TY  - THES
A1  - Jenett, Arnim
T1  - The Virtual Insect Brain Protocol : development and application of software for the standardization of neuroanatomy
T1  - Das Virtual Insect Brain Protocol
N2  - Since the fruit fly Drosophila melanogaster entered the laboratories as a model organism, new genetic, physiological, molecular and behavioral techniques for the functional analysis of the brain rapidly accumulated. Nowadays this concerted assault obtains its main thrust form Gal4 expression patterns that can be visualized and provide the means for manipulating -in unrestrained animals- groups of neurons of the brain. To take advantage of these patterns one needs to know their anatomy. This thesis describes the Virtual Insect Brain (VIB) protocol, a software package for the quantitative assessment, comparison, and presentation of neuroanatomical data. It is based on the 3D-reconstruction and visualization software Amira (Mercury Inc.). Its main part is a standardization procedure which aligns individual 3D images (series of virtual sections obtained by confocal microscopy) to a common coordinate system and computes average intensities for each voxel (volume pixel). The VIB protocol facilitates direct comparison of gene expression patterns and describes their interindividual variability. It provides volumetry of brain regions and helps to characterize the phenotypes of brain structure mutants. Using the VIB protocol does not require any programming skills since all operations are carried out at a (near to) self-explanatory graphical user interface. Although the VIB protocol has been developed for the standardization of Drosophila neuroanatomy, the program structure can be used for the standardization of other 3D structures as well. Standardizing brains and gene expression patterns is a new approach to biological shape and its variability. Using the VIB protocol consequently may help to integrate knowledge on the correlation of form and function of the insect brain. The VIB protocol provides a first set of tools supporting this endeavor in Drosophila. The software is freely available at http://www.neurofly.de.
N2  - Seitdem die Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus Einzug in die Forschung erhalten hat, sammeln sich mehr und mehr genetische, physiologische und molekulare Techniken für die Funktionsanalyse des Gehirns an. Diese beruhen heutzutage meist auf Gal4 Expressionsmustern, die sichtbar gemacht werden können und eine gezielte Manipulierung von definierten Zellgruppen ermöglichen. Um Ergebnisse verschiedener Untersuchungen miteinander in Beziehung setzen zu können, muss man jedoch die typische Anatomie der zugrunde liegenden Expressionsmuster kennen. Diese Arbeit beschreibt das Virtual Insect Brain (VIB) Protokoll, eine Software für die Darstellung, die quantitative Einschätzung und den Vergleich von neuroanatomischen Daten, sowie einige exemplarische Anwendungen des VIB Protokolls. Die Software basiert auf der 3D-Rekonstruktions- und der Visualisierungs-Software Amira (Mercury Inc.). Sein Hauptbestandteil ist ein Normierungverfahren, das 3D-Bild-Stapel (Folgen virtueller Schnittbilder, erhalten durch konfokale Mikroskopie) auf ein gemeinsames Koordinatensystem abbildet und für jedes Voxel (dreidimensionaler Bildpunkt) die durchschnittliche Intensität berechnet. Das VIB Protokoll erleichtert dadurch den direkten Vergleich von Expressionsmustern und beschreibt ihre interindividuelle Variabilität. Es liefert volumetrische Messungen zu definierten Gehirnregionen und hilft, die durch Mutation entstehenden Veränderungen der Gehirnstruktur zu erkennen. Das Verwenden des VIB Protokolls erfordert keinerlei Programmierkenntnisse, da alle Vorgänge auf einer selbsterklärenden graphischen Benutzeroberfläche ausgeführt werden können. Obgleich das VIB Protokoll für die Normierung der Neuroanatomy von Taufliegen entwickelt worden ist, kann die Programmstruktur auch für die Normierung anderer 3D-Strukturen benutzt werden. Gehirne und Expressionsmuster zu standardisieren ist ein neuer Ansatz die Variabilität der Neuroanatomie zu hinterfragen. Bei konsequenter Verwendung kann das VIB Protokoll helfen Wissen über Form und Funktion des Insektengehirns zu miteinander zu vernetzen. Das VIB Protokoll liefert einen ersten Satz Werkzeuge, die diese Bemühung in der Taufliege ermöglichen. Die Software kann kostenfrei von http://www.neurofly.de herunter geladen werden.
KW  - Taufliege
KW  - Gehirn
KW  - Neuroanatomie
KW  - Software
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Standardgehirn
KW  - Neuroanatomie
KW  - VIB
KW  - standardization
KW  - software
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22297
ER  - 
TY  - THES
A1  - Königer, Tobias
T1  - The Vessel Wall and Beyond: Characterization of Myeloid Progenitors in the Adult Mouse Brain
T1  - Die Gefäßwand und darüber hinaus: Charakterisierung myeloider Vorläufer im adulten Mäusehirn
N2  - After almost two decades of extensive research, some controversy has remained regarding the self-renewal of resident macrophages of the central nervous system (CNS). Concurrently, the vessel wall has emerged as a potentially ubiquitous niche for stem and progenitor cells, including committed macrophage precursors. It is conceivable that their occurrence in the CNS might explain the brain-resident hematopoietic potential, which has repeatedly been observed but not yet characterized in detail. In this work, the presence of hematopoietic progenitors inside and outside the vessel wall was studied in the adult mouse brain, as well as their possible contribution to the resident macrophage pool. An immunohistological analysis did not corroborate CD45+ SCA-1+ macrophage progenitors, which have been characterized in peripheral arteries, in the circle of Willis. Accordingly, the ex vivo culture of CNS vessels did not provide evidence for de novo formation of macrophages, but for the extensive proliferative capacity of mature cells. However, when analyzing whole brain suspensions in colony-forming unit (CFU) assays, rare Iba1- Cx3cr1- (immature) clonogenic cells were detected, which were enriched at the cerebral surface/meninges and differentiated into macrophages in culture. Intravenous antibody injection and cell sorting confirmed their residence behind the blood-brain barrier. Intriguingly, brain-derived CFUs produced a unique pattern of colony types compared to cells from bone marrow (BM) or blood. Still they displayed the same immunophenotype as BM-resident myeloid progenitors (CD45lo, LIN-, SCA-1-, IL7Rα-, c-KIT+) and could be further stratified into a progenitor hierarchy giving rise to all erythro-myeloid cell types in vitro. This similarity was substantiated by labeling of their progeny in Flt3Cre x Rosa26mT/mG mice, which indicated a descendance from hematopoietic stem cells. While forced repopulation of brain macrophages using the CSF-1R inhibitor PLX5622 did not point to a role of progenitors in in vivo microglia/macrophage maintenance, recent advances in hematology imply that they might be involved in CNS immunosurveillance. In conclusion, though there was no evidence for adventitial macrophage precursors in the CNS, this study confirms the presence of myeloid progenitors in the adult brain and provides the anatomical and phenotypical details necessary to elucidate their relevance in neuroinflammation.
N2  - Nach fast zwei Jahrzehnten intensiver Forschung wird der Selbsterhalt residenter Makrophagen im zentralen Nervensystem (ZNS) immer noch kontrovers diskutiert. Gleichzeitig hat sich die Gefäßwand als eine potentiell ubiquitäre Nische für Stamm- und Vorläuferzellen herausgestellt, einschließlich determinierter Vorläufer für Makrophagen. Dass diese auch im ZNS vorhanden sind, könnte die wiederholten Berichte über hämatopoetisches Potenzial im Gehirn erklären, welches bisher nicht genau charakterisiert wurde. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Existenz hämatopoetischer Vorläuferzellen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Gefäßwände des Gehirns erwachsener Mäuse untersucht. Weiterhin wurde deren Beitrag zu residenten Makrophagen-Populationen überprüft. Eine immunhistologische Analyse konnte CD45+ SCA-1+ Makrophagen-Vorläufer, wie sie in peripheren Arterien beschrieben wurden, im Circulus arteriosus Willisii nicht bestätigen. Entsprechend lieferte die Kultur von ZNS-Gefäßen keine Hinweise auf eine Neubildung von Makrophagen, zeigte aber ein hohes Teilungsvermögen reifer Zellen auf. Allerdings wurden in colony-forming unit assays mit Hirnzellsuspensionen seltene Iba1- Cx3cr1- (unreife) klonogene Zellen detektiert, die im Bereich der Hirnhaut angereichert waren und in Kultur zu Makrophagen differenzierten. Eine intravenöse Antikörperinjektion und Zellsortierung belegten, dass sie sich hinter der Blut-Hirn-Schranke befanden. Klonogene Zellen des Hirns erzeugten ein eigentümliches Muster an Kolonietypen, welches sich von dem des Knochenmarks und des Blutes unterschied. Trotzdem glichen sie in ihrem Immunphänotyp myeloiden Vorläuferzellen des Knochenmarks (CD45lo, LIN-, SCA-1-, IL7Rα-, c-KIT+) und konnten weiter in eine Hierarchie von Vorläufern aufgespalten werden, die in vitro alle erythro-myeloiden Zelltypen hervorbrachte. Diese Ähnlichkeit wurde dadurch unterstrichen, dass ihre Nachkommen in Flt3Cre x Rosa26mT/mG Mäusen markiert wurden, was eine Abstammung von hämatopoetischen Stammzellen anzeigte. Während die induzierte Repopulation von Hirn-Makrophagen mit Hilfe des CSF-1R Inhibitors PLX5622 keine Vorläuferbeteiligung beim Erhalt von Mikroglia/Makrophagen in vivo vermuten ließ, deuten neue Erkenntnisse im Bereich der Hämatologie darauf hin, dass die beschriebenen Vorläufer in die immunologische Überwachung des ZNS involviert sein könnten. Wenngleich keine Anhaltspunkte für adventitielle Makrophagen-Vorläufer im ZNS gefunden wurden, bestätigt diese Arbeit die Existenz myeloider Vorläufer im adulten Hirn und liefert notwendige anatomische und phänotypische Informationen, um deren Bedeutung im Rahmen entzündlicher Prozesse des ZNS aufzuklären.
KW  - Gehirn
KW  - Vorläufer
KW  - Gefäßwand
KW  - Hirnhaut
KW  - Brain
KW  - Myeloid
KW  - Progenitor
KW  - Vessel wall
KW  - Meninges
KW  - Microglia
KW  - Depletion
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186465
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schindelin, Johannes
T1  - The standard brain of Drosophila melanogaster and its automatic segmentation
T1  - Das Standardgehirn von Drosophila melanogaster und seine automatische Segmentierung
N2  - In this thesis, I introduce the Virtual Brain Protocol, which facilitates applications of the Standard Brain of Drosophila melanogaster. By providing reliable and extensible tools for the handling of neuroanatomical data, this protocol simplifies and organizes the recurring tasks involved in these applications. It is demonstrated that this protocol can also be used to generate average brains, i.e. to combine recordings of several brains with the same features such that the common features are emphasized. One of the most important steps of the Virtual Insect Protocol is the aligning of newly recorded data sets with the Standard Brain. After presenting methods commonly applied in a biological or medical context to align two different recordings, it is evaluated to what extent this alignment can be automated. To that end, existing Image Processing techniques are assessed. I demonstrate that these techniques do not satisfy the requirements needed to guarantee sensible alignments between two brains. Then, I analyze what needs to be taken into account in order to formulate an algorithm which satisfies the needs of the protocol. In the last chapter, I derive such an algorithm using methods from Information Theory, which bases the technique on a solid mathematical foundation. I show how Bayesian Inference can be applied to enhance the results further. It is demonstrated that this approach yields good results on very noisy images, detecting apparent boundaries between structures. The same approach can be extended to take additional knowledge into account, e.g. the relative position of the anatomical structures and their shape. It is shown how this extension can be utilized to segment a newly recorded brain automatically.
N2  - In dieser Arbeit wird das Virtual Brain Protocol vorgestellt, das die Anwendungen rund um das Standardgehirn von \dm\ erleichtert. Durch das Bereitstellen robuster und erweiterbarer Werkzeuge zum Verarbeiten neuroanatomischer Datensätze ermöglicht es ein strukturiertes Abarbeiten der häufig benötigten Vorgänge im Zusammenhang mit der Arbeit mit dem Standardgehirn. Neben der Einpassung neuer Daten in das Standardgehirn kann dieses Protokoll auch dazu verwendet werden, sogenannte Durchschnittshirne zu erstellen; Aufnahmen mehrerer Hirne mit der gleichen zu zeigenden Eigenschaft können zu einem neuen Datensatz kombiniert werden, der die gemeinsamen Charakteristika hervorhebt. Einer der wichtigsten Schritte im Virtual Insect Protocol ist die Alignierung neuer Datensätze auf das Standardgehirn. Nachdem Methoden vorgestellt werden, die üblicherweise im biologischen oder medizinischen Umfeld angewendet werden, um Hirne aufeinander zu alignieren, wird evaluiert, inwiefern dieser Prozess automatisierbar ist. In der Folge werden diverse bildverarbeitende Methoden in dieser Hinsicht beurteilt. Es wird demonstriert, dass diese Verfahren den Anforderungen sinnvoller Alignierungen von Hirnen nicht genügen. Infolgedessen wird genauer analysiert, welche Umstände berücksichtigt werden müssen, um einen Algorithmus zu entwerfen, der diesen Anforderungen genügt. Im letzten Kapitel wird ein solcher Algorithmus mithilfe von Methoden aus der Informationstheorie hergeleitet, deren Verwendung das Verfahren auf eine solide mathematische Basis stellt. Es wird weiterhin gezeigt, wie Bayesische Inferenz angewendet werden kann, um die Ergebnisse darüber hinaus zu verbessern. Sodann wird demonstriert, daß dieser Algorithmus in stark verrauschten Bilddaten ohne zusätzliche Informationen Grenzen zwischen Strukturen erkennen kann, die mit den sichtbaren Grenzen gut übereinstimmen. Das Verfahren kann erweitert werden, um zusätzliche Informationen zu berücksichtigen, wie etwa die relative Position anatomischer Strukturen sowie deren Form. Es wird gezeigt, wie diese Erweiterung zur automatischen Segmentierung eines Hirnes verwendet werden kann.
KW  - Taufliege
KW  - Gehirn
KW  - Segmentierung
KW  - Bildverarbeitung
KW  - Drosophila
KW  - Segmentierung
KW  - Kantenerkennung
KW  - Statistik
KW  - Bildverarbeitung
KW  - Drosophila
KW  - segmentation
KW  - EdgeDetection
KW  - statistics
KW  - ImageProcessing
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15518
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Frerichs, K.
A1  - Sirèn, Anna-Leena
A1  - Feuerstein, G.
A1  - Hallenbeck, JM
T1  - The onset of postischemic hypoperfusion in rats is precipitous and may be controlled by local neurons
N2  - Background and Purpose: Reperfusion following transient global cerebral ischemia is characterized by an initial hyperemic phase, which precedes hypo perfusion. The pathogenesis of these flow derangements remains obscure. Our study investigates the dynamics of postischemic cerebral blood flow changes, with particular attention to the role of local neurons. Metho(Js: We assessed local cortical blood flow continuously by laser Doppler flowmetry to permit observation of any rapid flow changes after forebrain ischemia induced by four-vessel occlusion for 20 minutes in rats. To investigate the role of local cortical neurons in the regulation of any blood flow fluctuations, five rats received intracortical microinjections of a neurotoxin (10 p,g ibotenic acid in 1 p,1; 1.5-mm-depth parietal cortex) 24 hours before ischemia to induce selective and localized neuronal depletion in an area corresponding to the sampie volume of the laser Doppler probe (1 mm3 ). Local cerebral blood flow was measured within the injection site and at an adjacent control site. Results: Ischemia was followed by marked hyperemia (235 ±23% of control, n =7), followed by secondary hypoperfusion (45±3% of control, n=7). The transition from hyperemia to hypoperfusioo occurred not gradually but precipitously (maximal slope of flow decay: 66±6%/min; n=7). In ibotenic acid-injected rats, hyperemia was preserved at the injection site, but the sudden decline of blood flow was abolished (maximal slope of flow decay: 5±3%/min compared with 53±8%/min at the control site; n=5, p<O.OOI) and 00 significant hypoperfusion de\eloped (103±20% of control at 60 minutes). Conclusions: These data suggest that the rapid transition to cortical hypo perfusion after forebrain ischemia may be triggered locally by a neuronal mechanism but that this mechanism does not underlie the initial hyperemia.
KW  - Gehirn
KW  - Durchblutung
KW  - cerebral blood flow
KW  - cerebral ischemia
KW  - reperfusion
KW  - rats
Y1  - 1992
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47980
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kelber, Christina
T1  - The olfactory system of leafcutting ants: neuroanatomy and the correlation to social organization
T1  - Das olfaktorische System der Blattschneiderameisen: Neuroanatomie und Korrelation zur sozialen Organisation
N2  - In leaf-cutting ants (genera Atta and Acromyrmex), the worker caste exhibits a pronounced size-polymorphism, and division of labor is largely dependent on worker size (alloethism). Behavioral studies have shown a rich diversity of olfactory-guided behaviors, and the olfactory system seems to be highly developed and very sensitive. To allow fine-tuned behavioral responses to different tasks, adaptations within the olfactory system of different sized workers are expected. In a recent study, two different phenotypes of the antennal lobe of Atta vollenweideri workers were found: MG- and RG-phenotype (with and without a macroglomerulus, MG). The existence of the macroglomerulus is correlated to the body size of workers, with small workers showing the RG-phenotype and large workers showing the MG-phenotype. In the MG, the information about the releaser component of the trail-pheromone is processed. In the first part of my PhD-project, I focus on quantifying behavioral differences between different sized workers in Atta vollenweideri. The study analyzes the trail following behavior; which can be generally performed by all workers. An artificial trail consisting of the releaser component of the trail-pheromone in decreasing concentration was used to test the trail-following performance of individual workers. The trail-following performance of the polymorphic workers is depended of the existence of the MG in the antennal lobe. Workers possessing the MG-phenotype were significantly better in following a decreasing trail then workers showing the RG-phenotype. In the second part I address the question if there are more structural differences, besides the MG, in the olfactory system of different sized workers. Therefore I analyze whether the glomerular numbers are related to worker size. The antennal lobes of small workers contain ~390 glomeruli (low-number; LN-phenotype), and in large workers I found a substantially higher number of ~440 glomeruli (high-number; HN-phenotype). All LN-phenotype workers and some of the small HN-phenotype workers do not possess an MG (LN-RG-phenotype and HN-RG-phenotype) at all, whereas the remaining majority of HN-phenotype workers do possess an MG (HN-MG-phenotype). Mass-stainings of antennal olfactory receptor neurons revealed that the sensory tracts divide the antennal lobe into six clusters of glomeruli (T1-T6). In the T4-cluster ~50 glomeruli are missing in the LN-phenotype workers. Selective staining of single sensilla and their associated receptor neurons showed that T4-glomeruli are innervated by receptor neurons from the main type of olfactory sensilla, the Sensilla trichodea curvata which are also projecting to glomeruli in all other clusters. The other type of olfactory sensilla, the Sensilla basiconica, exclusively innervates T6-glomeruli. Quantitative analyses revealed a correlation between the number of Sensilla basiconica and the volume of T6 glomeruli in different sized workers. The results of both behavioral and neuroanatomical studies in Atta vollenweideri suggest that developmental plasticity of antennal-lobe phenotypes promotes differences in olfactory-guided behavior which may underlie task specialization within ant colonies. The last part of my project focuses on the evolutionary origin of the macroglomerulus and the number of glomeruli in the antennal lobe. I compared the number, volumes and position of the glomeruli of the antennal lobe of 25 different species from all three major Attini groups (lower, higher and leaf-cutting Attini). The antennal lobes of all investigated Attini comprise a high number of glomeruli (257-630). The highest number was found in Apterostigma cf. mayri. This species is at a basal position within the Attini phylogeny, and a high number of glomeruli might have been advantageous in the evolution of the advanced olfactory systems of this Taxa. The macroglomerulus can be found in all investigated leaf-cutting Attini, but in none of the lower and higher Attini species. It is found only in large workers, and is located close to the entrance of the antennal nerve in all investigated species. The results indicate that the presence of a macroglomerulus in large workers of leaf-cutting Attini is a derived overexpression of a trait in the polymorphic leaf-cutting species. It presumably represents an olfactory adaptation to elaborate foraging and mass recruitment systems, and adds to the complexity of division of labor and social organization known for this group.
N2  - Die Arbeiterinnenkaste der Blattschneideameisen zeigt einen ausgeprägten Größenpolymorphismus. Man findet hier einen Alloethismus; unterschiedlich große Arbeiterinnen führen verschiedene Arbeiten im Stock durch. Verschiedene Verhaltensversuche haben gezeigt, dass viele Verhaltensweisen der Arbeiterinnen olfaktorisch gesteuert werden und dass das olfaktorische System hoch entwickelt und sehr sensitiv ist. Es ist wahrscheinlich, dass sich im olfaktorischen System verschieden großer Arbeiterinnen Anpassungen finden lassen, die gut abgestimmte Verhaltensantworten auf die verschiedenen Aufgaben der Tiere ermöglichen. Und tatsächlich zeigt eine aktuelle Studie, dass zwei verschiedene Phänotypen des Antennallobus der Arbeiterin bei Atta vollenweideri existieren, der MG- und der RG-Phänotyp (mit oder ohne Makroglomerulus, MG). Die Existenz des Makroglomerulus kann mit der Körpergröße der Tiere korreliert werden: bei kleinen Arbeiterinnen findet man den RG-Phänotyp, bei großen den MG-Phänotyp. Im Makroglomerulus wird die olfaktorische Information über den verhaltensauslösenden Bestandteil des Spurpheromons verarbeitet. Im ersten Tel meiner Doktorarbeit versuche ich, Verhaltensunterschiede verschieden großer Atta vollenweideri Arbeiterinnen zu quantifizieren. Dazu konzentriere ich mich auf das Spurfolgeverhalten, dass bei Arbeiterinnen jeder Größe beobachtet werden kann. Um die Spurfolgeleistung einzelner Arbeiterinnen zu testen, wurde eine künstlich gelegte Spur mit abnehmender Konzentration des verhaltensauslösenden Bestandteils des Spurpheromons verwendet. Die Spurfolgeleistung der Arbeiterinnen hängt von der Existenz des Makroglomerulus im Antennallobus ab. Im zweiten Teil meiner Doktorarbeit untersuche ich die Neuroanatomie des olfaktorischen Systems bei verschieden großen Atta vollenweideri Arbeiterinnen auf eventuelle weitere anatomische Unterschiede neben dem Makroglomerulus – im Besonderen ob die Anzahl an Glomeruli bei verschieden großen Tieren unterschiedlich ist. Die Antennalloben kleiner Arbeiterinnen beinhalten cirka 390 Glomeruli (geringe Anzahl, LN-Phänotyp), die Antennalloben großer Arbeiterinnen dagegen cirka 440 Glomeruli (hohe Anzahl, HN-Phänotyp). Alle Arbeiterinnen mit dem LN-Phänotyp und einige mit dem HN-Phänotyp besitzen keinen Makroglomerulus (LN-RG-Phänotyp und HN-RG-Phänotyp). Die meisten Tiere mit HN-Phänotyp besitzen jedoch einen Makroglomerulus (HN-MG-Phänotyp). Massenfärbungen der olfaktorischen Rezeptorneuron-Axone zeigen, dass der Antennennerv sich in sechs Trakte teilt und so die Glomeruli in sechs verschiedene Glomerulicluster unterteilt werden können (T1-T6). Bei den Arbeiterinnen mit LN-Phänotyp fehlen cirka 50 Glomeruli im T4-Cluster. Einzelsensillenfärbungen zeigen, dass die Rezeptorneuronen der olfaktorischen Sensilla trichodea curvata alle sechs Cluster, also auch das T4-Cluster innervieren. Ein weiterer Sensillentyp, die Sensilla basiconica, innerviert ausschließlich Glomeruli im T6-Cluster. Quantitative Analysen ergeben eine Korrelation zwischen der Anzahl der Sensilla basiconica auf der Arbeiterinnenantenne und des durchschnittlichen Volumens der T6-Glomeruli bei verschieden großen Tieren. Die Ergebnisse der Verhaltensversuche und der neuroanatomischen Studien könnten darauf hinweisen, dass Unterschiede im Verhalten auf olfaktorische Reize möglicherweise durch die Entwicklungsplastizität der Antenallobus-Phänotypen ausgelöst werden. Dies könnte innerhalb der Kolonie die Grundlage der Spezialisierung von Arbeiterinnen auf bestimmte Arbeiten sein. Den letzten Teil meiner Doktorarbeit nimmt eine Untersuchung über den evolutionären Ursprung des Makroglomerulus und der Anzahl der Glomeruli im Antennallobus ein. Dazu verglich ich in den Antennalloben 25 verschiedener Arten aus den drei Attini-Gruppen (basale, höhere und blattschneidende Attini) die Anzahl, das Volumen und die Position der Glomeruli. Die Antennalloben aller untersuchten Arten bestehen aus sehr vielen Glomeruli (257-630). Der Makroglomerulus findet sich in allen untersuchten blattschneidenden Attini-Arten, aber nie in den untersuchten basalen und höheren Attini-Arten. Er findet sich nur bei größeren Arbeiterinnen und befindet sich immer in der Nähe des Antennennerveingangs. Dies bedeutet, dass es sich bei der Existenz des Makroglomerulus in den großen Blattschneidearbeiterinnen um eine abgeleitete Überexpression eines Merkmals innerhalb der polymorphen blattschneidenden Attini-Arten handelt. Der Makroglomerulus ist wahrscheinlich eine olfaktorische Anpassung an das hoch entwickelte Fouragier- und Rekrutiersystem dieser Arten. Er ist ein Baustein der komplexen Arbeitsteilung und der komplexen sozialen Organisation, die für die Arten dieser Gruppe bekannt sind.
KW  - Gehirn
KW  - Polymorphismus
KW  - Arbeitsteilung
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Antennallobus
KW  - Glomeruli
KW  - olfaktorische Rezeptorneurone
KW  - Brain
KW  - polymorphism
KW  - antennal lobe
KW  - glomeruli
KW  - dvision of labor
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47769
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hallenbeck, JM
A1  - Dutka, AJ
A1  - Kochanek, PM
A1  - Sirén, Anna-Leena
A1  - Pezeskpour, GH
A1  - Feuerstein, G.
T1  - Stroke risk factors prepare rat brainstem tissues for a modified localized Shwartzman reaction
N2  - Stroke risk factors such as hypertension, diabetes, advanced age, and genetic predisposition to stroke were demonstrated to prepare rat brainstem tissues for a modified local Shwartzman reaction. A single intracisternal injection of endotoxin provoked the reaction, and affected rats manifested neurologie deficits accompanied by pathologie lesions. Brainstem infarcts developed in only a small proportion of rats without recognized risk factors after intracisternal injection of endotoxin. Thus, stroke risk factors, whieh are ordinarily regarded as operating through acceleration of atherosclerosis, may predispose to brain ischemia by local effects on brain mierocirculation such as those thought to underlie preparation of a tissue for the local Shwartzman reaction.
KW  - Gehirn
KW  - Durchblutung
Y1  - 1988
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47971
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sirén, Anna-Leena
A1  - Heldman, Eliahu
A1  - Doron, David
A1  - Yue, Tian-Li
A1  - Liu, Yong
A1  - Feuerstein, G.
A1  - Hallenbeck, JM
T1  - Release of proinflammatory and prothrombbtic mediators in the brain and peripheral circulation in spontaneously hypertensive and normotensive Wistar-Kyoto rats
N2  - Background and Purpose: We reported previously that stroke risk factors prepared the brain stem for the development of ischemia and hemorrhage and induced the production of tumor necrosis factor following an intrathecal injection of Iipopolysaccharide, a prototypic monocyte-activating stimulus. This study evaluates whether blood or brain cells of hypertensive rats produce more proinflammatory and prothrombotic mediators than do blood or brain cells of normotensive rats. MethotJs: Levels of tumor necrosis factor, platelet-activating factor, 6-ketoprostaglandin F1a, and thromboxane B2 in the cerebrospinal fluid and blood of spontaneously hypertensive and normotensive Wistar-Kyoto rats were monitored before and after achallenge with Iipopolysaccharide. Results: Little or no activity from these media tors was found in the cerebrospinal fluid or blood of saline-injected control animals. Intravenous administration of Iipopolysaccharide (0.001, 0.1, and 1.8 mg/kg) produced dose-dependent increases in blood levels of all mediators in hypertensive rats. In normotensive rats the levels were less than in hypertensive rats and were not c1early dose-related. When Iipopolysaccharide was injected intracerebroventricularly, more tumor necrosis factor was measured in the cerebrospinal fluid than in the blood, suggesting local synthesis of this cytokine. Levels of tumor necrosis factor and platelet-activating factor in the cerebrospinal fluid were higher in hypertensive than in normotensive rats. The thromboxane A2/prostacyclin ratio was not aItered significantly between the two rat strains. Conclusions: It is suggested that the higher incidence of brain stem ischemia and hemorrhage after the intrathecal injection oflipopolysaccharide in hypertensive rats than in normotensive rats might be related to the higher levels of the two cytotoxic factors tumor necrosis factor and platelet-activating factor produced in response to such challenge.
KW  - Gehirn
KW  - Durchblutung
KW  - platelet-activating factor
KW  - prostacyclins
KW  - tumor necrosis factor
KW  - rats
Y1  - 1992
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47469
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zube, Christina
T1  - Neuronal representation and processing of chemosensory communication signals in the ant brain
N2  - Ants heavily rely on olfaction for communication and orientation and ant societies are characterized by caste- and sex-specific division of labor. Olfaction plays a key role in mediating caste-specific behaviours. I investigated whether caste- and sex-specific differences in odor driven behavior are reflected in specific differences and/or adaptations in the ant olfactory system. In particular, I asked the question whether in the carpenter ant, Camponotus floridanus, the olfactory pathway exhibits structural and/or functional adaptations to processing of pheromonal and general odors. To analyze neuroanatomical specializations, the central olfactory pathway in the brain of large (major) workers, small (minor) workers, virgin queens, and males of the carpenter ant C. floridanus was investigated using fluorescent tracing, immunocytochemistry, confocal microscopy and 3D-analyzes. For physiological analyzes of processing of pheromonal and non-pheromonal odors in the first odor processing neuropil , the antennal lobe (AL), calcium imaging of olfactory projection neurons (PNs) was applied. Although different in total glomerular volumes, the numbers of olfactory glomeruli in the ALs were similar across the female worker caste and in virgin queens. Here the AL contains up to ~460 olfactory glomeruli organized in 7 distinct clusters innervated via 7 antennal sensory tracts. The AL is divided into two hemispheres regarding innervations of glomeruli by PNs with axons leaving via a dual output pathway. This pathway consists of the medial (m) and lateral (l) antenno-cerebral tract (ACT) and connects the AL with the higher integration areas in the mushroom bodies (MB) and the lateral horn (LH). M- and l-ACT PNs differ in their target areas in the MB calyx and the LH. Three additional ACTs (mediolateral - ml) project to the lateral protocerebrum only. Males had ~45% fewer glomeruli compared to females and one of the seven sensory tracts was absent. Despite a substantially smaller number of glomeruli, males possess a dual PN output pathway to the MBs. In contrast to females, however, only a small number of glomeruli were innervated by projection neurons of the m-ACT. Whereas all glomeruli in males were densely innervated by serotonergic processes, glomeruli innervated by sensory tract six lacked serotonergic innervations in the female castes. It appears that differences in general glomerular organization are subtle among the female castes, but sex-specific differences in the number, connectivity and neuromodulatory innervations of glomeruli are substantial and likely to promote differences in olfactory behavior. Calcium imaging experiments to monitor pheromonal and non-pheromonal processing in the ant AL revealed that odor responses were reproducible and comparable across individuals. Calcium responses to both odor groups were very sensitive (10-11 dilution), and patterns from both groups were partly overlapping indicating that processing of both odor classes is not spatially segregated within the AL. Intensity response patterns to the pheromone components tested (trail pheromone: nerolic acid; alarm pheromone: n-undecane), in most cases, remained invariant over a wide range of intensities (7-8 log units), whereas patterns in response to general odors (heptanal, octanol) varied across intensities. Durations of calcium responses to stimulation with the trail pheromone component nerolic acid increased with increasing odor concentration indicating that odor quality is maintained by a stable pattern (concentration invariance) and intensity is mainly encoded in the response durations of calcium activities. For n-undecane and both general odors increasing response dynamics were only monitored in very few cases. In summary, this is the first detailed structure-function analyses within the ant’s central olfactory system. The results contribute to a better understanding of important aspects of odor processing and olfactory adaptations in an insect’s central olfactory system. Furthermore, this study serves as an excellent basis for future anatomical and/or physiological experiments.
N2  - Für Ameisen spielt die olfaktorische Kommunikation und Orientierung eine zentrale Rolle hinsichtlich der Organisation des Ameisenstaates. Ob sich kasten- und geschlechtsspezifische Verhaltensunterschiede auf neuronaler Ebene und besonders im olfaktorischen System der Ameise widerspiegeln ist die zentrale Frage meiner Arbeit. Im Speziellen stellte ich die Frage, ob sich in der olfaktorischen Bahn der Rossameise Camponotus floridanus strukturelle oder funktionelle Anpassungen an die Verarbeitung von Pheromonen und generellen Düften aufzeigen lassen. Zur Analyse hinsichtlich neuroanatomischer Spezialisierungen wurde die olfaktorische Bahn im Gehirn von großen und kleinen Arbeiterinnen, Jungköniginnen und Männchen der Rossameise C. floridanus mittels Fluoreszenzmassenfärbungen, Immunzytochemie, konfokaler Laserscanningmikroskopie und 3D-Auswertung untersucht. Um die Verarbeitung von Pheromonen und generellen Düften im primären olfaktorischen Neuropil, dem Antennallobus (AL), auf physiologischer Ebene zu charakterisieren wurden olfaktorische Projektionsneurone mittels Calcium Imaging untersucht. Obwohl sich das glomeruläre Gesamtvolumen der ALs zwischen Arbeiterinnenkasten und Jungköniginnen unterscheidet, lag die Gesamtzahl der Glomeruli im AL in einem ähnlichen Bereich. Der AL besteht in allen drei weiblichen Kasten aus bis zu 460 Glomeruli, die in sieben Clustern angeordnet sind und von sieben sensorischen Eingangstrakten innerviert werden. Der AL unterteilt sich in zwei Hemispheren, deren entsprechende Glomeruli von Projektionsneuronen innverviert werden, die vom AL über die Nervenbahn des “dual output pathway” in höhere Hirnregionen projizieren. Diese Nervenbahn besteht aus dem medialen (m) und lateralen (l) Antennocerebraltrakt (ACT) und verbindet den AL mit höheren Integrationszentren wie den Pilzkörpern (MB) und dem lateralen Horn (LH). M- und l-ACT unterscheiden sich in ihren Zielregionen im MB Calyx und dem LH. Drei weitere ACTs (mediolateral – ml) projizieren ausschließlich ins laterale Protocerebrum. Männchen besitzen ca. 45% weniger Glomeruli im Vergleich zur Weibchenkaste. Ihnen fehlt weiterhin einer der sieben sensorischen Eingangstrakte vollständig. Trotz der wesentlich geringeren Anzahl an Glomeruli, besitzen auch Männchen den “dual output pathway”. Im Gegensatz zu den Weibchen ist allerdings nur eine geringe Anzahl an Glomeruli durch m-ACT Projektionsneurone innerviert. Ein weiterer Unterschied im AL von Männchen und Weibchen findet sich in den Glomeruli des sensorische Trakts Nummer sechs, die bei Weibchen keinerlei serotonerge Innervierung aufweisen während beim Männchen der gesamte AL dichte serotonerge Verzweigungen besitzt. Es zeigt sich somit, dass die kastenspezifischen Unterschiede in der allgmeinen glomerulären Organisation des AL innerhalb der Weibchenkaste nur sehr fein sind. Im Gegensatz dazu sind die geschlechtsspezifischen Unterschiede in Anzahl, Konnektivität und neuromodulatorischer Innervierung von Glomeruli zwischen Weibchen- und Männchen wesentlich ausgeprägter was Unterschiede in olfaktorisch geprägten Verhaltensweisen begünstigen könnte. Die Calcium Imaging Experimente zur Untersuchung der Verarbeitung von Pheromonen und generellen Düften im AL der Ameise zeigten, dass Duftantworten reproduzierbar und zwischen Individuen vergleichbar waren. Die Sensitivität des Calcium Signals lag für beide Duftgruppen in einem sehr niedrigen Bereich (Verdünnung 10-11). Die Antortmuster beider Duftgruppen überlappten zum Teil, was die Annahme zuläßt, dass die Verarbeitung von Pheromonen und generellen Düften keiner räumlichen Trennung innerhalb des AL unterliegt. Die Intensität der Antwortmuster auf die Pheromonkomponenten (Spurpheromon: Nerolsäure; Alarmpheromon: n-Undecan) blieben in den meisten Fällen über einen weiten Konzentrationsbereich konstant (7-8 log Einheiten). Die Dauer der Calciumantwort nach Stimulation mit Nerolsäure verlängerte sich mit steigender Duftkonzentration. Dies läßt für das Spurpheromon den Schluß zu, dass die Duftqualität in einem konstanten Duftmuster (Konzentrationsinvarianz) repräsentiert und die Duftintensität über die Dauer des Calciumsignals abgebildet wird. Da die Antwortmuster auf generelle Düfte (Heptanal, Octanol) dagegen sehr viel stärker innerhalb des getesteten Konzentrationsbereichs varrieren ließ sich für n-Undecan und die beiden generellen Düfte eine solche Dynamik nur in einigen wenigen Fällen beobachtet. Zusammenfassend ist diese Studie die erste strukturelle und funktionelle Studie des olfaktorischen Systems der Ameise. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der neuronalen Adaptationen und Mechanismen hinsichtlich Duftverarbeitung im zentralen Nervensystem von Insekten bei. Außerdem liefert diese Studie eine wichtige Grundlage für zukünftige neuroanatomische und –physiologische Untersuchungen auf dem Gebiet der Neurobiologie der Insekten.
KW  - Gehirn
KW  - Neuroethologie
KW  - Neuroanatomie
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Neuronale Plastizität
KW  - Insekten
KW  - Antennallobus
KW  - Glomeruli
KW  - olfaktorische Bahn
KW  - Camponotus floridanus
KW  - Dufverarbeitung
KW  - antennal lobe
KW  - glomeruli
KW  - olfactory pathway
KW  - Campontous floridanus
KW  - odor processing
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30383
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nguyen, Tu Anh Thi
T1  - Neural coding of different visual cues in the monarch butterfly sun compass
T1  - Neuronale Kodierung verschiedener visueller Signale im Sonnenkompass des Monarchfalters
N2  - Monarch butterflies are famous for their annual long-distance migration. Decreasing temperatures and reduced daylight induce the migratory state in the autumn generation of monarch butterflies. Not only are they in a reproductive diapause, they also produce fat deposits to be prepared for the upcoming journey: Driven by their instinct to migrate, they depart from their eclosion grounds in the northern regions of the North American continent and start their southern journey to their hibernation spots in Central Mexico. The butterflies cover a distance of up to 4000 km across the United States. In the next spring, the same butterflies invert their preferred heading direction due to seasonal changes and start their northward spring migration. The spring migration is continued by three consecutive butterfly generations, until the animals repopulate the northern regions in North America as non-migratory monarch butterflies. The monarch butterflies’ migratory state is genetically and epigenetically regulated, including the directed flight behavior. Therefore, the insect’s internal compass system does not only have to encode the butterflies preferred, but also its current heading direction. However, the butterfly’s internal heading representation has to be matched to external cues, to avoid departing from its initial flight path and increasing its risk of missing its desired destination. During the migratory flight, visual cues provide the butterflies with reliable orientation information. The butterflies refer to the sun as their main orientation cue. In addition to the sun, the butterflies likely use the polarization pattern of the sky for orientation. The sky compass signals are processed within a region in the brain, termed the central complex (CX). Previous research on the CX neural circuitry of the monarch butterflies demonstrated that tangential central complex neurons (TL) carry the visual input information into the CX and respond to a simulated sun and polarized light. However, whether these cells process additional visual cues like the panoramic skyline is still unknown. Furthermore, little is known about how the migratory state affects visual cue processing. In addition to this, most experiments studying the monarch butterfly CX focused on how neurons process single visual cues. However, how combined visual stimuli are processed in the CX is still unknown.
This thesis is investigating the following questions:
1)	How does the migratory state affect visual cue processing in the TL cells within the monarch butterfly brain?
2)	How are multiple visual cues integrated in the TL cells?
3)	How is compass information modulated in the CX?
To study these questions, TL neurons from both animal groups (migratory and non-migratory) were electrophysiologically characterized using intracellular recordings while presenting different simulated celestial cues and visual sceneries. I showed that the TL neurons of migratory butterflies are more narrowly tuned to the sun, possibly helping them in keeping a directed flight course during migration. Furthermore, I found that TL cells encode a panoramic skyline, suggesting that the CX network combines celestial and terrestrial information. Experiments with combined celestial stimuli revealed that the TL cells combine both cue information linearly. However, if exposing the animals to a simulated visual scenery containing a panoramic skyline and a simulated sun, the single visual cues are weighted differently. These results indicate that the CX’s input region can flexibly adapt to different visual cue conditions. Furthermore, I characterize a previously unknown neuron in the monarch butterfly CX which responds to celestial stimuli and connects the CX with other brain neuropiles. How this cell type affects heading direction encoding has yet to be determined.
N2  - Monarchfalter sind berühmt für ihre jährlichen Migrationsflüge. Sinkende Temperaturen und die verkürzte Tageslichtbestrahlung induzieren die Migration in einer Herbstgeneration der Monarchfalter. Sie sind nicht nur in reproduktiver Diapause, sondern produzieren Fettreserven für die bevorstehende Reise: Getrieben von ihrem Migrationsinstinkt verlassen sie ihre Schlüpfstätten in den nördlichen Regionen des Nordamerikanischen Kontinents und starten ihre südliche Wanderung zu ihren Überwinterunsgstätten in Zentralmexiko. Dabei legen die Schmetterlinge Strecken von bis zu 4000 km durch die Vereinigten Staaten zurück. Im nächsten Frühling kehren die gleichen Schmetterlinge ihre Vorzugsrichtung durch die jahreszeitlich bedingten Veränderungen um und die Tiere bewegen sich nordwärts. Die Frühlingsgeneration wird insgesamt über drei Schmetterlingsgeneration durchgeführt, bis die Tiere die nördlichen Regionen in Nordamerika wieder als nicht-migrierende Monarchfalter besiedeln. Der Migrationsstatus der Monarchfalter ist genetisch und epigenetisch reguliert, was auch das gerichtete Flugverhalten einschließt. Demnach muss das interne Kompasssystem der Falter nicht nur die bevorzugte, sondern auch die aktuelle Flugrichtung prozessieren. Die interne Repräsentation der Flugrichtung des Falters muss jedoch mit der Umwelt abgeglichen werden, ansonsten droht das Tier von der ursprünglichen Flugrichtung abzuweichen und erhöht das Risiko den Wunschort nicht zu erreichen. Während des Migrationsfluges bieten visuelle Signale verlässliche Orientierungsinformationen. Dabei ist die Sonne ihre Hauptorientierungsreferenz. Zusätzlich zur Sonne nutzen die Schmetterlinge vermutlich noch das Polarisationsmuster des Himmels zur Orientierung. Diese Himmelskompasssignale werden im Gehirn in einer Gehirnregion, den Zentralkomplex, integriert. Vergangene Forschungsprojekte am Zentralkomplex haben gezeigt, dass tangentiale Zentralkomplex-Neurone (TL) die visuellen Signale in den Zentralkomplex leiten und auf eine simulierte Sonne und polarisiertes Licht sensitiv sind. Ob diese Zellen noch weitere visuelle Signale verarbeiten, wie zum Beispiel den Horizont eines Panoramas, ist nicht bekannt. Auch ist der Einfluss des Migrationsstatus auf die visuelle Signalverarbeitung im Zentralkomplex bisher unerforscht. Des Weiteren haben die meisten Experimente am Zentralkomplex des Monarchfalters den Fokus auf die Verarbeitung einzelner simulierter visueller Reize gelegt. Wie aber Kombinationen aus Stimuli im Zentralkomplex verarbeitet werden, ist nicht bekannt. 
 
Diese Dissertation beschäftigt sich mit folgenden Fragen: 
1)	Wie beeinflusst der Migrationsstatus die visuelle Reizverarbeitung in TL-Zellen im Monarchfaltergehirn?
2)	Wie werden mehrere visuelle Reize in TL-Zellen miteinander kombiniert?
3)	Wie wird Kompassinformation im Zentralkomplex moduliert?
In diesem Zusammenhang wurden TL-Neurone aus beiden Gruppen (migrierende und nichtmigrierende Monarchfalter) elektrophysiologisch mittels intrazellulärer Aufnahmen charakterisiert, während den Tieren unterschiedliche simulierte Himmelkompasssignale und visuelle Szenerien präsentiert wurden. Hierbei konnte ich zeigen dass die TL-Neuronen in migrierenden Tieren ein engeres Tuning zur Sonne aufwiesen, was den Tieren helfen könnte, eine gerichtete Flugrichtung zu halten. Außerdem antworten die TL-Neurone auf ein Panorama, womit der Zentralkomplex in der Lage wäre, Himmelskompasssignale mit terrestrischer Information zu kombinieren. In Experimenten mit zwei kombinierten simulierten Himmelskompasssignalen konnte ich zeigen, dass die TL-Zellen beide Signalinformationen linear miteinander verrechnen. Wenn die TL-Zellen jedoch mit einer visuellen Szenerie stimuliert werden, welche eine simulierte Sonne und ein Panorama beinhaltet, werden die einzelnen visuellen Signale unterschiedlich gewichtet. Die Ergebnisse sind ein Hinweis darauf, dass die Eingangsregion im Zentralkomplex sich flexibel an die visuellen Signalbedingungen anpassen können. Außerdem habe ich ein bis dahin unbekanntes Neuron während meiner Studien charakterisieren können, welches auf simulierte Himmelskompasssignale antwortet und den Zentralkomplex mit anderen Neuropilen im Gehirn verbindet. Wie dieser Neuronentyp Einfluss auf die Kodierung der Flugrichtung nimmt, muss in der Zukunft weiter erforscht werden.
KW  - Monarchfalter
KW  - Danaus plexippus
KW  - Gehirn
KW  - Orientierung
KW  - Visuelle Wahrnehmung
KW  - monarch butterfly
KW  - brain
KW  - orientation
KW  - visual perception
KW  - central complex
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-303807
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Liu, T.
A1  - McDonnell, PC
A1  - Young, PR
A1  - White, RF
A1  - Sirèn, Anna-Leena
A1  - Hallenbeck, JM
A1  - Barone, FC
A1  - Feuerstein, Giora
T1  - Interleukin-1ß mRNA expression in ischemic rat cortex
N2  - Background and Pur pose: Interleukin-1ß is a proinftammatory cytokine produced by blood-borne and resident brain inftammatory cells. The present study was conducted to determine if interleukin-1ß mRNA was produced in the brain of rats subjected to permanent focal ischemia. Methods: Rat interleukin-1ß cDNA, synthesized from stimulated rat peritoneal macrophage RNA by reverse transcription and polymerase chain reaction and c10ned in plasmid Bluescript KS+, was used to evaluate the expression of interleukin-1ß mRNA in cerebral cortex from spontaneously hypertensive rats and normotensive rats subjected to permanent middle cerebral artery occlusion. Interleukin-1ß mRNA was quantified by Northern blot analysis and compared with rat macrophage RNA standard. To correct for gel loading, blots were also analyzed with cyclophilin cDNA, which encodes an abundant, conserved protein that was unchanged by the experimental conditions. Results: Interleukin-1ß mRNA produced in the ischemic zone was significantly increased from 6 hours to 120 hours, with a maximum of211±24% ofinterleukin-1ß reference standard, ie, 0.2 ng stimulated rat macrophage RNA, mRNA compared with the level in nonischemic cortices (4±2%) at 12 hours after ischemia (P<.OI; n=6). Interleukin-1ß mRNA at 12 hours after ischemia was markedly elevated in hypertensive rats over levels found in two normotensive rat strains. Neurological deficits were also apparent only in the hypertensive rats. Conclusions: Brain interleukin-1ß mRNA is elevated acutely after permanent focal ischemia and especially in hypertensive rats. These data suggest that this potent proinflammatory and procoagulant cytokine might have a role in brain damage following ischemia.
KW  - Gehirn
KW  - Durchblutung
KW  - cerebraI ischemia
KW  - cytokines
KW  - neuronal damage
KW  - rats
Y1  - 1993
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47442
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kreissl, Michael C.
A1  - Stout, David B.
A1  - Wong, Koon-Pong
A1  - Wu, Hsiao-Ming
A1  - Caglayan, Evren
A1  - Ladno, Waldemar
A1  - Zhang, Xiaoli
A1  - Prior, John
A1  - Reiners, Christoph
A1  - Huang, Sung-Cheng
A1  - Schelbert, Heinrich R.
T1  - Influence of Dietary Interventions and Insulin on Myocardial, Skeletal Muscle and Brain [18F]-Fluorodeoxyglucose Kinetics in Mice
N2  - Background: We evaluated the effect of insulin stimulation and dietary changes on myocardial, skeletal muscle and brain [18F]-fluorodeoxyglucose (FDG) kinetics and uptake in vivo in intact mice. Methods: Mice were anesthetized with isoflurane and imaged under different conditions: non-fasted (n = 7; "controls"), non-fasted with insulin (2 IU/kg body weight) injected subcutaneously immediately prior to FDG (n = 6), fasted (n = 5), and fasted with insulin injection (n = 5). A 60-min small-animal PET with serial blood sampling and kinetic modeling was performed. Results: We found comparable FDG standardized uptake values (SUVs) in myocardium in the non-fasted controls and non-fasted-insulin injected group (SUV 45-60 min, 9.58 ± 1.62 vs. 9.98 ± 2.44; p = 0.74), a lower myocardial SUV was noted in the fasted group (3.48 ± 1.73; p < 0.001). In contrast, the FDG uptake rate constant (Ki) for myocardium increased significantly by 47% in non-fasted mice by insulin (13.4 ± 3.9 ml/min/100 g vs. 19.8 ± 3.3 ml/min/100 g; p = 0.030); in fasted mice, a lower myocardial Ki as compared to controls was observed (3.3 ± 1.9 ml/min/100 g; p < 0.001). Skeletal muscle SUVs and Ki values were increased by insulin independent of dietary state, whereas in the brain, those parameters were not influenced by fasting or administration of insulin. Fasting led to a reduction in glucose metabolic rate in the myocardium (19.41 ± 5.39 vs. 3.26 ± 1.97 mg/min/100 g; p < 0.001), the skeletal muscle (1.06 ± 0.34 vs. 0.34 ± 0.08 mg/min/100 g; p = 0.001) but not the brain (3.21 ± 0.53 vs. 2.85 ± 0.25 mg/min/100 g; p = 0.19). Conclusions: Changes in organ SUVs, uptake rate constants and metabolic rates induced by fasting and insulin administration as observed in intact mice by small-animal PET imaging are consistent with those observed in isolated heart/muscle preparations and, more importantly, in vivo studies in larger animals and in humans. When assessing the effect of insulin on the myocardial glucose metabolism of non-fasted mice, it is not sufficient to just calculate the SUV - dynamic imaging with kinetic modeling is necessary.
KW  - Insulin
KW  - Gehirn
KW  - Skelettmuskel
KW  - Maus
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68775
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sirèn, Anna-Leena
A1  - Liu, Y.
A1  - Feuerstein, G.
A1  - Hallenbeck, JM
T1  - Increased release of tumor necrosis factor alpha into the cerebrospinal fluid and peripheral circulation  of aged rats
N2  - Background and Purpose: We earlier reported that risk factors for stroke prepare brain stem tissue for a modified Shwartzman reaction, incIuding the development of ischemia and hemorrhage and the production of tumor necrosis factor-a, after a provocative dose of lipopolysaccharide. In the present study, we sought to determine whether blood and central nervous system cells of rats with the stroke risk factor of advanced age produce more proinflammatory and prothrombotic media tors than do those of young rats of the same strain. Methods: Levels of tumor necrosis factor-a and platelet activating factor in the cerebrospinal fluid and tumor necrosis factor-a in the serum of 2-year-old and 16-week-old Sprague-Dawley rats were monitored before and after challenge with lipopolysaccharide. Results: No consistent tumor necrosis factor-a activity was found in the cerebrospinal fluid or blood of control animals. Intravenous administration of lipopolysaccharide (1.8 mg/kg) increased serum tumor necrosis factor-a levels but had no effect on tumor necrosis factor-a in the cerebrospinal fluid. Serum tumor necrosis factor-a increased much more in aged rats than in young rats. When lipopolysaccharide was injected intracerebroventricularly, tumor necrosis factor-a activity in cerebrospinal fluid increased significantly more in old rats than in young rats. Baseline levels of platelet activating factor in cerebrospinal fluid were significantly higher in old rats than in young rats, and the levels increased to a greater degree in aged rats on stimulation. Conclusions: Rats with the stroke risk factor of advanced age respond to lipopolysaccharide with a more exuberant production of tumor necrosis factor-a and platelet activating factor than young rats of the same strain. These findings are consistent with our working hypothesis that perivascular cells are capable of exaggerated signaling of endothelium through cytokines such as tumor necrosis factor-a in animals with stroke risk factors. The effect of such signaling might be to prepare the endothelium of the local vascular segment for thrombosis or hemorrhage in accord with the local Shwartzman reaction paradigm.
KW  - Gehirn
KW  - Durchblutung
KW  - lipopolysaccharides
KW  - platelet activating factor
KW  - tumor necrosis factor
KW  - rats
Y1  - 1993
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-47997
ER  - 
TY  - THES
A1  - Homola, György Ádám
T1  - Functional and Microstructural MRI of the Human Brain Revealing a Cerebral Network Processing the Age of Faces
T1  - Funktionelles und mikrostrukturelles MRT des menschlichen Gehirns detektiert ein zerebrales Netzwerk zur Verarbeitung des Alters von Gesichtern
N2  - Although age is one of the most salient and fundamental aspects of human faces, its processing in the brain has not yet been studied by any neuroimaging experiment. Automatic assessment of temporal changes across faces is a prerequisite to identifying persons over their life-span, and age per se is of biological and social relevance. Using a combination of evocative face morphs controlled for global optical flow and functional magnetic resonance imaging (fMRI), we segregate two areas that process changes of facial age in both hemispheres. These areas extend beyond the previously established face-sensitive network and are centered on the posterior inferior temporal sulcus (pITS) and the posterior angular gyrus (pANG), an evolutionarily new formation of the human brain. Using probabilistic tractography and by calculating spatial cross-correlations as well as creating minimum intersection maps between activation and connectivity patterns we demonstrate a hitherto unrecognized link between structure and function in the human brain on the basis of cognitive age processing. According to our results, implicit age processing involves the inferior temporal sulci and is, at the same time, closely tied to quantity decoding by the presumed neural systems devoted to magnitudes in the human parietal lobes. The ventral portion of Wernicke’s largely forgotten perpendicular association fasciculus is shown not only to interconnect these two areas but to relate to their activations, i.e. to transmit age-relevant information. In particular, post-hoc age-rating competence is shown to be associated with high response levels in the left angular gyrus. Cortical activation patterns related to changes of facial age differ from those previously elicited by other fixed as well as changeable face aspects such as gender (used for comparison), ethnicity and identity as well as eye gaze or facial expressions. We argue that this may be due to the fact that individual changes of facial age occur ontogenetically, unlike the instant changes of gaze direction or expressive content in faces that can be “mirrored” and require constant cognitive monitoring to follow. Discussing the ample evidence for distinct representations of quantitative age as opposed to categorical gender varied over continuous androgyny levels, we suggest that particular face-sensitive regions interact with additional object-unselective quantification modules to obtain individual estimates of facial age.
N2  - Obwohl das Alter eines der markantesten und grundlegendsten Aspekte menschlicher Gesichter darstellt, hat man die Verarbeitung im Gehirn noch nicht durch ein funktionell bildgebendes Verfahren untersucht und mit strukturellen Leitungsbahnen in Verbindung gebracht. Die automatische Bewertung der altersbedingten Veränderungen in Gesichtern ist eine Voraussetzung für die Identifizierung von Personen über ihre gesamte Lebenszeit, und das Lebensalter an sich ist von biologischer und sozialer Relevanz. In dieser Dissertation wird die funktionelle Kernspintomographie (fMRI) mit eindrucksvollen Gesichtsmorphs kombiniert, welche auf sichtbare Bewegung im gesamten Bild kontrolliert wurden. Hierdurch werden zwei Bereiche auf beiden Hemisphären isoliert, welche die Veränderungen des Alters von Gesichtern gemeinsam und automatisch verarbeiten. Diese Areale reichen über das zuvor etablierte gesichtssensible Netzwerk hinaus und zentrieren sich auf den hinteren inferio-temporalen Sulcus (pITS) und den hinteren angulären Gyrus (pANG), eine evolutionäre Neubildung des menschlichen Gehirns. Mit Hilfe der probabilistischen Traktographie diffusiongewichteter MRT-Daten und der Berechnung räumlicher Kreuzkorrelationen sowie der Erstellung von Minimum Intersection Maps zwischen Aktivierungs- und Konnektivitätsmustern wird ein bisher unerkannter Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns anhand der kognitiven Altersverarbeitung aufgezeigt. Unseren Ergebnissen zufolge wird der inferiore temporale Sulcus in die implizite Altersverarbeitung einbezogen und gleichzeitig eng mit der Mengendekodierung verknüpft, welche in den vermutlich Größenabschätzungen gewidmeten neuronalen Systemen im Scheitellappen des menschlichen Gehirns erfolgt. Es wird dargelegt, dass der ventrale Teil von Wernickes weitgehend vergessenem senkrecht verlaufendem Assoziationsbündels nicht nur diese beiden Bereiche miteinander verbindet, sondern auch mit ihren Aktivierungen in Beziehung steht, was die These stützt, dass altersrelevante Informationen tatsächlich über ihn übertragen werden. Bei der nachträglichen Alterseinschätzung der Gesichter zeigt sich, dass gutes Abschneiden der Versuchspersonen mit stärkeren Aktivierungen im linken angulären Gyrus einhergeht. Die kortikalen Aktivierungsmuster auf Änderungen des Gesichtsalters unterscheiden sich von jenen, die mit anderen wechselnden Gesichtsmerkmalen in Zusammenhang gebracht wurden, welche das Geschlecht (das zum Vergleich und zur Kontrolle herangezogen wurde), die Ethnizität und die personelle Identität sowie Blickrichtungen und Mimik betreffen. Es wird argumentiert, dass dies möglicherweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass individuelle Änderungen des Gesichtsalters ontogenetisch auftreten, anders als beispielsweise die flüchtigen Wechsel von Blickrichtungen oder im Ausdruck in Gesichtern, welche vom Betrachter "gespiegelt" werden können und ständige Beobachtung erfordern, um kognitiv nachvollzogen werden zu können. Damit wird erstmals die eigene Art der Wahrnehmung und Verarbeitung des quantitativen Alters im direkten Gegensatz zu kategorischem Geschlecht belegt, welches über kontinuierliche Androgyniegrade variiert: Bestimmte gesichtssensible Regionen interagieren offenbar mit zusätzlichen nicht objekt-selektiven Quantifizierungsmodulen, um das Alter eines Gesichts individuell abzuschätzen.
KW  - Gesicht
KW  - Alter
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Gehirn
KW  - Informationsverarbeitung
KW  - Wernickes Assoziationsbündel
KW  - Diffusionsgewichtete Bildgebung
KW  - Morphing
KW  - Funktionelle NMR-Tomographie
KW  - Geschlecht
KW  - Nervenfaser
KW  - Korrelation
KW  - functional MRI
KW  - face morphing
KW  - facial age
KW  - facial gender
KW  - diffusion tractography
KW  - Wernicke's perpendicular fasciculus
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56740
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hartlieb, Heiko
T1  - Functional analysis of Mushroom body miniature’s RGG-box and its role in neuroblast proliferation in Drosophila melanogaster
T1  - Funktionelle Analyse der RGG-Box von Mushroom body miniature und deren Rolle in der Neuroblastenproliferation in Drosophila melanogaster
N2  - Development of the central nervous system in Drosophila melanogaster relies on neural stem cells called neuroblasts. Neuroblasts divide asymmetrically to give rise to a new neuroblast as well as a small daughter cell which eventually generates neurons or glia cells. Between each division, neuroblasts have to re-grow to be able to divide again. In previous studies, it was shown that neuroblast proliferation, cell size and the number of progeny cells is negatively affected in larvae carrying a P-element induced disruption of the gene mushroom body miniature (mbm). This mbm null mutation called mbmSH1819 is homozygously lethal during pupation. It was furthermore shown that the nucleolar protein Mbm plays a role in the processing of ribosomal RNA (rRNA) as well as the translocation of ribosomal protein S6 (RpS6) in neuroblasts and that it is a transcriptional target of Myc. Therefore, it was suggested that Mbm might regulate neuroblast proliferation through a role in ribosome biogenesis.
In the present study, it was attempted to further elucidate these proposed roles of Mbm and to identify the protein domains that are important for those functions. Mbm contains an arginine/glycine rich region in which a di-RG as well as a di-RGG motif could be found. Together, these two motifs were defined as Mbm’s RGG-box. RGG-boxes can be found in many proteins of different families and they can either promote or inhibit protein-RNA as well as protein-protein interactions. Therefore, Mbm’s RGG-box is a likely candidate for a domain involved in rRNA binding and RpS6 translocation. It could be shown by deletion of the RGG-box, that MbmdRGG is unable to fully rescue survivability and neuroblast cell size defects of the null mutation mbmSH1819. Furthermore, Mbm does indeed rely on its RGG-box for the binding of rRNA in vitro and in mbmdRGG as well as mbmSH1819 mutants RpS6 is partially delocalized. Mbm itself also seems to depend on the RGG-box for correct localization since MbmdRGG is partially delocalized to the nucleus. Interestingly, protein synthesis rates are increased in mbmdRGG mutants, possibly induced by an increase in TOR expression. Therefore, Mbm might possess a promoting function in TOR signaling in certain conditions, which is regulated by its RGG-box. Moreover, RGG-boxes often rely on methylation by protein arginine methyltransferases (in Drosophila: Darts – Drosophila arginine methyltransferases) to fulfill their functions. Mbm might be symmetrically dimethylated within its RGG-box, but the results are very equivocal. In any case, Dart1 and Dart5 do not seem to be capable of Mbm methylation.
Additionally, Mbm contains two C2HC type zinc-finger motifs, which could be involved in rRNA binding. In an earlier study, it was shown that the mutation of the zinc-fingers, mbmZnF, does not lead to changes in neuroblast cell size, but that MbmZnF is delocalized to the cytoplasm. In the present study, mbmZnF mutants were included in most experiments. The results, however, are puzzling since mbmZnF mutant larvae exhibit an even lower viability than the mbm null mutants and MbmZnF shows stronger binding to rRNA than wild-type Mbm. This suggests an unspecific interaction of MbmZnF with either another protein, DNA or RNA, possibly leading to a dominant negative effect by disturbing other interaction partners. Therefore, it is difficult to draw conclusions about the zinc-fingers’ functions.
In summary, this study provides further evidence that Mbm is involved in neuroblast proliferation as well as the regulation of ribosome biogenesis and that Mbm relies on its RGG-box to fulfill its functions.
N2  - Die Entwicklung des zentralen Nervensystems von Drosophila melanogaster beruht auf neuronalen Stammzellen genannt Neuroblasten. Neuroblasten teilen sich asymmetrisch und bringen dabei sowohl einen neuen Neuroblasten als auch eine kleinere Tochterzelle hervor, die wiederum letztlich Neuronen oder Gliazellen generiert. Zwischen jeder Zellteilung müssen die Neuroblasten wieder auf ihre ursprüngliche Größe wachsen, sodass sie zur erneuten Teilung in der Lage sind. In vorhergehenden Studien konnte gezeigt werden, dass sowohl die Proliferation der Neuroblasten, deren Zellgröße als auch die Anzahl ihrer Tocherzellen reduziert ist in Larven, die eine P-Element-induzierte Unterbrechung des Gens mushroom body miniature (mbm) tragen. Diese mbm-Nullmutation, genannt mbmSH1819, ist homozygot letal während des Puppenstadiums. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass das nucleoläre Protein Mbm eine Rolle in der Prozessierung ribosomaler RNA (rRNA), sowie der Translokation des ribosomalen Proteins S6 (RpS6) in Neuroblasten erfüllt und dass seine Transkription durch Myc reguliert wird. Daher wurde geschlussfolgert, dass Mbm die Proliferation von Neuroblasten durch eine Funktion in der Ribosomenbiogenese regulieren könnte.
In der vorliegenden Studie wurde das Ziel verfolgt, weitere Hinweise auf diese möglichen Funktionen von Mbm zu finden und die Proteindomänen zu identifizieren, die dafür benötigt werden. Mbm beinhaltet einen Arginin/Glycin-reichen Abschnitt, der ein di-RG sowie ein di-RGG Motiv enthält. Diese beiden Motive wurden zusammen zu Mbms RGG-Box definiert. RGG-Boxen finden sich in vielen Proteinen verschiedener Familien und sie können sich sowohl verstärkend als auch inhibierend auf Protein-RNA- sowie Protein-Protein-Interaktionen auswirken. Somit stellt Mbms RGG-Box einen vielversprechenden Kandidaten dar für eine Proteindomäne, die in die rRNA-Bindung sowie die Translokation von RpS6 involviert ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mbm mit deletierter RGG-Box (MbmdRGG) nicht in der Lage ist, die Überlebensfähigkeit und die Neuroblastengröße der Nullmutation mbmSH1819 vollständig zu retten. Des Weiteren benötigt Mbm die RGG-Box, um rRNA in vitro zu binden und in mbmdRGG sowie mbmSH1819 Mutanten konnte eine partielle Delokalisation von RpS6 beobachtet werden. Die korrekte Lokalisation von Mbm selbst scheint auch von der RGG-Box abzuhängen, da MbmdRGG teilweise in den Nukleus delokalisiert ist. Interessanterweise ist außerdem die Proteinsyntheserate in mbmdRGG Mutanten erhöht, was möglicherweise in einer Erhöhung der TOR-Expression begründet ist. Somit könnte Mbm unter bestimmten Bedingungen eine verstärkende Funktion im TOR-Signalweg erfüllen, die durch seine eigene RGG-Box reguliert wird. Des Weiteren sind RGG-Boxen hinsichtlich ihrer Funktion häufig von der Methylierung durch Protein-Arginin-Methyltransferasen (in Drosophila: Darts – Drosophila arginine methyltransferases) abhängig. Mbm könnte innerhalb seiner RGG-Box symmetrisch dimethyliert sein, allerdings sind die Ergebnisse in dieser Hinsicht sehr zweifelhaft. Jedenfalls scheinen Dart1 und Dart5 nicht imstande zu sein, Mbm zu methylieren.
Außerdem beinhaltet Mbm zwei Zink-Finger-Motive des C2HC-Typs, die in die Bindung von rRNA involviert sein könnten. Eine vorhergehende Studie konnte zeigen, dass die Mutation der Zink-Finger, mbmZnF, zwar nicht zu einer Veränderung der Neuroblastengröße führt, allerdings, dass MbmZnF ins Zytoplasma delokalisiert vorliegt. In der vorliegenden Studie wurden die mbmZnF Mutanten in die meisten Experimente mit einbezogen. Allerdings sind die Ergebnisse rätselhaft, da mbmZnF-mutierte Larven sogar eine geringere Überlebensrate zeigen als die mbm Nullmutanten und da MbmZnF eine stärkere Bindungsaffinität zu rRNA zeigt als wildtypisches Mbm. Dies weist auf eine unspezifische Interaktion zwischen MbmZnF und einem anderen Protein, RNA oder DNA hin, was einen dominant-negativen Effekt auslösen könnte, indem andere Interaktionspartner gestört werden. Somit gestaltet es sich schwierig, Schlussfolgerungen zur Funktion der Zink-Finger zu ziehen.
Zusammengefasst liefert die vorliegende Studie weitere Anhaltspunkte, dass Mbm in der Neuroblastenproliferation sowie der Regulation der Ribosomenbiogenese involviert ist und dass Mbm seine RGG-Box benötigt, um seine Funktionen zu erfüllen.
KW  - Taufliege
KW  - Neuroblast
KW  - Gehirn
KW  - Entwicklung
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - brain development
KW  - neuroblast proliferation
KW  - mushroom body miniature
KW  - Gehirnentwicklung
KW  - Neuroblastenproliferation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199674
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Haarmann, Axel
A1  - Deiss, Annika
A1  - Prochaska, Juergen
A1  - Foerch, Christian
A1  - Weksler, Babette
A1  - Romero, Ignacio
A1  - Couraud, Pierre-Olivier
A1  - Stoll, Guido
A1  - Rieckmann, Peter
A1  - Buttmann, Mathias
T1  - Evaluation of Soluble Junctional Adhesion Molecule-A as a Biomarker of Human Brain Endothelial Barrier Breakdown
N2  - Background: An inducible release of soluble junctional adhesion molecule-A (sJAM-A) under pro-inflammatory conditions was described in cultured non-CNS endothelial cells (EC) and increased sJAM-A serum levels were found to indicate inflammation in non-CNS vascular beds. Here we studied the regulation of JAM-A expression in cultured brain EC and evaluated sJAM-A as a serum biomarker of blood-brain barrier (BBB) function. Methodology/Principal Findings: As previously reported in non-CNS EC types, pro-inflammatory stimulation of primary or immortalized (hCMEC/D3) human brain microvascular EC (HBMEC) induced a redistribution of cell-bound JAM-A on the cell surface away from tight junctions, along with a dissociation from the cytoskeleton. This was paralleled by reduced immunocytochemical staining of occludin and zonula occludens-1 as well as by increased paracellular permeability for dextran 3000. Both a self-developed ELISA test and Western blot analysis detected a constitutive sJAM-A release by HBMEC into culture supernatants, which importantly was unaffected by pro-inflammatory or hypoxia/reoxygenation challenge. Accordingly, serum levels of sJAM-A were unaltered in 14 patients with clinically active multiple sclerosis compared to 45 stable patients and remained unchanged in 13 patients with acute ischemic non-small vessel stroke over time. Conclusion: Soluble JAM-A was not suited as a biomarker of BBB breakdown in our hands. The unexpected non-inducibility of sJAM-A release at the human BBB might contribute to a particular resistance of brain EC to inflammatory stimuli, protecting the CNS compartment.
KW  - Biomarker
KW  - Gehirn
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68468
ER  - 
TY  - THES
A1  - Groh, Claudia
T1  - Environmental influences on the development of the female honeybee brain Apis mellifera
T1  - Der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Entwicklung des Gehirns der weiblichen Honigbiene Apis mellifera
N2  - Für die Honigbiene spielt der Geruchssinn eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation innerhalb des Sozialstaates. Kastenspezifische, auf uweltbedingten Einflüssen basierende sowie altersbedingte Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten liefern ein hervorragendes Modellsystem für diese Studie, um die Entwicklung und Funktion neuronaler Plastizität im olfaktorischen System zu untersuchen. Diese Studie konzentriert sich auf Unterschiede zwischen Königinnen und Arbeiterinnen, den beiden weiblichen Kasten innerhalb des Bienestaates, sowie auf umweltbedingte Plastizität. Diploide Eier, aus denen sich Königinnen und Arbeiterinnen entwickeln, sind genetisch identisch. Dennoch entwickeln sich Königinnen wesentlich schneller zum Adulttier als Arbeiterinnen, sind als Imago größer, leben wesentlich länger und zeigen andere Verhaltensweisen. Diese Unterschiede werden durch eine differentielle larvale Fütterung initiiert. Im Anschluss an das Larvenstadium und somit nach erfolgter Kastendetermination, entwickeln sich die Bienen über eine Puppenphase (verdeckelte Phase) zum Imago. Adulte Bienen klimatisieren das zentrale Brutareal auf einer mittleren Temperatur von 35°C konstant. Bienen, die bei niedrigeren Temperaturen innerhalb des physiologisch relevanten Bereichs aufwachsen, weisen Defizite im olfaktorischen Lernverhalten und in der Tanzkommunikation auf. Mögliche neuronale Korrelate für altersbedingte, temperatur- und kastenspezifische Unterschiede im olfaktorisch gesteuerten Verhalten sollten in dieser Arbeit betrachtet werden. Die strukturellen Analysen konzentrierten sich dabei auf primäre (Antennalloben) und sekundäre (Pilzkörper-Calyces)olfaktorische Verarbeitungszentren im Gehirn von sich entwickelnden und adulten Tieren beider Kasten. Synchron verdeckelte Brutzellen beider Kasten wurden unter kontrollierten Bedingungen im Inkubator herangezogen. Neuroanatomische Untersuchungen wurden an fixierten Gewebeschnitten mittels einer Doppelfluoreszenzfärbung mit Fluor-Phalloidin und anti-Synapsin Immuncytochemie durchgeführt. Diese Doppelmarkierung ermöglichte die Visualisierung und Quantifizierung individueller Synapsenkomplexe (Microglomeruli) im Pilzkörper-Calyx. Phalloidin bindet an verschiedene F-Aktin Isoformen und kann zum Nachweis von F-Aktin im Insektennervensystem verwendet werden. F-Aktin wird während der Entwicklung in Wachstumskegeln und in adulten Gehirnen in präsynaptischen Endigungen und dendritischen Dornen exprimiert. Präsynaptische Elemente wurden durch den Einsatz eines spezifischen Antikörpers gegen das Drosophila-Vesikeltransportprotein Synapsin I charakterisiert. Mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning Mikroskopie wurde die exakte räumliche Zuordnung der Fluoreszenzsignale anhand optischer Schnitte durch die Präparate realisiert. Anhand dieser Methodik konnten erstmals über reine Volumenanalysen hinausgehende Messungen zur synaptischen Strukturplastizität im Pilzkörper-Calyx durchgeführt werden. Die Untersuchungen an Gehirnen in den verschiedenen Puppenstadien zeigten Unterschiede im Entwicklungsverlauf der Gehirne mit dem Fokus auf die Bildung antennaler Glomeruli und calycaler Microglomeruli. Unterschiede in der Gehirnentwicklung verdeutlichten die ontogenetische Plastizität des Gehirns der Honigbiene. Entsprechend der kürzeren Puppenphase der Königinnen bildeten sich sowohl antennale Glomeruli als auch alle Untereinheiten (Lippe, Collar, Basalring) des Calyx etwa drei Tage früher aus. Direkt nach dem Schlupf zeigten quantitative Analysen innerhalb der Pilzkörper-Calyces eine signifikant geringere Anzahl an Microglomeruli bei Königinnen. Diese neuronale Strukturplastizität auf verschiedenen Ebenen der olfaktorischen Informationsverarbeitung korreliert mit der kastenspezifischen Arbeitsteilung. Die Arbeit liefert Erkenntnisse über den Einfluss eines wichtigen kontrollierten Umweltparameters, der Bruttemperatur, während der Puppenphase auf die synaptische Organisation der adulten Pilzkörper-Calyces. Bereits geringe Unterschiede in der Aufzuchtstemperatur (1°C) beeinflussten signifikant die Anzahl von Microglomeruli in der Lippenregion des Calyx beider weiblicher Kasten. Die maximale Anzahl an MG entwickelte sich bei Arbeiterinnen bei 34.5°C, bei Königinnen aber bei 33.5°C. Neben dieser entwicklungsbedingten neuronalen Plastizität zeigt diese Studie eine starke altersbedingte Strukturplastizität der MG während der relativ langen Lebensdauer von Bienenköniginnen. Hervorzuheben ist, dass die Anzahl an MG in der olfaktorischen Lippenregion mit dem Alter anstieg (~55%), in der angrenzenden visuellen Collarregion jedoch abnahm (~33%). Die in der vorliegenden Arbeite erstmals gezeigte umweltbedingte Entwicklungsplastizität sowie altersbedingte synaptische Strukturplastizität in den sensorischen Eingangsregionen der Pilzkörper-Calyces könnte kasten- und altersspezifischen Anpassungen im Verhalten zugrunde liegen.
N2  - Olfaction plays an important role in a variety of behaviors throughout the life of the European honeybee. Caste specific, environmentally induced and aging/experiencedependent differences in olfactory behavior represent a promising model to investigate mechanisms and consequences of phenotypic neuronal plasticity within the olfactory pathway of bees. This study focuses on the two different female phenotypes within the honeybee society, queens and workers. In this study, for the first time, structural plasticity in the honeybee brain was investigated at the synaptic level. Queens develop from fertilized eggs that are genetically not different from those that develop into workers. Adult queens are larger than workers, live much longer, and display different behaviors. Developmental trajectory is mainly determined by nutritional factors during the larval period. Within the subsequent post-capping period, brood incubation is precisely controlled, and pupae are incubated close to 35°C via thermoregulatory activity of adult workers. Behavioral studies suggest that lower rearing temperatures cause deficits in olfactory learning in adult bees. To unravel possible neuronal correlates for thermoregulatory and caste dependent influences on olfactory behavior, I examined structural plasticity of developing as well as mature olfactory synaptic neuropils. Brood cells were reared in incubators and pupal as well as adult brains were dissected for immunofluorescent staining. To label synaptic neuropils, I used an antibody to synapsin and fluophore-conjugated phalloidin which binds to filamentous (F-) actin. During development, neuronal F-actin is expressed in growing neurons, and in the mature nervous system, F-actin is most abundant in presynaptic terminals and dendritic spines. In the adult brains, this double labeling technique enables the quantification of distinct synaptic complexes microglomeruli [MG]) within olfactory and visual input regions of the mushroom bodies (MBs) prominent higher sensory integration centers. Analyses during larval-adult metamorphosis revealed that the ontogenetic plasticity in the female castes is reflected in the development of the brain. Distinct differences among the timing of the formation of primary and secondary olfactory neuropils were also revealed. These differences at different levels of the olfactory pathway in queens and workers correlate with differences in tasks performed by both female castes. In addition to caste specific differences, thermoregulation of sealed brood cells has important consequences on the synaptic organization within the MB calyces of adult workers and queens. Even small differences in rearing temperatures affected the number of MG in the olfactory calyx lip regions. In queens, the highest number of MG in the olfactory lip developed at 1°C below the temperature where the maximum of MG is found in workers (33.5 vs. 34.5°C). Apart from this developmental neuronal plasticity, this study exhibits a striking age-related plasticity of MG throughout the extended life span of queens. Interestingly, MG numbers in the olfactory lip increased with age, but decreased within the adjacent visual collar of the MB calyx. To conclude, developmental and adult plasticity of the synaptic circuitry in the sensory input regions of the MB calyx may underlie caste- and age-specific adaptations and long-term plasticity in behavior.
KW  - Biene
KW  - Neuroethologie
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Gehirn
KW  - Ontogenie
KW  - Neuroethologie
KW  - Pilzkörper
KW  - Strukturplastizität
KW  - Mikroglomerulus
KW  - Honigbiene
KW  - soziale Insekten
KW  - neuroethology
KW  - mushroom body
KW  - structural plasticity
KW  - microglomerulus
KW  - honeybee
KW  - social insects
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17388
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmid, Benjamin
T1  - Computational tools for the segmentation and registration of confocal brain images of Drosophila melanogaster
T1  - Software Tools für die Segmentierung und Registrierung konfokaler Gehirnbilder von Drosophila melanogaster
N2  - Neuroanatomical data in fly brain research are mostly available as spatial gene expression patterns of genetically distinct fly strains. The Drosophila standard brain, which was developed in the past to provide a reference coordinate system, can be used to integrate these data. Working with the standard brain requires advanced image processing methods, including visualisation, segmentation and registration. The previously published VIB Protocol addressed the problem of image registration. Unfortunately, its usage was severely limited by the necessity of manually labelling a predefined set of neuropils in the brain images at hand. In this work I present novel tools to facilitate the work with the Drosophila standard brain. These tools are integrated in a well-known open-source image processing framework which can potentially serve as a common platform for image analysis in the neuroanatomical research community: ImageJ. In particular, a hardware-accelerated 3D visualisation framework was developed for ImageJ which extends its limited 3D visualisation capabilities. It is used for the development of a novel semi-automatic segmentation method, which implements automatic surface growing based on user-provided seed points. Template surfaces, incorporated with a modified variant of an active surface model, complement the segmentation. An automatic nonrigid warping algorithm is applied, based on point correspondences established through the extracted surfaces. Finally, I show how the individual steps can be fully automated, and demonstrate its application for the successful registration of fly brain images. The new tools are freely available as ImageJ plugins. I compare the results obtained by the introduced methods with the output of the VIB Protocol and conclude that our methods reduce the required effort five to ten fold. Furthermore, reproducibility and accuracy are enhanced using the proposed tools.
N2  - Expressionsmuster genetisch manipulierter Fliegenstämme machen den Großteil neuroanatomischer Daten aus, wie sie in der Gehirnforschung der Taufliege Drosophila melanogaster entstehen. Das Drosophila Standardgehirn wurde u.a. entwickelt, um die Integration dieser Daten in ein einheitliches Referenz-Koordinatensystem zu ermöglichen. Die Arbeit mit dem Standardgehirn erfordert hochentwickelte Bildverarbeitungsmethoden, u.a. zur 3D Visualisierung, Segmentierung und Registrierung. Das bereits publizierte "VIB Protocol" stellte bisher eine Möglichkeit für die Registrierung zur Verfügung, die aber duch die Notwendigkeit manueller Segmentierung bestimmter Neuropile nur eingeschränkt verwendbar war. In der vorliegenden Arbeit stelle ich neue Werkzeuge vor, die den Umgang mit dem Standardgehirn erleichtern. Sie sind in ein bekanntes, offenes Bildverarbeitungsprogramm integriert, das potentiell als Standardsoftware in der neuroanatomischen Forschung dienen kann: ImageJ. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine hardwarebeschleunigte 3D Visualisierungs-Bibliothek entwickelt, die die Visualisierungsmöglichkeiten von ImageJ ergänzt. Auf Basis dieser Entwicklung wurde anschließend ein neuer halbautomatischer Segmentierungs-Algorithmus erstellt. In diesem Algorithmus werden Neuropil-Oberflächen, ausgehend von ausgewählten Ausgangspunkten, aufgebaut und erweitert. Vorlagen von Neuropil-Oberflächen aus der Segmentierung eines Referenz-Datensatzes, die anhand eines modifizierten "Active Surface" Modells einbezogen werden können, ergänzen die aktuelle Segmentierung. Die so erhaltenen Oberflächen ermöglichen es, korrespondierende Landmarken in den Bildern zu ermitteln, die für eine nicht-rigide Registrierung verwendet werden. Schließlich wird dargelegt, wie die einzelnen Schritte voll automatisiert werden können, um die Bilder der Fliegengehirne aufeinander abzubilden. Die vorgestellten Methoden sind frei als Erweiterungen für ImageJ verfügbar (Plugins). Ein direkter Vergleich mit dem VIB Protokoll zeigt, dass durch die vorgestellten Methoden nicht nur der Benutzeraufwand auf ein Sechstel reduziert, sondern dass gleichzeitig auch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erhöht wird.
KW  - Taufliege
KW  - Segmentierung
KW  - Bildverarbeitung
KW  - Gehirn
KW  - Drosophila
KW  - Gehirnanatomie
KW  - Konfokalmikroskopie
KW  - Deformable models
KW  - Drosophila
KW  - brain anatomy
KW  - confocal microscopy
KW  - deformable models
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51490
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weidner, Magdalena Theodora
T1  - Brain serotonin throughout development - for better and for worse
T1  - Der Effekt von Serotonin im sich entwickelnden Gehirn - in guten wie in schlechten Tagen
N2  - The work presented in this thesis covers the effects of early-life adversity in the context of altered serotonin (5-HT; 5-hydroxytryptamine) system functioning in mice. The main body is focussing on a screening approach identifying molecular processes, potentially involved in distinct behavioural manifestations that emerge from or are concomitant with early adversity and, with regard to some behavioural manifestations, dependent on the functioning of the 5-HT system.
N2  - Diese Arbeit berichtet Ergebnisse der umfassenden Erforschung des Einflusses von aversiven Bedingungen während der pränatalen und frühkindlichen Entwicklungsphase, unter dem Einfluss genetischer Variationen des serotonergen (5-HT, 5-Hydroxytryptamin) Systems, im Mausmodel. Der Hauptfokus der Thesis lag bei der hypothesenfreien Untersuchung der Konsequenzen, die durch den kombinierten Effekt aversiver Bedingungen, und genetischer Prädisposition ausgelöst werden, sowie, final, der Ermittlung potentieller Kandidatengene, die an der Manifestierung verhaltensbezogener Konsequenzen beteiligt sein können sowie durch epigenetische Mechanismen reguliert werden.
KW  - Gehirn
KW  - Serotonin
KW  - Entwicklung
KW  - Stress
KW  - epigenetics
KW  - early-life stress
KW  - rodent model
KW  - behaviour
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163345
SN  - 978-94-6233-940-8
N1  - This document is also published by the University library Maastricht. Maastricht University holds the same rights as University of Würzburg
PB  - Magdalena T. Weidner
CY  - Maastricht, the Netherlands
ER  -