Asiatische Elefanten, Afrikanische Elefanten und Klippschliefer gehören zur phylogenetisch sehr alten Gruppe der Afrotheria, welche sich bereits vor 100 Millionen Jahren von anderen Vertretern der Mammalia abgespaltet haben. Die Vertreter dieser Spezies zeichnen sich durch Besonderheiten in ihrer Vokalisation und Kommunikation aus, welche die Verwendung von Infraschallfrequenzen der Elefanten und die Gesänge der Klippschliefer umfassen. Auf neuroanatomischer Ebene spiegeln sich durch bestimmte Spezies wahrnehmbare Frequenzbereiche in der spezifischen Ausbildung auditorischer Kerngebiete wie der Kochleariskerne (CN) und des Komplexes der oberen Olive (SOC) wider. Diese Kerngebietskomplexe befinden sich im Hirnstamm und erfüllen die Funktion der Schallverarbeitung und -lokalisation durch komplexe Mikrokreisläufe, was für in freier Wildbahn lebende Tiere unerlässlich ist. Die Kerngebiete des zentralen auditorischen Systems sind besonders reich an perineuronalen Netzen (PN), einer Sonderform der extrazellulären Matrix im Gehirn, welche in Zusammenhang mit einer schnellen synaptischen Übertragung und Stabilisierung synaptischer Kontakte gebracht wird. PNs bilden sich bei Nesthockern erst zu Beginn der kritischen Periode, welche mit dem Beginn der Wahrnehmung akustischer Signale einhergeht aus, (bei Maus und Ratte circa zum Ende der ersten postnatalen Woche). Dementsprechend wird den PNs auch eine wichtige Rolle in der Synaptogenese zugesprochen. Bislang gibt es keine Studien über die Ausprägung von PNs bei nestflüchtenden Tieren zum Zeitpunkt der Geburt. Die Ziele dieser Arbeit waren die Darstellung, Identifikation und Charakterisierung der Kerngebiete des auditorischen Hirnstammes sowie der Nachweis perineuronaler Netze und deren Charakterisierung, insbesondere beim neonatalen Elefanten. Die Ergebnisse galt es im Speziesvergleich und im Kontext des aktuellen Wissensstandes darzustellen. Dafür wurden die Gehirne von drei verstorbenen Elefanten im Alter von 0 Tagen bis eineinhalb Jahren und die Gehirne eines adulten und eines juvenilen Klippschliefers mittels histologischer und immunhistochemischer Methoden bearbeitet. Es kamen sowohl Fluoreszenfärbungen als auch Markierungen mithilfe der klassischen ABC-Methode (DAB-Nickelfärbungen) sowie eine kombinierte Klüver-Barrera-Markscheiden- und Nissl-Färbung zum Einsatz. Da für die Identifikation der auditorischen Kerngebiete weder für den Klippschliefer, noch für den Elefanten geeignete Publikationen oder Atlanten existieren, erfolgte deren Analyse und Zuordnung im Speziesvergleich mit Ratte, Katze, Rhesusaffe und Mensch. Die CN der untersuchten Spezies konnten identifiziert und das Zusammenspiel von Neuronen, Synapsen und perineuronalen Netzen dargestellt werden. Eine Besonderheit stellt der Nachweis von Oktopuszellen beim Elefanten dar, die sich in dorsolateraler Lage am Rande des Hirnstammes markieren ließen und eine typische tentakelartige Morphologie ihrer Dendriten aufzeigten. Charakteristische Büschelzellen im Nucleus cochlearis ventralis gingen bei allen untersuchten Tieren mit einem deutlich ausgeprägten Nucleus medialis olivae superioris (MSO) einher, der Signale dieser Zellen empfängt und für eine binaurale Integration zur Ermittlung des Schallursprunges verantwortlich ist. Lateral des MSO konnte ein weniger stark ausgeprägter Nucleus lateralis olivae superioris (LSO) markiert und zugeordnet werden, der ebenfalls an der Berechnung des Schallursprunges beteiligt ist, diese Aufgabe aber vornehmlich anhand hoher Frequenzen bewerkstelligt. Der Vergleich der Ausprägung von LSO und MSO bestärken beim Elefanten, einem tieffrequent hörenden Tier, die Hypothese zu dessen Fähigkeit zur Schallortung durch interaurale Zeitunterschiede (ITD) tiefer Frequenzen und lassen beim Klippschliefer die Vermutung aufkommen, dass auch diese Tierart den Schallursprung anhand von tiefen Frequenzen berechnet. Die Berechnung des ITD im Gehirn ist möglich, wenn die Geräuschquelle seitlich auf den Kopf auftrifft und somit ein Wellenmaximum die Ohren zeitversetzt erreicht. Weitere Kerngebiete des Komplexes der oberen Olive, zu dem auch MSO und LSO gehören, konnten charakterisiert werden: der Nucleus corporis trapezoidei medialis (MNTB) fiel sowohl durch seinen glutamatergen Signaleingang in Form einer Riesensynapse beim Elefanten als auch durch seine intensive Netzmarkierung auf, unterschied sich jedoch bei Klippschliefer und Elefant erheblich. Während der MNTB des Elefanten Ähnlichkeiten mit dem Menschen aufwies und nur aus wenigen Prinzipalneuronen bestand, zeichnet sich der Klippschliefer durch die Prominenz dieses Kerngebietes mit einer gewissen Ähnlichkeit zur Mongolischen Rennmaus aus. Riesensynapsen konnte mit der verwendeten Auswahl an Antikörpern nicht dargestellt werden. Außerdem wurden kleinere, sogenannte perioliväre Kerngebiete bei den untersuchten Spezies charakterisiert, die zwar schon im Jahr 1909 von Ramon y Cajal beschrieben worden sind, deren Funktionen jedoch bis heute nicht eindeutig geklärt werden konnten. Die Charakteristika der Kerngebiete des auditorischen Hirnstammes konnten bei allen untersuchten Spezies aufgezeigt werden, wichtige Orientierungspunkte im Hirnstamm des Elefanten neu definiert werden und erstmals gelang der Nachweis für die Existenz perineuronaler Netze bei einem nestflüchtenden Neugeborenen. Zusammenfassend können die auditorischen Kerngebiete der untersuchten Spezies als säugetiertypisch eingeordnet werden und erste Hinweise auf den Hörbereich des Klippschliefers ermittelt werden. Es wurden sowohl Ähnlichkeiten zwischen den Vertretern der Afrotheria aufgezeigt als auch Unterschiede bewertet, die höchstwahrscheinlich nicht auf der phylogenetischen Herkunft dieser Tiere beruhen.:1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Afrotheria 2.1.1 Elephantidae 2.1.2 Hyracoideae/ Procaviidae 2.2 Schallverarbeitung im zentralen Nervensystem 2.2.1 Grundlagen zur neuronalen Kodierung des perzipierten Schalls 2.2.2 Nomenklatur 2.2.3 Die Kerngebiete des zentralen auditorischen Systems und deren Funktion 2.2.4 Schalllokalisation 2.3 Die extrazelluläre Matrix des Nervensystems 2.3.1 Perineuronale Netze: Aufbau und Visualisierung 2.3.2 Vorkommen, Evolution und Entwicklung perineuronaler Netze 2.3.3 Potentielle Funktionen perineuronaler Netze 3. Tiere, Material, Methoden 3.1 Material 3.1.1Chemikalien 3.1.2 Puffer und Lösungen 3.1.3 Antikörper 3.1.4 Geräte und Verbrauchsmaterialien 3.1.5 Tiere und Gewebe 3.2 Methoden, Schnittverfahren und Färbungen 3.2.1 Gehirnentnahme und Nachfixierung 3.2.2 Anfertigung der Schnittserien 3.2.3 Übersichtsfärbungen und anatomische Eingrenzung 3.2.4 Antigendemaskierung 3.2.5 Immunhistochemie 3.2.6 Nachbehandlung mit Sudan-Schwarz-B 3.2.7 Fotodokumentation 4. Ergebnisse 4.1 Makroskopische und mikroskopische Orientierung im Hirnstamm des Elefanten 4.2 Immunhistochemie: Antikörperreaktivität im Gehirn des Elefanten 4.3 Identifikation der Kerngebiete des zentralen auditorischen Systems des Elefanten 4.3.1 Nuclei cochleares des Elefanten 4.3.2 Komplex der oberen Olive des Elefanten 4.4 Makroskopische und mikroskopische Orientierung im Hirnstamm des Klippschliefers 4.5 Immunhistochemie: Antikörperreaktivität im Gehirn des Klippschliefers 4.6 Identifikation der Kerngebiete des zentralen auditorischen Systems des Klippschliefers 4.6.1 Nuclei cochleares des Klippschliefers 4.6.2 Der Komplex der oberen Olive des Klippschliefers 5. Diskussion 5.1 Identifikation der Kerngebiete des zentralen Auditorischen Systems des Elefanten 5.1.1 Nuclei cochleares 5.1.2 Komplex der oberen Olive 5.2 Perineuronale Netze im zentralen auditorischen System des Elefanten 5.3 Die Auditorischen Kerngebiete des Klippschliefers 5.4 Vergleich der zentralen auditorischen Kerngebeite und Perineuronalen Netze von Klippschliefer und Elefant 5.5 Limitationen und Fehlerbetrachtung 5.6 Ausblick 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis 9. Anhang 9.1 Tabellenverzeichnis 9.2 Abbildungsverzeichnis 9.3 Protokolle

In der vorliegenden Arbeit sind physiologische und anatomische Auswirkungen einer Lärmexposition auf subcortikale Strukturen des zentralen auditorischen Systems zu unterschiedlichen Zeitpunkten posttraumatisch untersucht worden. Dabei sollte zwischen akuten (TTS-Gruppe) und langfristigen Effekten (PTS-Gruppe) unterschieden werden. Normalhörende Mäuse wurden für 3 Stunden mit einem Bandrauschen (5-20 kHz) bei 115 dB SPL beschallt und mittels Hirnstammaudiometrie der Hörverlust bestimmt. In der TTS- und der PTS-Gruppe lag im Vergleich zur Kontrolle eine signifikante Hörschwellenverschiebung mit einem höheren Hörverlust in der TTS-Gruppe vor. Zur Untersuchung zentraler Veränderungen wurden neuronale Spontanaktivitäten mittels Einzelzellableitungen im Hirnschnitt ermittelt. Weiterhin sind histologisch die Zelldichten in den Versuchsgruppen bestimmt worden. Außerdem wurde ein manganverstärktes MRT durchgeführt, um die calciumabhängige Aktivität darzustellen. Die untersuchten auditorischen Strukturen waren der Nucleus cochlearis (CN), der inferiore Colliculus (IC) und der mediale Kniehöckers (MGB). Die Ergebnisse zeigen, dass es einen Unterschied in den akuten und langfristigen Auswirkungen einer Lärmexposition gibt. In der TTS-Gruppe sind ausschließlich die Kerngebiete des CN im Hirnstamm betroffen, was auf direkte Einwirkungen der Lärmexposition hindeutet und akute toxische Exzitation im Gewebe auslösen kann. In der PTS-Gruppe treten physiologische und anatomische Veränderung in höheren Strukturen der Hörbahn auf. Dabei kann es sich sowohl um späte direkte Lärmauswirkungen als auch um plastische Veränderungen handeln, die durch die lärminduzierte Deprivation ausgelöst wurden. Einerseits kommt es zu einem dramatischen Zellverlust in den untersuchten Gebieten. Zum anderen steigt die calciumabhängige Aktivität in einigen Strukturen stark an. Dies kann sowohl durch veränderte neuronale Aktivitätsmuster, aber auch durch plastische und neurodegenerative Prozesse bedingt sein. / In the present study, noise-induced physiological and anatomical changes in subcortical structures of the central auditory system were investigated at different posttraumatic stages. Thus, it should be distinguished between acute (TTS group) and long-term (PTS group) effects of noise damage. Normal hearing mice were exposed to a band noise (5-20 kHz) for 3 hours at 115 dB SPL. Auditory brainstem responses were measured to determine the produced hearing loss. A significant threshold shift was detectable in the TTS as well as in the PTS group. This effect was greater in TTS animals. To investigate central changes, neuronal spontaneous activities were recorded from single units in brain slices. Further, cell densities were determined by histological techniques. In addition, calcium dependent activity was measured using manganese enhanced MRI. Investigations were carried out in central auditory structures of the cochlear nucleus (CN), the inferior colliculus (IC) and the medial geniculate body (MGB). The results demonstrate a difference in acute and long-term effects of noise exposure. In the TTS group, only the CN in the brainstem was affected, indicating a direct noise impact leading to acute excitotoxicity. In the PTS group, physiological and anatomical changes could also be observed in higher structures of the auditory pathway. The effects can be related to long-lasting noise damage as well as neural plasticity caused by deprivation of auditory input. The results show a dramatic cell loss within the investigated structures. Further, there is an increase in calcium dependent activity in several auditory brain regions which can be caused by changes in neuronal activity patterns, neuroplasticity and neurodegenerative processes.