Augmented nitric oxide production and up-regulation of endothelial nitric oxide synthase during cecal ligation and perforation

Nitric oxide (NO) has been pointed out as being the main mediator involved in the hypotension and tissue injury taking place during sepsis. This study aimed to investigate the cellular mechanisms implicated in the acetylcholine (ACh)-induced relaxation detected in aortic rings isolated from rats submitted to cecal ligation and perforation (CLP group), 6 h post-CLP. The mean arterial pressure was recorded, and the concentration-effect curves for ACh were constructed for endothelium-intact aortic rings in the absence (control) or after incubation with one of the following NO synthase inhibitors: L-NAME (non-selective), L-NNA (more selective for eNOS), 7-nitroindazole (more selective for nNOS), or 1400W (selective for iNOS). The NO concentration was determined by using confocal microscopy. The protein expression of the NOS isoforms was quantified by Western blot analysis. The prostacyclin concentration was indirectly analyzed on the basis of 6-keto-prostaglandin F-1 alpha (6-keto-PGF(1 alpha)) levels measured by enzyme immunoassay. There were no differences between Sham- and CLP-operated rats in terms of the relaxation induced by acetylcholine. However, the NOS inhibitors reduced this relaxation in both groups, but this effect remained more pronounced in the CLP group as compared to the Sham group. The acetylcholine-induced NO production was higher in the rat aortic endothelial cells of the CLP group than in those of the Sham group. eNOS protein expression was larger in the CLP group, but the iNOS protein was not verified in any of the groups. The basal 6-keto-PGF(1 alpha) levels were higher in the CLP group, but the acetylcholine-stimulated levels did not increase in CLP as much as they did in the Sham group. Taken together, our results show that the augmented NO production in sepsis syndrome elicited by cecal ligation and perforation is due to eNOS up-regulation and not to iNOS. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Ethanol induces vascular relaxation via redox-sensitive and nitric oxide-dependent pathways

We investigated the role of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) in ethanol-induced relaxation. Vascular reactivity experiments showed that ethanol (0.03-200 mmol/L) induced relaxation in endothelium-intact and denuded rat aortic rings isolated from male Wistar rats. Pre-incubation of intact or denuded rings with L-NAME (non selective NOS inhibitor, 100 mu mol/L), 7-nitroindazole (selective nNOS inhibitor, 100 mu mol/L), ODQ (selective inhibitor of guanylyl cyclase enzyme, I mu mol/L), glibenclamide (selective blocker of ATP-sensitive K+ channels, 3 mu mol/L) and 4-aminopyridine (selective blocker of voltage-dependent K+ channels, 4-AP, 1 mmol/L) reduced ethanol-induced relaxation. Similarly, tiron (superoxide anion (O-2(-)) scavenger, 1 mmol/L) and catalase (hydrogen peroxide (H2O2) scavenger, 300 U/mL) reduced ethanol-induced relaxation to a similar extent in both endothelium-intact and denuded rings. Finally, prodifen (non-selective cytochrome P450 enzymes inhibitor, 10 mu mol/L) and 4-methylpyrazole (selective alcohol dehydrogenase inhibitor, 10 mu mol/L) reduced ethanol-induced relaxation. In cultured aortic vascular smooth muscle cells (VSMCs), ethanol stimulated generation of NO, which was significantly inhibited by L-NAME. In endothelial cells, flow cytometry studies showed that ethanol increased cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]c), O-2(-) and cytosolic NO concentration ([NO]c). Tiron inhibited ethanol-induced increase in [Ca-2]c and [NO]c. The major new finding of this work is that ethanol induces relaxation via redox-sensitive and NO-cGMP-dependent pathways through direct effects on ROS production and NO signaling. These findings identify putative molecular mechanisms whereby ethanol, at pharmacological concentrations, influences vascular reactivity. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Neuronal NOS Inhibitor and Conventional Antidepressant Drugs Attenuate Stress-induced Fos Expression in Overlapping Brain Regions

Recent evidence indicates that the administration of inhibitors of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) induces antidepressant-like effects in animal models such as the forced swimming test (FST). However, the neural circuits involved in these effects are not yet known. Therefore, this study investigated the expression of Fos protein, a marker of neuronal activity, in the brain of rats submitted to FST and treated with the preferential nNOS inhibitor, 7-nitroindazole (7-NI), or with classical antidepressant drugs (Venlafaxine and Fluoxetine). Male Wistar rats were submitted to a forced swimming pretest (PT) and, immediately after, started receiving a sequence of three ip injections (0, 5, and 23 h after PT) of Fluoxetine (10 mg/kg), Venlafaxine (10 mg/kg), 7-NI (30 mg/kg) or respective vehicles. One hour after the last drug injection the animals were submitted to the test session, when immobility time was recorded. After the FST they were sacrificed and had their brains removed and processed for Fos immunohistochemistry. Independent group of non-stressed animals received the same drug treatments, or no treatment (naive). 7-NI, Venlafaxine or Fluoxetine reduced immobility time in the FST, an antidepressant-like effect. None of the treatments induce significant changes in Fos expression per se. However, swimming stress induced significant increases in Fos expression in the following brain regions: medial prefrontal cortex, nucleus accumbens, locus coeruleus, raphe nuclei, striatum, hypothalamic nucleus, periaqueductal grey, amygdala, habenula, paraventricular nucleus of hypothalamus, and bed nucleus of stria terminalis. This effect was attenuated by 7-NI, Venlafaxine or Fluoxetine. These results show that 7-NI produces similar behavioral and neuronal activation effects to those of typical antidepressants, suggesting that these drugs share common neurobiological substrates.

Inhibition of the NMDA receptor/Nitric Oxide pathway in the dorsolateral periaqueductal gray causes anxiolytic-like effects in rats submitted to the Vogel conflict test

Abstract Background Several studies had demonstrated the involvement of the dorsolateral portion of periaqueductal grey matter (dlPAG) in defensive responses. This region contains a significant number of neurons containing the enzyme nitric oxide synthase (NOS) and previous studies showed that non-selective NOS inhibition or glutamate NMDA-receptor antagonism in the dlPAG caused anxiolytic-like effects in the elevated plus maze. Methods In the present study we verified if the NMDA/NO pathway in the dlPAG would also involve in the behavioral suppression observed in rats submitted to the Vogel conflict test. In addition, the involvement of this pathway was investigated by using a selective nNOS inhibitor, Nω-propyl-L-arginine (N-Propyl, 0.08 nmol/200 nL), a NO scavenger, carboxy-PTIO (c-PTIO, 2 nmol/200 nL) and a specific NMDA receptor antagonist, LY235959 (4 nmol/200 nL). Results Intra-dlPAG microinjection of these drugs increased the number of punished licks without changing the number of unpunished licks or nociceptive threshold, as measure by the tail flick test. Conclusion The results indicate that activation of NMDA receptors and increased production of NO in the dlPAG are involved in the anxiety behavior displayed by rats in the VCT.

Retinal cell death induced by TRPV1 activation involves NMDA signaling and upregulation of nitric oxide synthases

The activation of the transient receptor potential vanilloid type 1 channel (TRPV1) has been correlated with oxidative and nitrosative stress and cell death in the nervous system. Our previous results indicate that TRPV1 activation in the adult retina can lead to constitutive and inducible nitric oxide synthase-dependent protein nitration and apoptosis. In this report, we have investigated the potential effects of TRPV1 channel activation on nitric oxide synthase (NOS) expression and function, and the putative participation of ionotropic glutamate receptors in retinal TRPV1-induced protein nitration, lipid peroxidation, and DNA fragmentation. Intravitreal injections of the classical TRPV1 agonist capsaicin up-regulated the protein expression of the inducible and endothelial NOS isoforms. Using 4,5-diaminofluorescein diacetate for nitric oxide (NO) imaging, we found that capsaicin also increased the production of NO in retinal blood vessels. Processes and perikarya of TRPV1-expressing neurons in the inner nuclear layer of the retina were found in the vicinity of nNOS-positive neurons, but those two proteins did not colocalize. Retinal explants exposed to capsaicin presented high protein nitration, lipid peroxidation, and cell death, which were observed in the inner nuclear and plexiform layers and in ganglion cells. This effect was partially blocked by AP-5, a NMDA glutamate receptor antagonist, but not by CNQX, an AMPA/kainate receptor antagonist. These data support a potential role for TRPV1 channels in physiopathological retinal processes mediated by NO, which at least in part involve glutamate release.

Daily cycling of nitric oxide synthase (NOS) in the hippocampus of pigeons (C. livia)

Abstract: Background: Nitric oxide synthase (NOS) is essential for the synthesis of nitric oxide (NO), a non-conventional neurotransmitter with an important role in synaptic plasticity underlying processes of hippocampus-dependent memory and in the regulation of biological clocks and circadian rhythms. Many studies have shown that both the NOS cytosolic protein content and its enzymatic activity present a circadian variation in different regions of the rodent brain, including the hippocampus. The present study investigated the daily variation of NOS enzymatic activity and the cytosolic content of nNOS in the hippocampus of pigeons. Results: Adult pigeons kept under a skeleton photoperiod were assigned to six different groups. Homogenates of the hippocampus obtained at six different times-of-day were used for NOS analyses. Both iNOS activity and nNOS cytosolic protein concentrations were highest during the subjective light phase and lowest in the subjective dark phase of the circadian period. ANOVA showed significant time differences for iNOS enzymatic activity (p < 0.05) and for nNOS protein content (p < 0.05) in the hippocampus. A significant daily rhythm for both iNOS and nNOS was confirmed by analysis with the Cosinor method (p < 0.05). The present findings indicate that the enzymatic activity of iNOS and content of nNOS protein in the hippocampus of pigeons exhibit a daily rhythm, with acrophase values occurring during the behavioral activity phase. Conclusions: The data corroborate the reports on circadian variation of NOS in the mammalian hippocampus and can be considered indicative of a dynamic interaction between hippocampus-dependent processes and circadian clock mechanisms.

Daily cycling of nitric oxide synthase (NOS) in the hippocampus of pigeons (C. livia)

Background: Nitric oxide synthase (NOS) is essential for the synthesis of nitric oxide (NO), a non-conventional neurotransmitter with an important role in synaptic plasticity underlying processes of hippocampus-dependent memory and in the regulation of biological clocks and circadian rhythms. Many studies have shown that both the NOS cytosolic protein content and its enzymatic activity present a circadian variation in different regions of the rodent brain, including the hippocampus. The present study investigated the daily variation of NOS enzymatic activity and the cytosolic content of nNOS in the hippocampus of pigeons. Results: Adult pigeons kept under a skeleton photoperiod were assigned to six different groups. Homogenates of the hippocampus obtained at six different times-of-day were used for NOS analyses. Both iNOS activity and nNOS cytosolic protein concentrations were highest during the subjective light phase and lowest in the subjective dark phase of the circadian period. ANOVA showed significant time differences for iNOS enzymatic activity (p < 0.05) and for nNOS protein content (p < 0.05) in the hippocampus. A significant daily rhythm for both iNOS and nNOS was confirmed by analysis with the Cosinor method (p < 0.05). The present findings indicate that the enzymatic activity of iNOS and content of nNOS protein in the hippocampus of pigeons exhibit a daily rhythm, with acrophase values occurring during the behavioral activity phase. Conclusions: The data corroborate the reports on circadian variation of NOS in the mammalian hippocampus and can be considered indicative of a dynamic interaction between hippocampus-dependent processes and circadian clock mechanisms.

Models for the study of neuronal activity during cognitive tasks

Assessment of brain connectivity among different brain areas during cognitive or motor tasks is a crucial problem in neuroscience today. Aim of this research study is to use neural mass models to assess the effect of various connectivity patterns in cortical EEG power spectral density (PSD), and investigate the possibility to derive connectivity circuits from EEG data. To this end, two different models have been built. In the first model an individual region of interest (ROI) has been built as the parallel arrangement of three populations, each one exhibiting a unimodal spectrum, at low, medium or high frequency. Connectivity among ROIs includes three parameters, which specify the strength of connection in the different frequency bands. Subsequent studies demonstrated that a single population can exhibit many different simultaneous rhythms, provided that some of these come from external sources (for instance, from remote regions). For this reason in the second model an individual ROI is simulated only with a single population. Both models have been validated by comparing the simulated power spectral density with that computed in some cortical regions during cognitive and motor tasks. Another research study is focused on multisensory integration of tactile and visual stimuli in the representation of the near space around the body (peripersonal space). This work describes an original neural network to simulate representation of the peripersonal space around the hands, in basal conditions and after training with a tool used to reach the far space. The model is composed of three areas for each hand, two unimodal areas (visual and tactile) connected to a third bimodal area (visual-tactile), which is activated only when a stimulus falls within the peripersonal space. Results show that the peripersonal space, which includes just a small visual space around the hand in normal conditions, becomes elongated in the direction of the tool after training, thanks to a reinforcement of synapses.

Peripheral arterial disease and diabetes: effects on endothelial progenitor cell differentiation and nitric oxide metabolism

In the recent years it is emerged that peripheral arterial disease (PAD) has become a growing health problem in Western countries. This is a progressive manifestation of atherothrombotic vascular disease, which results into the narrowing of the blood vessels of the lower limbs and, as final consequence, in critical leg ischemia. PAD often occurs along with other cardiovascular risk factors, including diabetes mellitus (DM), low-grade inflammation, hypertension, and lipid disorders. Patients with DM have an increased risk of developing PAD, and that risk increases with the duration of DM. Moreover, there is a growing population of patients identified with insulin resistance (IR), impaired glucose tolerance, and obesity, a pathological condition known as “metabolic syndrome”, which presents increased cardiovascular risk. Atherosclerosis is the earliest symptom of PAD and is a dynamic and progressive disease arising from the combination of endothelial dysfunction and inflammation. Endothelial dysfunction is a broad term that implies diminished production or availability of nitric oxide (NO) and/or an imbalance in the relative contribution of endothelium-derived relaxing factors. The secretion of these agents is considerably reduced in association with the major risks of atherosclerosis, especially hyperglycaemia and diabetes, and a reduced vascular repair has been observed in response to wound healing and to ischemia. Neovascularization does not only rely on the proliferation of local endothelial cells, but also involves bone marrow-derived stem cells, referred to as endothelial progenitor cells (EPCs), since they exhibit endothelial surface markers and properties. They can promote postnatal vasculogenesis by homing to, differentiating into an endothelial phenotype, proliferating and incorporating into new vessels. Consequently, EPCs are critical to endothelium maintenance and repair and their dysfunction contributes to vascular disease. The aim of this study has been the characterization of EPCs from healthy peripheral blood, in terms of proliferation, differentiation and function. Given the importance of NO in neovascularization and homing process, it has been investigated the expression of NO synthase (NOS) isoforms, eNOS, nNOS and iNOS, and the effects of their inhibition on EPC function. Moreover, it has been examined the expression of NADPH oxidase (Nox) isoforms which are the principal source of ROS in the cell. In fact, a number of evidences showed the correlation between ROS and NO metabolism, since oxidative stress causes NOS inactivation via enzyme uncoupling. In particular, it has been studied the expression of Nox2 and Nox4, constitutively expressed in endothelium, and Nox1. The second part of this research was focused on the study of EPCs under pathological conditions. Firstly, EPCs isolated from healthy subject were cultured in a hyperglycaemic medium, in order to evaluate the effects of high glucose concentration on EPCs. Secondly, EPCs were isolated from the peripheral blood of patients affected with PAD, both diabetic or not, and it was assessed their capacity to proliferate, differentiate, and to participate to neovasculogenesis. Furthermore, it was investigated the expression of NOS and Nox in these cells. Mononuclear cells isolated from peripheral blood of healthy patients, if cultured under differentiating conditions, differentiate into EPCs. These cells are not able to form capillary-like structures ex novo, but participate to vasculogenesis by incorporation into the new vessels formed by mature endothelial cells, such as HUVECs. With respect to NOS expression, these cells have high levels of iNOS, the inducible isoform of NOS, 3-4 fold higher than in HUVECs. While the endothelial isoform, eNOS, is poorly expressed in EPCs. The higher iNOS expression could be a form of compensation of lower eNOS levels. Under hyperglycaemic conditions, both iNOS and eNOS expression are enhanced compared to control EPCs, as resulted from experimental studies in animal models. In patients affected with PAD, the EPCs may act in different ways. Non-diabetic patients and diabetic patients with a higher vascular damage, evidenced by a higher number of circulating endothelial cells (CECs), show a reduced proliferation and ability to participate to vasculogenesis. On the other hand, diabetic patients with lower CEC number have proliferative and vasculogenic capacity more similar to healthy EPCs. eNOS levels in both patient types are equivalent to those of control, while iNOS expression is enhanced. Interestingly, nNOS is not detected in diabetic patients, analogously to other cell types in diabetics, which show a reduced or no nNOS expression. Concerning Nox expression, EPCs present higher levels of both Nox1 and Nox2, in comparison with HUVECs, while Nox4 is poorly expressed, probably because of uncompleted differentiation into an endothelial phenotype. Nox1 is more expressed in PAD patients, diabetic or not, than in controls, suggesting an increased ROS production. Nox2, instead, is lower in patients than in controls. Being Nox2 involved in cellular response to VEGF, its reduced expression can be referable to impaired vasculogenic potential of PAD patients.

Untersuchungen von intrazellulären Signalwegen bei neuraler Determinierung und Differenzierung in vitro: Einfluß von GAP-43 und Bcl-2

Die PCC7-Mz1-Zellinie stellt ein geeignetes Modell dar, um frühe neurale Determinierungs- und Differenzierungsprozesse unter kontrollierten Bedingungen in vitro zu untersuchen. Aus pluripotenten Stammzellen entwickelt sich nach Behandlung mit dem Morphogen Retinsäure (RA) ein stabiles Muster aus Neuronen, Fibroblasten und Astroglia-Zellen. Parallel stirbt ein reproduzierbarer Anteil der Kultur apoptotisch. Zur näheren Aufklärung der molekularen Vorgänge während der neuralen Entwicklung wurde der Einfluß von zwei Schlüsselmolekülen - dem Proteinkinase C Substrat (PKC) GAP-43 sowie dem antiapoptotischen Bcl-2 Protein - auf die neurale Differenzierung und die damit assoziierten Apoptoseereignisse der PCC7-Mz1-Zellen untersucht. Dazu wurden stabile Zellinien, die eine Überexpression von GAP-43 bzw. von Bcl-2 aufwiesen, hergestellt. GAP-43In PCC7-Mz1-Zellen wurde die Expression von GAP-43 sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Ebene innerhalb von 24 Stunden nach Zugabe von RA hochreguliert. GAP-43 war bereits in noch proliferierenden neuronalen Vorläuferzellen als Substrat für PKC und als Interaktionspartner von Calmodulin funktionell. Die Überexpression von GAP-43 in PCC7-Mz1-Zellen förderte die Ausprägung des neuronalen Phänotyps. Das Differenzierungspotential der Mz-GAP-43 Klone war eingeschränkt, da sich nach Induktion mit RA aus den Stammzellen nur noch Neurone, aber keine Fibroblasten und Astroglia-Zellen mehr entwickelten. Die Determinierung für das neuronale Entwicklungsschicksal war in den Mz-GAP-43 Klonen stärker fortgeschritten als in MzN-Klonen, die durch Subklonierung aus PCC7-Mz1-Zellen generiert wurden, da die GAP-43 überexprimierenden Zellen durch Wachstum auf Laminin nicht in den pluripotenten Phänotyp revertiert werden konnten. Aufgrund der Interaktion zwischen GAP-43 und Calmodulin in Stammzellen der Mz-GAP-43 Klone kann man vermuten, daß die neuronalen Determinierungsprozesse über Ca2+/Calmodulin-abhängige Signalwege verlaufen. Da das Gen für den Transkriptionsfaktor NCNF (

Untersuchungen zur Zell-Transistor-Kopplung mittels der Voltage-Clamp-Technik

Untersuchungen zur Zell-Transistor Kopplung mittels der Voltage-Clamp TechnikIn der vorliegenden Arbeit wird die extrazelluläre Einkopplung elektrischer Signale von Zellen in Transistoren hinsichtlich der an der Kopplung beteiligten Parameter untersucht. Dafür werden Zellen aus Primärkulturen und von Zell-Linien direkt auf den aktiven Sensorflächen der hergestellten Chips kultiviert. Für die Experimente werden n- und p-Kanal Feldeffekttransistoren (FET) sowie Extended-Gate-Elektroden (EGE) mit Gold- und Titanoberflächen entwickelt.Zur Untersuchung der Kopplungseigenschaften werden die neuronale Zell-Linie SH-SY5Y, die humane Endothel Zell-Linie EA.hy-926 sowie als Primärzellen hippocampale Neuronen und Kardiomyozyten embryonaler und neonataler Ratten eingesetzt. Die Voltage-Clamp Technik erlaubt die Untersuchung spannungsgesteuerter Ionenkanäle in der Zellmembran. Maßgebend für den Signalverlauf des extrazellulär eingekoppelten Signals ist der Ionenstrom von Na+, K+ und Ca2+ durch die Membran im Kontaktbereich zwischen Zelle und Sensor.Die Kopplung kann elektrisch mithilfe eines Ersatzschaltkreises beschrieben werden, der alle beteiligten elektrischen Größen der Membran und der Ionenströme, sowie die Parameter des Kontaktbereichs und des Sensors enthält.Die Simulation der extrazellulären Signale zeigt, dass die beobachteten Signalformen nur durch eine Erhöhung der Ionenkanaldichten und dadurch einer deutlich vergrößerten Leitfähigkeit der Ionenarten im Kontaktbereich gegenüber der freien Membran erklärt werden können.

Quantitative Untersuchungen zur mRNA-Expression verschiedener Neurotransmitterrezeptoren im Verlauf der neuronalen Entwicklung der Zellinie PCC7-Mz1

Die murine embryonale Karzinomazellinie PCC7-Mz1 stellt ein Modell neuronaler Entwicklung dar, da nach RA-Gabe eine Differenzierung in neuronale, gliale und fibroblastoide Phänotypen erfolgt. Um die Expression von Neurotransmitterrezeptoren während der neuronalen Entwicklung zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit eine quantitative Analyse der Expression verschiedener Neurotransmitterrezeptoren im Verlauf der RA-induzierten Differenzierung der PCC7-Mz1 Zellen durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde eine kompetitive RT-PCR eingesetzt. Als Kompetitor wurde ein synthetisches Gen ( SG) konstruiert, das sich aus den Antisense- und Sense-Primersequenzen zur spezifischen Amplifikation des Dopaminrezeptors D2, des Serotoninrezeptors 5HT3, der GABAA-Untereinheiten ß1 und ß3, der metabotropen Glutamatrezeptoren mGluR1 und mGluR5, der 5 NMDA-Rezeptoruntereinheiten 1,2a,2b,2c und 2d, der Markerproteine Synaptophysin und GFAP, und der Untereinheiten a3, a4 und a7 des nikotinischen Acetylcholinrezeptors zusammensetzt. Mit diesem SG erfolgten die Quantifizierungen der Rezeptor-mRNA im Sättigungsbereich der PCR. Die erhaltenen Transkriptmengen wurden auf ein Neuron bezogen, wodurch eine Korrelation zur neuronalen Entwicklung erfolgen konnte.

Zu Problemen der Flüssigszintillationsspektroskopie bei Transactiniden-Experimenten

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich vorwiegend mit Detektionsproblemen, die bei Experimenten zur Chemie der Transactiniden mit dem schnellen Flüssig-Flüssig-Extraktionssystem SISAK auftraten. Bei diesen Experimenten wird als Detektionsmethode die Flüssigszintillationsspektroskopie (LSC) eingesetzt. Es werden Szintillationspulse registriert, die für das verursachende Teilchen charakteristische Formen zeigen, die unterschieden werden müssen. Am Beispiel der Auswertung des SISAK-Experimentes zur Chemie des Rutherfordiums vom November 1998 wurde gezeigt, dass es mit den herkömmlichen Verfahren zur Pulsformdiskriminierung nicht möglich ist, die aus dem Zerfall der Transactiniden stammenden alpha-Ereignisse herauszufiltern. Ursache dafür ist ein hoher Untergrund, der in erster Linie von beta/gamma-Teilchen, Spaltfragmenten und pile ups verursacht wird. Durch die Verfügbarkeit von Transientenrecordern ergeben sich neue Möglichkeiten für eine digitale Pulsformdiskriminierung. In dieser Arbeit wird erstmals die Methode der digitalen Pulsformdiskriminierung mit künstlichen neuronalen Netzen (PSD-NN) vorgestellt. Es wurde im Zuge der Auswertung des SISAK-Experimentes vom Februar 2000 gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, Pulsformen automatisch richtig zu klassifizieren. Es ergeben sich nahezu untergrundfreie alpha-Flüssigszintillationsspektren. Es werden Vor- und Nachteile der neuen Methode diskutiert. Es ist dadurch möglich geworden, in SISAK-Experimenten Transactinidenatome anhand ihres Zerfalls eindeutig zu charakterisieren. Das SISAK-System kann somit bei Experimenten zum Studium des chemischen Verhaltens von Transactiniden in flüssiger Phase eingesetzt werden.____

Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit eines Bewegungsdetektors auf der Basis von Zapfenerregungen beim Menschen

Die Detektion von Bewegung stellt eine der fundamentalsten Fähigkeiten der visuellen Wahrnehmung dar. Um zu klären, ob das System zur Bewegungswahrnehmung Eingang nur durch einen Zapfentyp erhält, oder ob eine Kombination von verschiedenen Zapfentypen vorliegt, wurde eine rotierende zwei-armige archimedische Spiralscheibe verwendet (reale Bewegung), bei der sich Spirale und Hintergrund farblich unterschieden. Durch Veränderung der Intensität farbiger Leuchtstoffröhren konnte eine Beleuchtungssituation geschaffen werden, bei der die (radiale) Bewegung der Spirale nicht mehr wahrgenommen werden konnte, obwohl Spirale und Hintergrund farblich verschieden waren. Die Bestimmung der Zapfenerregungen im 3-D Rezeptorraum ließ einen Beitrag sowohl des L– als auch des M-Zapfens bei normalsichtigen Trichromaten (dominiert durch L), jedoch einen alleinigen Beitrag des M-Zapfens bei Protanopen erkennen. Die Ermittlung der spektralen Empfindlichkeit basierend auf einer Vektor Analyse im 3D-Rezeptorraum zeigte schließlich, dass dem neuronalen Bewegungsdetektor ein additiver Beitrag des L- und M-Zapfens, in Übereinstimmung mit der Hellempfindlichkeitsfunktion (Vλ), zugrunde liegt. Als Ergebnis schreiben wir die Detektion von Objektbewegung einem farbenblinden Mechanismus zu. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Magnozelluläre-Kanal das neuronale Substrat dieses Bewegungsdetektors repräsentiert.

Modeling surface-atmosphere exchange of trace gases and energy within and above the Amazon rain forest

Die vorliegende Dissertation untersucht die biogeochemischen Vorgänge in der Vegetationsschicht (Bestand) und die Rückkopplungen zwischen physiologischen und physikalischen Umweltprozessen, die das Klima und die Chemie der unteren Atmosphäre beeinflussen. Ein besondere Schwerpunkt ist die Verwendung theoretischer Ansätze zur Quantifizierung des vertikalen Austauschs von Energie und Spurengasen (Vertikalfluss) unter besonderer Berücksichtigung der Wechselwirkungen der beteiligten Prozesse. Es wird ein differenziertes Mehrschicht-Modell der Vegetation hergeleitet, implementiert, für den amazonischen Regenwald parametrisiert und auf einen Standort in Rondonia (Südwest Amazonien) angewendet, welches die gekoppelten Gleichungen zur Energiebilanz der Oberfläche und CO2-Assimilation auf der Blattskala mit einer Lagrange-Beschreibung des Vertikaltransports auf der Bestandesskala kombiniert. Die hergeleiteten Parametrisierungen beinhalten die vertikale Dichteverteilung der Blattfläche, ein normalisiertes Profil der horizontalen Windgeschwindigkeit, die Lichtakklimatisierung der Photosynthesekapazität und den Austausch von CO2 und Wärme an der Bodenoberfläche. Desweiteren werden die Berechnungen zur Photosynthese, stomatären Leitfähigkeit und der Strahlungsabschwächung im Bestand mithilfe von Feldmessungen evaluiert. Das Teilmodell zum Vertikaltransport wird im Detail unter Verwendung von 222-Radon-Messungen evaluiert. Die ``Vorwärtslösung'' und der ``inverse Ansatz'' des Lagrangeschen Dispersionsmodells werden durch den Vergleich von beobachteten und vorhergesagten Konzentrationsprofilen bzw. Bodenflüssen bewertet. Ein neuer Ansatz wird hergeleitet, um die Unsicherheiten des inversen Ansatzes aus denjenigen des Eingabekonzentrationsprofils zu quantifizieren. Für nächtliche Bedingungen wird eine modifizierte Parametrisierung der Turbulenz vorgeschlagen, welche die freie Konvektion während der Nacht im unteren Bestand berücksichtigt und im Vergleich zu früheren Abschätzungen zu deutlich kürzeren Aufenthaltszeiten im Bestand führt. Die vorhergesagte Stratifizierung des Bestandes am Tage und in der Nacht steht im Einklang mit Beobachtungen in dichter Vegetation. Die Tagesgänge der vorhergesagten Flüsse und skalaren Profile von Temperatur, H2O, CO2, Isopren und O3 während der späten Regen- und Trockenzeit am Rondonia-Standort stimmen gut mit Beobachtungen überein. Die Ergebnisse weisen auf saisonale physiologische Änderungen hin, die sich durch höhere stomatäre Leitfähigkeiten bzw. niedrigere Photosyntheseraten während der Regen- und Trockenzeit manifestieren. Die beobachteten Depositionsgeschwindigkeiten für Ozon während der Regenzeit überschreiten diejenigen der Trockenzeit um 150-250%. Dies kann nicht durch realistische physiologische Änderungen erklärt werden, jedoch durch einen zusätzlichen cuticulären Aufnahmemechanismus, möglicherweise an feuchten Oberflächen. Der Vergleich von beobachteten und vorhergesagten Isoprenkonzentrationen im Bestand weist auf eine reduzierte Isoprenemissionskapazität schattenadaptierter Blätter und zusätzlich auf eine Isoprenaufnahme des Bodens hin, wodurch sich die globale Schätzung für den tropischen Regenwald um 30% reduzieren würde. In einer detaillierten Sensitivitätsstudie wird die VOC Emission von amazonischen Baumarten unter Verwendung eines neuronalen Ansatzes in Beziehung zu physiologischen und abiotischen Faktoren gesetzt. Die Güte einzelner Parameterkombinationen bezüglich der Vorhersage der VOC Emission wird mit den Vorhersagen eines Modells verglichen, das quasi als Standardemissionsalgorithmus für Isopren dient und Licht sowie Temperatur als Eingabeparameter verwendet. Der Standardalgorithmus und das neuronale Netz unter Verwendung von Licht und Temperatur als Eingabeparameter schneiden sehr gut bei einzelnen Datensätzen ab, scheitern jedoch bei der Vorhersage beobachteter VOC Emissionen, wenn Datensätze von verschiedenen Perioden (Regen/Trockenzeit), Blattentwicklungsstadien, oder gar unterschiedlichen Spezies zusammengeführt werden. Wenn dem Netzwerk Informationen über die Temperatur-Historie hinzugefügt werden, reduziert sich die nicht erklärte Varianz teilweise. Eine noch bessere Leistung wird jedoch mit physiologischen Parameterkombinationen erzielt. Dies verdeutlicht die starke Kopplung zwischen VOC Emission und Blattphysiologie.