Der Einfluss von Neuropeptid Y auf die Glukoseaufnahme im dorsalen Tectum opticum während visueller Stimulation der Unke Bombina orientalis: Quantitative Analyse mit Hilfe der 14C-2-Desoxiglukose-Technik

(1) Neuropeptid Y (NPY), einer der häufigsten peptidergen Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem der Säuger, ist an der Steuerung zahlreicher physiologischer Prozesse beteiligt. Auch Amphibien weisen eine verstärkte NPY-Immunreaktivität im Zentralnervensystem auf. Im Hinblick auf bereits gewonnene Erkenntnisse sollte in der vorliegenden Arbeit eine Modulierbarkeit retino-tectaler Aktivität durch Neuropeptid Y an der chinesischen Rotbauchunke (Bombina orientalis) überprüft und erstmals mit Hilfe der 14[C]-2-Desoxiglukose-Methode (14C-2DG) (Sokoloff et al. 1977) quantitativ analysiert werden. Als Vergleichstier diente die Agakröte (Bufo marinus). Zur Darstellung eines möglichen Effektes auf das Tectum opticum wurde NPY lokal auf die tectale Oberfläche visuell stimulierter Rotbauchunken appliziert. Mit Hilfe der 14C-2DG-Methode und den daraus autoradiographisch ermittelten Daten konnten die zerebralen Aktivitäten visualisiert, quantitativ ausgewertet und miteinander verglichen werden. In einer weiteren Versuchsreihe wurde hinterfragt, welche inhibitorische Wirkung NPY entwickeln kann, wenn zuvor der retinale Input pharmakologisch durch systemische Gabe von Apomorphin (APO) signifikant erhöht wurde. (2) Die 14C-2DG-Methode erlaubt einen Blick in die funktionale Aktivität des Gehirns und ermöglicht es, regional ablaufende physiologische und biochemische Energiestoffwechselprozesse innerhalb des Gehirns quantitativ zu erfassen. Mit Hilfe der 14C-2DG-Methode werden die neuromodulatorischen Wirkungen von NPY kartiert und analysiert. (3) Versuchstiergruppe 1 – Bombina orientalis – unbehandelt Zur Beurteilung pharmakologischer Effekte durch NPY bzw. APO auf den Hirnmetabolismus war es zunächst erforderlich, die Gehirnaktivitäten pharmakologisch unbeeinflusster Tiere nach visueller Reizgabe zu untersuchen. Im Bereich des medialen Mesencephalon wurden die tectalen 14C-2DG-Konzentrationen über zehn Messreihen pro Einzeltier sowohl an der rechten als auch an der linken tectalen Hälfte auf Höhe des ventrolateralen Tectum opticum ermittelt. Beim rechts-links Vergleich zeigen sich gleich verteilte Strahlungsintensitäten. Basierend auf dieser Aussage konnte NPY unilateral auf die tectale Oberfläche aufgebracht und auf seine Wirkung geprüft werden. (4) Versuchstiergruppe 2 – Bombina orientalis – NPY-Applikation Der unilaterale Einsatz von NPY auf die tectale Oberfläche des Versuchstieres bewirkt, dass die unter dem Einfluss von NPY stehende tectale Hälfte, im Gegensatz zur unbehandelten tectalen Hälfte, einen deutlich niedrigeren 14C-2DG-Gebrauch aufweist. Besonders in den oberen Schichten des Tectum opticum (Layer 9) zeigt die 14C-2DG-Methode qualitativ und quantitativ auswertbare Aktivitätsminderungen an. (5) Verhalten unter NPY: Durchschnittlich nach 10 min Versuchsdauer zeigt Bombina orientalis eine deutliche Abnahme in der Beutefangaktivität, die sich gegen Ende der Versuchszeit noch weiter reduziert. (6) Versuchstiergruppe 3 – Bombina orientalis – APO-Applikation Systemisch verabreichtes APO führt bei Bombina orientalis zu einer Verstärkung des retinalen Ausganges in die retino-tectalen Projektionsfelder. Die neuronalen Aktivitäten im Tectum opticum erhöhen sich unter dem Einfluss von APO im Durchschnitt um 40% im Vergleich zu APO-unbehandelten Tieren. (7) Verhalten unter APO: Bombina orientalis zeigt nach systemischer Applikation von APO keine verstärkten stereotypen Schnappreaktionen. Die Tiere reagieren ausschließlich mit Akinese, d.h. einem Ausfall gerichteter Lokomotionen und Orientierungsbewegungen. (8) Versuchstiergruppe 4 – Bombina orientalis – APO/NPY-Applikation Die durch systemisch verabreichtes APO erhöhten retino-tectalen Aktivitäten im Tectum opticum werden unter dem unilateralen Einsatz von NPY deutlich abgeschwächt. Eindeutig niedrigere 14C-2DG-Aufnahmen sind in den oberen Schichten des Tectum opticum messbar, was die starke Wirkung von NPY quantitativ belegt. (9) Versuchstiergruppe 2 – Bufo marinus – NPY-Applikation Der unilaterale Einsatz von NPY auf die tectale Oberfläche von Bufo marinus zeigt ebenfalls, dass die unter dem Einfluss von NPY stehende tectale Hälfte, im Gegensatz zur unbehandelten tectalen Hälfte, einen deutlich niedrigeren 14C-2DG-Gebrauch aufweist. Bufo marinus zeigt aber aufgrund erweiterter Versuchsbedingungen (On-Off-Beleuchtungswechsel) anders verteilte Strahlungsintensitäten über dem Tectum-Querschnitt als Bombina orientalis. Stärkere [14C]-Akkumulationen zeigen sich in den tieferen zentralen Schichten des Tectum opticum. (10) Versuchstiergruppe 4 – Bufo marinus – APO/NPY-Applikation Auch die durch systemisch verabreichtes APO erhöhten retino-tectalen Aktivitäten im Tectum opticum von Bufo marinus werden unter dem unilateralen Einsatz von NPY deutlich abgeschwächt. (11) Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit leisten einen Beitrag zum Einfluss von NPY auf den retino-tectalen Informationstransfer bei Anuren im Sinne einer praetecto-tectalen inhibitorischen Modulation. Im Einklang mit früheren neuroanatomischen, immuncytochemischen und elektro-physiologischen Befunden liefern diese Ergebnisse erstmals ein biochemisches Korrelat auf der Basis des tectalen Energiestoffwechsels. (12) Es ist hervorzuheben, dass NPY-vermittelte inhibitorische Modulationen visuellen Informationstransfers in der vorliegenden Arbeit an Bombina orientalis nachgewiesen wurden, die phylogenetisch zu den ältesten Anuren (Anamnioten) gehört. Vergleichbares ist an verschiedenen Amnioten – einschließlich Primaten – beschrieben worden, was darauf hinweist, dass solche NPY-vermittelten Prozesse sich innerhalb der Tetrapoden relativ früh herausgebildet haben und in der Evolution konserviert worden sind.

Über den Einfluss von Neuropeptid Y auf die Amplitude und die Entladungsrate axonterminaler Aktionspotenziale retinaler Ganglienzellen der Klasse R2 und R3 im Tectum opticum während visueller Stimulation der Rotbauchunke Bombina orientalis

Neuropeptid Y (NPY) ist ein potenter Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem der Mammalia. Es ist an der Regulation einer Vielzahl von physiologischen Prozessen beteiligt und scheint auch im retino-tectalen Transfer des visuellen Systems von Anuren eine zentrale Funktion einzunehmen. Die Retina bildet die erste Funktionseinheit bei der Verarbeitung visuellen Inputs. Für die Weiterverarbeitung sind primär das Tectum opticum (TO) und das Praetectum verantwortlich. Es gilt als wahrscheinlich, dass der praetecto-tectale Transfer durch NPY inhibitorisch moduliert wird und damit wesentlichen Einfluss auf die visuelle Mustererkennung und die Dämpfung der tectalen Erregungsausbreitung hat. Die Applikation von NPY auf die Tectumoberfläche schwächt die anfängliche Erregungswelle visuell evozierter Feldpotenziale stark ab und NPY könnte somit Einfluss auf die Axonendknoten retinaler Ganglienzellen des Typs R2, R3 und auch R4 haben. Es können jedoch keine detaillierten Aussagen gemacht werden welche Neuronen in welchem Umfang daran beteiligt sind. Im Rahmen meiner Arbeit, sollte der Einfluss von NPY auf die Spike-Amplitude und die Spike-Rate retinaler Ganglienzellen R2 und R3 bei Bombina orientalis analysiert werden, da diese den größten Input bei der visuellen Mustererkennung liefern und unterschiedliche Funktionen in diesem neuronalen Netzwerk haben. Hierzu wurden visuell evozierte Aktionspotenziale von R2 und R3 Neuronen im TO von Bombina orientalis abgeleitet und mit Hilfe der Analysesoftware Spike 2 bearbeitet und analysiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Spike-Amplituden der R2 Neuronen 20 min nach NPY Applikation auf die Tectumoberfläche reduziert werden. Nach einer Erholungsphase 10 min nach Beenden der NPY-Applikation konnte ein Wiederanstieg der Spike-Amplituden gemessen werden, 20 min nach Beenden der NPY-Applikation kam es zu einem Abfall der Spike-Amplituden dessen Ursache unbekannt ist. Ob es ein Artefakt ist oder ob es sich hierbei um einen spezifischen Effekt von R2 Neuronen handelt muss noch geklärt werden. Die Spike-Amplituden der R3 Neuronen waren bereits 10 min nach NPY-Applikation reduziert, ein weitere Abfall der Spike-Amplituden konnte nicht verzeichnet werden. 10 min nach Beenden der NPY-Applikation konnte ein Anstieg der Spike-Amplituden verzeichnet werden, der sich stetig fortsetzte. Bei beiden Neuronentypen wurden 20 min nach Beenden der NPY-Applikation Spike-Amplituden nahe der Ausgangsamplitudenhöhe gemessen. Aufgrund des Verlaufes der R3 Neuronen ist davon auszugehen, dass die Feldpotenziale eher durch R3 Neuronen als durch R2 Neuronen beeinflusst werden, da er dem der Feldpotenziale gleicht. Auch bei der Untersuchung der Spike-Raten konnte eine Beeinflussung durch NPY nachgewiesen werden. Die R2 Neuronen zeigten 10 min nach NPY-Applikation einen Abfall der Spike-Raten der sich nach 20 min weiter fortsetzte. 10 min nach Beenden der NPY-Applikation konnte ein Wiederanstieg der Spike-Raten verzeichnet werden der sich stetig fortsetzte, die Werte blieben jedoch deutlich unter den gemessenen Ausgangswerten ohne eine NPY-Beeinflussung. Bei den R3 Neuronen konnte ein Abfall der Spike-Raten deutlich zeitverzögert nachgewiesen werden. 20 min nach Beenden der NPY-Applikation konnte ein Anstieg der Spike-Rate verzeichnet werden, jedoch gab es keine signifikanten Unterschiede der Spike-Raten zu den Werten ohne NPY-Beeinflussung. Der Vergleich der R2 und R3 Neuronen zeigt, dass bei den der R2 Neuronen ein schnellerer Effekt von NPY nachweisbar ist als die den R3 Neuronen. Aufgrund der von mir nachgewiesene NPY-induzierte Spike-Amplitudenabnahme retinaler R2 und R3 Neuronen muss davon ausgegangen werden, dass die Reduktion der Feldpotential durch NPY eher auf den Einfluss anderer Neuronen als R2 und R3 Neuronen zurückzuführen ist. Weder bei den R2 noch bei den R3 Neuronen konnte eine so schnelle und so starke Beeinflussung der Spike- Amplituden verzeichnet werden. Weiterhin zeigen meine Ergebnisse neuronale Bestätigung der von Funke 2005 beschrieben geringeren Strahlungsintensität sowie der geringeren Glukosemetabolisierung bei der 14C-2-Desoxyglukose Technik. Dies ist in der Form nur auf den Einfluss von R2 und R3 Neuronen zurückzuführen. Die von mir erzielten Ergebnisse stützen die Hypothese, dass NPY den retino-tectalen Signaltransfer inhibitorisch steuert einhergehend mit einer reduzierten Ausschüttung des praetectotectalen Transmitters Glutamat und weisen darauf hin, dass NPY über zwei verschiedene second-messenger vermittelte Prozesse diesen Signaltransfer steuert. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass diese nachhaltige Beeinflussung der visuellen Informationsverarbeitung durch NPY bei Bombina orientalis einem phylogenetisch basalen Vertreter der Anuren nachgewiesen werden konnte. Dies lässt den Schluss zu, dass solche grundlegenden neurochemischen Effekte des retino-tectalen Informationsgefüges evolutionär konserviert sind.

Electrocutaneous Stimulation: Principles, Applications and Challenges

IRR Poster 2012

Transcutaneous electrical nerve stimulation and primary dysmenorrhea: a case report

Primary dysmenorrhea is pelvic pain during the menstrual cycle. The A delta and C fibers aresensitized by the increased release of prostaglandins and leukotrienes, thus causing pain. TransElectric Nerve Stimulation (TENS) is a physiotherapeutic strategy that mitigatespain sensation. Objective: The aim of this paper is to present six cases of women in childbearingage who were diagnosed with primary dysmenorrhea and received transcutaneous electricnerve stimulation. Materials and methods: A type of study, case report, was conducted with sixwomen between 15 and 25 years of age with medical diagnosis of primary dysmenorrhea. Weassessed pain intensity utilizing the visual analogue pain scale and located the pain by usinga pain test map. Results: Pain intensity decreased in all treated women. Conclusion: Transcutaneouselectric nerve stimulation (TENS) is a physiotherapeutic strategy that mitigates painsensation. We conclude that high frequency TENSis a safe noninvasive modality to achievereduction of pain in primary dysmenorrhea.

Brilliant activities for stretching gifted and talented children : open-ended mental stimulation activities.

Manual que ayuda a padres y profesores a prestar a los niños superdotados y con talento la estimulación mental que necesitan. En la primera parte se hacen comentarios, teorías, por ejemplo, la taxonomía de Bloom, y conceptos relacionados con la creatividad, el aprendizaje y la enseñanza. La segunda parte ofrece una selección de actividades para toda la clase: rompecabezas y ejercicios entretenidos de matemáticas. La tercera parte proporciona entretenimientos de composición abierta, ejercicios independientes para los alumnos. Todas las actividades son fotocopiables. Aunque escrito principalmente para alumnos excepcionales hasta la edad de once años, este recurso presenta enfoques e ideas que pueden aplicarse a cualquier alumno y a cualquier situación de enseñanza.

Real-Time software control of neural stimulation in a closed loop Animat system

A recent area for investigation into the development of adaptable robot control is the use of living neuronal networks to control a mobile robot. The so-called Animat paradigm comprises a neuronal network (the ‘brain’) connected to an external embodiment (in this case a mobile robot), facilitating potentially robust, adaptable robot control and increased understanding of neural processes. Sensory input from the robot is provided to the neuronal network via stimulation on a number of electrodes embedded in a specialist Petri dish (Multi Electrode Array (MEA)); accurate control of this stimulation is vital. We present software tools allowing precise, near real-time control of electrical stimulation on MEAs, with fast switching between electrodes and the application of custom stimulus waveforms. These Linux-based tools are compatible with the widely used MEABench data acquisition system. Benefits include rapid stimulus modulation in response to neuronal activity (closed loop) and batch processing of stimulation protocols.

Bilateral high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus on attentional performance: transient deleterious effects and enhanced motivation in both intact and parkinsonian rats.

It is now well established that subthalamic nucleus high-frequency stimulation (STN HFS) alleviates motor problems in Parkinson's disease. However, its efficacy for cognitive function remains a matter of debate. The aim of this study was to assess the effects of STN HFS in rats performing a visual attentional task. Bilateral STN HFS was applied in intact and in bilaterally dopamine (DA)-depleted rats. In all animals, STN HFS had a transient debilitating effect on all the variables measured in the task. In DA-depleted rats, STN HFS did not alleviate the deficits induced by the DA lesion such as omissions and latency to make correct responses, but induced perseverative approaches to the food magazine, an indicator of enhanced motivation. In sham-operated controls, STN HFS significantly reduced accuracy and induced perseverative behaviour, mimicking partially the effects of bilateral STN lesions in the same task. These results are in line with the hypothesis that STN HFS only partially mimics inactivation of STN produced by lesioning and confirm the motivational exacerbation induced by STN inactivation.

S6K1 is acetylated at lysine 516 in response to growth factor stimulation

The 70kDa ribosomal protein S6 kinase 1 (S6K1) plays important roles in the regulation of protein synthesis, cell growth and metabolism. S6K1 is activated by the phosphorylation of multiple serine and threonine residues in response to stimulation by a variety of growth factors and cytokines. In addition to phosphorylation, we have recently shown that S6K1 is also targeted by lysine acetylation. Here, using tandem mass spectrometry we have mapped acetylation of S6K1 to lysine 516, a site close to the C-terminus of the kinase that is highly conserved amongst vertebrate S6K1 orthologues. Using acetyl-specific K516 antibodies, we show that acetylation of endogenous S6K1 at this site is potently induced upon growth factor stimulation. Although S6K1 acetylation and phosphorylation are both induced by growth factor stimulation, these events appear to be functionally independent. Indeed, experiments using inhibitors of S6K1 activation and exposure of cells to various stresses indicate that S6K1 acetylation can occur in the absence of phosphorylation and vice versa. We propose that K516 acetylation may serve to modulate important kinase-independent functions of S6K1 in response to growth factor signalling.

Use of a crop model ensemble to quantify CO2 stimulation of water-stressed and well-watered crops

Increased atmospheric concentrations of carbon dioxide (CO2) will benefit the yield of most crops. Two free air CO2 enrichment (FACE) meta-analyses have shown increases in yield of between 0 and 73% for C3 crops. Despite this large range, few crop modelling studies quantify the uncertainty inherent in the parameterisation of crop growth and development. We present a novel perturbed-parameter method of crop model simulation, which uses some constraints from observations, that does this. The model used is the groundnut (i.e. peanut; Arachis hypogaea L.) version of the general large-area model for annual crops (GLAM). The conclusions are of relevance to C3 crops in general. The increases in yield simulated by GLAM for doubled CO2 were between 16 and 62%. The difference in mean percentage increase between well-watered and water-stressed simulations was 6.8. These results were compared to FACE and controlled environment studies, and to sensitivity tests on two other crop models of differing levels of complexity: CROPGRO, and the groundnut model of Hammer et al. [Hammer, G.L., Sinclair, T.R., Boote, K.J., Wright, G.C., Meinke, H., Bell, M.J., 1995. A peanut simulation model. I. Model development and testing. Agron. J. 87, 1085-1093]. The relationship between CO2 and water stress in the experiments and in the models was examined. From a physiological perspective, water-stressed crops are expected to show greater CO2 stimulation than well-watered crops. This expectation has been cited in literature. However, this result is not seen consistently in either the FACE studies or in the crop models. In contrast, leaf-level models of assimilation do consistently show this result. An analysis of the evidence from these models and from the data suggests that scale (canopy versus leaf), model calibration, and model complexity are factors in determining the sign and magnitude of the interaction between CO2 and water stress. We conclude from our study that the statement that 'water-stressed crops show greater CO2 stimulation than well-watered crops' cannot be held to be universally true. We also conclude, preliminarily, that the relationship between water stress and assimilation varies with scale. Accordingly, we provide some suggestions on how studies of a similar nature, using crop models of a range of complexity, could contribute further to understanding the roles of model calibration, model complexity and scale. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

The control of root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) by Pseudomonas oryzihabitans and its immunological detection on tomato roots

Pseudomonas oryzihabitans, a bacterium associated with the entomopathogenic nematode Steinernema abbasi, was evaluated for its potential to colonise roots and thereby control a field population of root-knot nematodes. Immunological techniques were developed to detect root colonisation of P. oryzihabitans on tomato roots using a specific polyclonal antibody raised against vegetative bacterial cells. In vitro, bacterial cell filtrates were also shown significantly to inhibit juveniles hatching. In a glasshouse pot experiment, there were 22 and 82% fewer females in roots of plants treated with suspensions containing 10(3) and 10(6) cells ml(-1) of P oryzihabitans, respectively. In addition, there were significantly fewer egg masses produced; however, the numbers of eggs per egg mass did not differ significantly. The relationship between root colonisation and nematode control is discussed.