restricted animals was also allowed to feed for the three hours, while food deprived (FD) animals did not receive food. Mapping of neuronal activation showed a clear difference between stareved (FD) and satiated (FR) rats. FD animals showed significant induction of c-Fos in forebrain regions, several hypothalamic nuclei, amygdaloid thalamus and FR animals in the supraoptic nucleus and the paraventricular nucleus of the hypothalamus, and the nucleus of the solitary tract. In the lateral hypothalamus of FD rats, c-Fos IR showed strong colocalisation for Orexin A, but no co-staining for MCH immunoreactivity. However, a large number of c-Fos IR neurons within activated regions of FD and FR animals was co-localised with MCHR-1 within selected regions. To conclude, the experimental set-up of scheduled feeding can be used to induce a specific hunger or satiety activation pattern within the rat brain. My results show a differential activation by hunger signals of MCH neurons and furthermore, demonstrates that MCHR-1 expressing neurons may be essential parts of downstream processing of physiological feeding/hunger stimuli. In the final part of my work, the relevance of here presented studies is discussed with respect to possible introduction of MCHR-1 antagonists as drug candidates for the treatment of obesity. / Die Regulation des Körpergewichts in einem physiologischen Rahmen setzt ein internes Energiegleichgewicht voraus und wird langfristig durch Abgleich von Nahrungsaufnahme einerseits und Energieverbrauch andererseits gewährleistet. Dieses Gleichgewicht ist bei massivem Übergewicht (Adipositas) oder chronischem Untergewicht (Kachexie) dauerhaft gestört. Bei der Regulation des Energiegleichgewichts spielt der im Zwischenhirn gelegene Hypothalamus als Schaltstation eine wichtige Rolle. Hypothalamische Regelkreise gleichen sensorische, viszerale und humorale Signale miteinander ab und setzen sie in adäquates Verhalten (z.B. Nahrungsaufnahme) um. Innerhalb des Hypothalamus werden Hunger und Sättigung durch zentralnervöse Regulationssysteme kodiert. Dadurch stellt eine pharmakologische Inhibierung eines hunger-stimulierenden (orexigenen), hypothalamischen Regelkreises eine Möglichkeit dar, um Nahrungsaufnahme und Körpergewichts zu reduzieren. Das im lateralen Hypothalamus gebildete Neuropeptid Melanin-konzentrierendes Hormon (MCH) ist ein solches orexigenes Signal. In unterschiedlichen Tiermodellen wurde gezeigt, dass MCH seine physiologischen Effekte auf das Energiegleichgewicht durch den funktionellen MCH Rezeptor Subtyp 1 (MCHR-1) vermittelt. Die Behandlung von Labornagern mit selektiv wirksamen MCHR-1 Antagonisten hat in verschiedenen Tiermodellen zu einer Verminderung der Nahrungsaufnahme und Körpergewichtsreduktion geführt (anorexigene Wirkung). Das Ziel dieser Arbeit ist eine vertiefte Untersuchung des zentralen MCH Systems. Im ersten Teil der Arbeit werden MCHR-1 enthaltene Nervenzellen (Neurone) im Hypothalamus von Ratten immunhistochemisch identifiziert und neurochemisch charakterisiert. Dieser Teil der Arbeit soll mit Hilfe von Kolokalisationsstudien mögliche Interaktionen des MCH Systems mit anderen neuropeptidergen, hypothalamischen Systemen identifizieren. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von pharmakologischen Effekten bei MCH und MCHR-1 Antagonist behandelten Ratten auf Nahrungsaufnahme, Wasseraufnahme sowie Veränderung des Körpergewichts. Zentrale Regulationsmechanismen wurden durch den immunhistochemischen Nachweis des Transkriptionsfaktors und neuronalen Aktivierungsmarkers c-Fos im Rattenhirn ermittelt. Diese neuronalen Aktivierungsmuster wurden mit solchen Mustern verglichen, die nach einem definierten physiologischen Stimulus (Fütterungsregime) mit derselben Methode aufgezeichnet wurden. Erste Ergebnisse zeigten, dass der hier etablierte Antikörper gegen MCHR-1 spezifisch ist und MCHR-1 in mehreren hypothalamischen Kernarealen mit Hilfe dieses Antikörpers nachgewiesen werden konnte. So konnte im lateralen Hypothalamus eine Kolokalisation von MCHR-1 mit Orexin A nachgewiesen werden, im arcuate Nukleus des Hypothalamus, einem Kernareal, das eine bedeutende Funktion in der Integration von Hunger- und Sättigungssignalen hat, zeigten MCHR-1 positive Neurone eine Kolokalisation mit dem orexigenen Neuropeptid Y oder mit dem Adrenocorticotrophin Hormon, einem Marker für das anorexigen wirkende, zentrale Melanokortin System. Der Paraventrikuläre Nukleus und der Supraoptische Nukleus des Hypothalamus spielen eine wichtige Rolle in neuroendokrinen Regulationen. Im paraventrikulären Hypothalamus konnte eine Kolokalisation von MCHR-1 mit den Neuropeptiden Vasopressin, Oxytocin und Corticotrophin-releasing Hormon festgestellt werden, außerdem konnte eine Kolokalisierung von MCHR-1 mit Vasopressin und Oxytocin im Supraoptischen Nukleus gezeigt werden. Zusätzlich konnte MCHR-1 immunhistochemisch auf Zellen der Adeno- und der Neurohypophyse nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse lassen auf eine Interaktion von MCHR-1 im Hypothalamus nicht nur mit orexigenen (Orexin A und Neuropeptid Y) und anorexigenen (Adrenocorticotrophin Hormon) Signalen schließen, sondern weisen zusätzlich auf eine Rolle von MCHR-1 bei der Regulation des Wasserhaushalts (Vasopressin), der Fortpflanzung (Oxytocin) und bei Stress (Corticotrophin-releasing Hormon) hin. Im zweiten Versuchsvorhaben führte die zentraler Gabe (intrazerebroventrikular) von MCH ins Rattengehirn zu einer akuten und signifikanten Steigerung der Futter- und Wasseraufnahme, es konnte jedoch kein spezifisches Aktivierungsmuster in hypothalamischen Kernarealen (Nuklei) definiert werden. Im Gegensatz dazu führte eine sub-chronische Gabe eines oral verfügbaren MCHR-1 Antagonisten in Ratten zu einer signifikanten Verminderung der Nahrungs-, Wasseraufnahme und des Körpergewichts. Bei qualitativer Analyse des immunhistochemischen Signals für c-Fos bei MCHR-1 Antagonist behandelten Ratten konnte eine spezifische Aktivierung im Paraventrikulären Hypothalamus, im Supraoptischen Nukleus und im Dorsomedialen Hypothalamus gezeigt werden. Diese Ergebnisse ließen sich durch automatisierte, software-unterstützte Quantifizierung des c-Fos Signals bestätigen und heben diese Hirnareale als mögliche neuroanatomische Substrate von MCHR-1 Antagonisten hervor. Um eine mögliche neuronale Aktivierung des MCH Systems nach einem physiologischen Stimulus, hier Hunger oder Sättigung, zu untersuchen, wurden in einem weiteren Versuchsansatz Ratten in einem angepassten, neun Tage dauernden Fütterungsregime, täglich für nur drei Stunden Zugang zu Futter gewährt. Tiere, die am letzten Tag des Fütterungsregimes im 3 Stunden Zeitraum kein Futter bekamen und so als „Hunger-Stimulierte“ definiert wurden, zeigten eine signifikante Induktion von c-Fos in unterschiedlichen hypothalamischen (arcuate Nukleus, Dorsomedial Hypothalamischen Nuklei, Lateral Hypothalamus) und extrahypothalamischen Hirnarealen (Nukleus Accumbens, Basolaterale Amygdala, Paraventriculärer Thalamischer Nukleus). Dieses Aktivierungsmuster unterschied sich von Ratten, die am letzten Tag des Fütterungsregims Futter erhalten hatten, den „gesättigte Tieren“ (Aktivierung vor allem im supraoptischen Nukleus, im paraventrikulären Hypothalamus und Nukleus Tractus Solitarius), oder ad libitum gefütterten Kontrolltieren. Um durch das Fütterungsregime aktivierte Neurone dem MCH System zuzuordnen, wurden immunhistochemische Kolokalisationsexperimente von c-Fos mit MCH beziehungsweise MCHR-1 spezifischen Antikörpern durchgeführt. Zwar konnte keine Kolokalisation von c-Fos mit MCH im lateralen Hypothalamus nachgewiesen werden, aber eine Vielzahl von durch Hunger oder Sättigung aktivierte, c-Fos positive Neurone zeigte MCHR-1 Immunoreaktivität. Zusammenfassend lässt sich daraus schließen, dass Nahrungskarenz differenziert unterschiedliche intra-hypothalamische und extra-hypothalamische Zielstrukturen aktiviert. Die funktionelle Rolle des MCHR-1 in solch aktivierten Neuronen bedarf weiterer Klärung. Im abschließenden Teil der Arbeit wird eine mögliche Relevanz der hier beschriebenen Ergebnisse im Hinblick auf die Entwicklung von MCHR-1 Antagonisten und deren möglicher Einsatz bei Adipositas, diskutiert.

Um experimentell zu klären, ob bestimmte Vibrationsfrequenzen zur osteoanabolen Stimulation des Knochens und speziell zur Verbesserung der Frakturheilung bei Osteoporose geeigneter sind als andere, wurde in dieser Arbeit die Frakturheilung an der proximalen Tibiametaphyse der ovarektomierten Ratte unter einer vertikalen Vibrationsbehandlung mit Frequenzen von 35, 50, 70 und 90 Hz vergleichend untersucht. Die Tiere wurden dafür nach Tibiaosteotomie und Plattenosteosynthese über 30 Tage für jeweils 15 Minuten der für ihre Gruppe spezifischen Vibrationsfrequenz ausgesetzt. Die Amplitude der Vibration betrug dabei stets 0,5 mm. Die quantitative Analyse des Frakturkallus mittels Mikroradiographie und Micro-CT ergab deutliche Anhaltspunkte für eine überlegene osteoanabole Potenz der 70Hz-Vibration in Gestalt einer gegenüber allen anderen Vibrationsgruppen signifikant erhöhten endostalen Kallusdichte sowie einer gegenüber der nichtvibrierten OVX-Gruppe signifikant erhöhten periostalen Kallusdichte und -dicke. Auch kortikaler und trabekulärer Knochen profitierten von der 70Hz-Vibration, was sich in der unter dieser Frequenz - zumindest hinsichtlich der Belastbarkeit - besten Kallusqualität widerspiegelte.  Die 35Hz-Vibration kann die Kallusbildung ebenfalls anregen und damit auch die biomechanischen Eigenschaften des Kallus (Steifheit) verbessern. Kallus und kortikaler Knochen werden durch 35 Hz aber schlechter stimuliert als durch alle anderen untersuchten Frequenzen. Die 50Hz-Vibration verbessert die biomechanischen Eigenschaften in ähnlicher Weise, sie stimuliert Kallus und Kortikalis dabei etwas besser als 35 Hz, aber deutlich schlechter als 70 Hz. Auch die 90Hz-Vibration hat einen stimulierenden Effekt auf Kallus, Kortikalis und trabekulären Knochen, insbesondere die Kallusstimulation ist aber wieder deutlich schlechter als unter der Frequenz von 70 Hz. Die 90Hz-Vibration hat zudem eine übermäßige Reizung des Kallus zur Folge, die sich in den schlechtesten biomechanischen Eigenschaften aller untersuchten Frequenzen manifestiert.  Als Synthese der mit den verschiedenen Untersuchungsverfahren dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse kann eine Überlegenheit der Vibrationsfrequenz von 70 Hz für die Stimulation der Frakturheilung bei Osteoporose festgestellt werden. Diese Ergebnisse am Rattentiermodell sollten - vor Beginn einer klinischen Studie - am Großtiermodell verifiziert werden.

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Gegenstand der Dissertationsschrift ist die Untersuchung des Effektes einer Hemmung der Leukotrienbiosynthese auf die Entwicklung des Schädel-Hirn-Traumas (SHT) nach experimenteller fokaler Kontusionsverletzung im Rattenmodell. Die Ergebnisse der Arbeit wurden im Jahre 2011 in einer Publikation veröffentlicht. Das SHT ist eine schwerwiegende globale Erkrankung mit hoher Inzidenz und Mortalität. Diese führt zu hohen Kosten für das Gesundheitssystem, zum einen durch die akute Behandlung im Krankenhaus, zum anderen durch die sich daran anschließenden rehabilitativen Maßnahmen. Nach der primär biomechanischen Verletzung des Hirns, die nicht beeinflussbar ist, bietet die anschließende sekundäre Hirnschädigung aufgrund verschiedener Stoffwechselprozesse Angriffspunkte für eine (medikamentöse) Therapie des SHT. Die sekundären Hirnschäden werden maßgeblich durch die Entwicklung eines perikontusionellen Hirnödems und dem daraus resultierenden Anstieg des intrakraniellen Druckes beeinflusst. Wie in vorangegangenen Untersuchungen gezeigt werden konnte, kam es nach experimentellem SHT zu einem signifikanten Anstieg der Leukotrienwerte im Liquor von Ratten. Dies warf die Frage nach der Rolle der Leukotriene (LT) im posttraumatischen Hirnstoffwechsel bezüglich der Ödementwicklung auf. Ziel dieser Arbeit war der Nachweis einer direkten Beteiligung von Leukotrienen an der sekundären Hirnschädigung und das Aufzeigen eines möglichen therapeutischen Zuganges durch Substitution von Leukotrienbiosynthesehemmern. Dafür wurde bei adulten Ratten ein fokales SHT induziert. Anschließend wurden in zwei Therapiegruppen zwei unterschiedlich wirkende Leukotrieninhibitoren mehrmalig oral verabreicht und die Ausprägung des SHTs nach 24 bzw. 72 Stunden mittels Magnetresonanztomographie (MRT) und immunhistochemischen Aufarbeitung der Hirne mit einer nicht therapierten Kontrollgruppe verglichen. Bei einem dieser LT-Inhibitoren handelte es sich um ein Weihrauchpräparat, das als Nahrungsergänzungsmittel bereits zu erhalten ist und somit auch potentiell am Menschen zur Anwendung kommen kann. Die Ergebnisse waren vielversprechend und zeigten in beiden Therapiegruppen ein verringertes Kontusionsvolumen im MRT und immunhistochemisch einen geringeren Verlust von Neuronen im perikontusionellen Bereich. Somit scheinen Leukotriene einen Anteil an den sekundären Schädigungsprozessen nach SHT zu tragen. Weitere Untersuchungen, vor allem bezüglich eines eventuell verbesserten klinischen Outcome durch Leukotrienbiosynthesehemmung, erscheinen sinnvoll um den potentiellen Einsatz von LT-Synthesehemmstoffen in der Therapie des SHT in Erwägung ziehen zu können.:1. Abkürzungsverzeichnis 2. Bibliographische Beschreibung 3. Einleitung: Schädel-Hirn-Trauma 3.1. Einteilung 3.2. Epidemiologie 3.3 Klinik und Therapie 3.4 Posttraumatisches Hirnödem 3.5 Experimentelles Schädel-Hirn-Trauma 3.6 Leukotriene, MK886 und Boscari 4. Originalpublikation 5. Zusammenfassung der Arbeit 6. Referenzen 7. Anlagen 7.1 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 7.3 Danksagung

Untersucht wurde die mögliche Rolle von Adenosin-5´-Triphosphat (ATP) als extrazelluläres Signalmolekül im Neostriatum der Ratte. Zum Einsatz kam die patch-clamp Methode, adaptiert für Ableitungen aus akuten Hirnschnitten. Bereits bekannt war, dass ATP exzitatorische postsynaptische Ströme an GABAergen, striatalen Projektionsneuronen („medium spiny“ Neurone) hemmen konnte. Nun sollten die verantwortlichen Mechanismen hinter diesem Effekt aufgeklärt werden. Es zeigte sich, dass exogen zugeführtes ATP zunächst zu Adenosin metabolisiert werden musste, um seine Wirkung ausüben zu können. Ein Teil dieses Effektes war, vermittelt über präsynaptische Adenosin A1-Rezeptoren, einer Hemmung der striatalen Glutamat-Freisetzung geschuldet. Neu war, dass auch die „medium spiny“ Neurone selbst funktionelle A1-Rezeptoren exprimierten. Aktiviert durch lokal gebildetes Adenosin vermittelten diese eine Hemmung der Leitfähigkeit von Glutamat-Rezeptoren des N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) Subtyps. Unter physiologischen Bedingungen mag dieser Mechanismus der Begrenzung der Informationsweiterleitung über die GABAergen Projektionsneurone dienen. Striataler Glutamat-Exzess mit Überaktivierung von NMDA-Rezeptoren ist ein Charakteristikum der Huntington´schen Erkrankung. Eine Adressierung der A1 Rezeptoren als therapeutische Option im Rahmen dieser Basalganglienerkrankung scheint daher prinzipiell möglich.

Spectral karyotyping (SKY) is a widely used methodology to identify genetic aberrations. Multicolor fluorescence in situ hybridization using chromosome painting probes in individual colors for all metaphase chromosomes at once is combined with a unique spectral measurement and analysis system to automatically classify normal and aberrant chromosomes. Based on countless studies and investigations in many laboratories worldwide, numerous new chromosome translocations and other aberrations have been identified in clinical and tumor cytogenetics. Thus, gene identification studies have been facilitated resulting in the dissection of tumor development and progression. For example, different translocation partners of the TEL/ETV6 transcription factor that is specially required for hematopoiesis within the bone marrow were identified. Also, the correct classification of complex karyotypes of solid tumors supports the prognostication of cancer patients. Important accomplishments for patients with genetic diseases, leukemias and lymphomas, mesenchymal tumors and solid cancers are summarized and exemplified. Furthermore, studies of disease mechanisms such as centromeric DNA breakage, DNA double strand break repair, telomere shortening and radiation-induced neoplastic transformation have been accompanied by SKY analyses. Besides the hybridization of human chromosomes, mouse karyotyping has also contributed to the comprehensive characterization of mouse models of human disease and for gene therapy studies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In this thesis the optical method of Near-Infrared-Spectroscopy (NIRS) is evaluated with regards to its capability of non-invasive detection of Leão´s cortical spreading depression (CSD) and spontaneous peri-infarct-depolarizations (PID). With the NIR-spectrometer NIRO 500 (Hamamatsu, Japan) regional cerebral oxy-genation (rCBO) changes were measured during CSD in 9, and during PID in 10 barbiturate anesthatized rats. The method if NIRS that relies on oxygen-dependent absorption changes of hemo-globin and cytochrome oxydase as well as the high penetrability of biologic tissues for light in the range between 700 and 1000 nm proved suitable to detect and to distinguish both CSD and PID experimentally. This distinction relies on the robust decrease of deoxy- and increase of oxyhemo-globin concentrations (i.e. a relative hyperoxemia) during CSD while PID is cha-racterized by an initial increase of deoxy- and decrease of oxyhemoglobin (relative hypooxemia). Despite the profound anatomical differences between gyrencephalic humans and lyssencephalic rats, the observed patterns of rCBO changes may guide the inter-pretation of future NIRS measurements in patients with migraines with aura (CSD) or stroke (PID). However, for concentration changes of oxydized cytochrome aa3 with its low con-centration compared to the hemoglobins, the pathophysiological interpretation of the data obtained with NIRO 500 is confounded by the limits of attenuation mea-surements at only four wavelengths. A validation of the cytochrome oxydase signal and an improved quantification of all concentration changes is highly desirable and may be achieved by employment of a continuous-wavelength device measuring the full spectral range of the near infrared. It would also allow to measure the mean optical pathlength in the highly scattering tissue and to correct for its physiologically occuring changes e.g. by measurements at the water absorption peak. Similar improvements would enhance the value of the method for further physiolo-gical and pathophysiological studies because NIRS provides the unique opportu-nity to obtain simultaneous data on blood oxygenation as well as the redox state of the mitochondrial cytochrome oxydase.

Funktionelle bildgebende Verfahren des Gehirns messen Veränderungen des lokalen cerebralen Blutflusses bzw. der Oxygenierung, die an neuronale Aktivität gekoppelt sind, und nicht die neuronale Aktivität selbst. Diese Veränderungen breiten sich über ein größeres Areal aus als die neuronale Aktivität, das räumliche Auflösungsvermögen der bildgebenden Verfahren bleibt daher begrenzt. Es ist vorgeschlagen worden, dass der Sauerstoffverbrauch unter neuronaler Aktivierung vor dem Blutfluss ansteige. Ein initial steigender Sauerstoffverbrauch würde dann eine Deoxygenierung des Gewebes bewirken, diese bliebe exakt auf das Aeral neuronaler Aktivität beschränkt und liesse sich mit bildgebenden Verfahren darstellen, die die lokale Oxygenierung messen. Um die Hypothese der initialen Deoxygenierung zu überprüfen führten wir Messungen der intravaskulären Sauerstoffkonzentration mittels Phosphorescence Quenching im somatosensorischen Kortex von Ratten unter physiologischer Stimulation (mechanische Auslenkung der Barthaare) durch. Die Tiere wurden mit Chloralose/Urethan anästhesiert und ein kranielles Fenster über dem somatosensorischen Kortex präpariert. Der Zeitverlauf der intravaskulären Sauerstoffkonzentration unter 4s-Stimulation eines einzelnen bzw. aller Barthaare zeigte eine nach ca. 1-1,5s beginnende Hyperoxygenierung, die ihr Maximum etwa 1-1,5s nach Ende der Stimulation erreichte. Es folgte ein gering ausgeprägter post-stimulus-undershoot. Eine reproduzierbare initiale Deoxygenierung liess sich nicht nachweisen. Diese Ergebnisse sind vereinbar mit einer engen Kopplung des lokalen cerebralen Blutflusses an die neuronale Aktivität während der gesamten Stimulationsdauer. / Functional brain imaging techniques such as fMRI or PET measure regional changes in cerebral blood flow and oxygenation related to neuronal activity rather than neuronal activity itself. These changes are believed to spread over a larger area than the neuronal activity thus limiting spatial resolution of imaging techniques. It has been suggested that oxygen consumption increases before blood flow in the region of increased activity. An increased oxygen consumption would lead to an initial deoxygenation limited exactly to the aera of neuronal activity thus providing a signal detectable with techniques measuring blood oxygenation (e.g. BOLD-fMRI). To test the hypothesis of an initial deoxygenation we performed measurements of intravascular oxygen concentration in the somatosensory cortex of rats in response to a physiological stimulus (whisker deflection) using oxygen dependent phosphorescence quenching. Animals were anesthetized with chloralose/urethane and a closed cranial window was implanted over the somatosensory cortex. Timecourses of intravascular oxygen concentration during 4s single-whisker as well as whole pad deflection showed a hyperoxygenation beginning 1-1,5s second after stimulatin onset and peaking one second after the end of the stimulation. A small post-stimulus undershoot was observed. We did not reproducibly detect an initial deoxygenation. These results indicate tight coupling between neuronal activity and cerebral blood flow throughout the stimulation period.

Ratten verwenden Schnurrhaare (Vibrissen) zur Berührungswahrnehmung, und die Leitungsbahn von den Vibrissen zum primären somatosensorischen Areal (Barrel Cortex, BC) ist gut untersucht. Ratten zeigen auch vielfältiges Sozialverhalten, u.a. Berührung von Artgenossen mit ihren Vibrissen. Es ist jedoch unbekannt, wie diese sozialen Berührungssignale im Gehirn repräsentiert sind. Deshalb hatte die vorliegende Studie zum Ziel, die neuronale Repräsentation von sozialen Berührungen im BC zu untersuchen und mit anderer somatosensorischer Stimulation zu vergleichen. Mit extrazellulären Einzelzellableitungen in sich frei bewegenden Ratten habe ich gezeigt, dass die Aktivität eines Großteils von Neuronen im BC durch soziale Berührungen moduliert wird. Antworten waren meist erregend und Feuerraten während sozialer Interaktionen unterschieden sich zwischen kortikalen Schichten. Ratten bevorzugten Interaktionen mit Artgenossen gegenüber unbelebten Stimuli. Auch die Berührungsstrategien unterschieden sich, dabei wurden Objekte mit regelmäßigeren Bewegungen abgetastet, und die Vibrissen weiter vorgestreckt. Neuronale Antworten unterschieden sich ebenso, mit leicht aber konsistent schwächeren Antworten auf Objekte. Interessanterweise habe ich geschlechtsspezifische Unterschiede in neuronalen Antworten beobachtet. Der ausgeprägteste war die stärkere Modulation regulär-feuernder (RF) Zellen in Männchen während sozialer Berührungen. Dieser Unterschied konnte nicht mit sozialem Berührungsverhalten erklärt werden, was eventuell auf eine neurale Grundlage dieser Differenz hindeutet. Zudem feuerten RF-Zellen von Weibchen deutlich seltener, wenn das Weibchen im Östrus war. Zusammenfassend ist dies die erste Studie, die soziale Signale in einem primären sensorischen Areal bei sich frei bewegenden Tieren auf zellulärer Ebene untersuchte. Sie legt nahe, dass die Repräsentationen sensorischer Hirnrinde weniger stimulusabhängig und stärker top-down-moduliert sein könnten, als zuvor angenommen. / Rats use their stiff facial hairs (whiskers) for somatosensation, and the pathway from the whiskers to the primary somatosensory cortex (barrel cortex, BC) is well known. Rats also show diverse social behaviors, including touch of conspecifics with their whiskers. The representation of these social touch signals in the brain is however unknown. Thus, the present study aimed at characterizing the neuronal representation of social touch signals in BC and comparing them with non-social somatosensory stimulation. Using extracellular single-cell recordings in freely-moving rats, I could show that the activity of a large fraction of BC neurons is modulated by social touch. Responses were typically excitatory and the pattern of firing rates during interactions differed between cortical layers. Rats preferred interactions with alive conspecifics over inanimate stimuli. Whisking strategies also differed in that inanimate stimuli were whisked at with more regular movements from more protracted set angles. Neuronal responses were also different, such that objects elicited slightly but consistently weaker responses than alive rats. Interestingly, I observed sex-specific differences in neuronal responses. Prominently, there was stronger modulation by social touch in regular-spikers (RS) recorded from males. This could not be explained by behavioral measures, possibly indicating a neural origin of this difference. Further, RS from females fired much more weakly when females were in estrus. In summary, this is the first study that investigated social signals in a primary sensory area of freely-moving animals at the cellular level. It suggests that representations in sensory cortices might be less stimulus-driven and more top-down modulated than previously thought.