Cerebro-corticale und subcorticale Prozessierung vestibulärer Informationen im intakten und lädierten System der Ratte (Micro-PET-Studie)

In dieser Studie wurde anhand des Modells der Ratte das Gleichgewichtssystem auf cerebro-corticaler Ebene untersucht, und das Verhalten des Gehirns nach akuten sowie chronischen Ausfällen mit funktioneller Bildgebung untersucht. rnMit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann die Metabolismusrate bestimmter Gehirnareale gemessen werden. Narkotisierte Tiere wurden unter galvanischer vestibulärer Stimulation im PET gemessen und die Ergebnisse wurden mit Kontrollstimulations-Messungen verglichen. Es konnten verschiedene Areale, die eine erhöhte Stoffwechselaktivität aufwiesen, ermittelt werden. Dazu gehören der somatosensorische und der insuläre Cortex, Teile des auditorischen Cortexes, der anteriore cinguläre sowie der entorhinale Cortex. Subcorticale Strukturen wie der Hippocampus, die Amygdala sowie die latero-dorsalen thalamischen Kerne wiesen ebenfalls erhöhten Stoffwechsel unter vestibulärer Stimulation auf. rnBei dieser PET-Studie handelt es sich um die erste funktionell-bildgebende Studie, die Verarbeitung vestibulärer Informationen bei Ratten in vivo darstellt. Die anatomische Verbindung der gefundenen Areale wurde mit anterograden und retrograden neuronalen Tracings unterstützt. rnDarüber hinaus wurde markiertes Gewebe, welches die Verbindung zwischen thalamischen und cerebro-corticalen Kernen der vestibulären Verschaltung aufweist, immunhistochemisch auf dessen Neurotransmission hin untersucht. Das katecholaminergen und dem opioidergen System wurde untersucht. Eine Beteiligung katecholaminerger Transmitter konnte nicht nachgewiesen werden. Neurone im somatosensorischen Cortex, die positiv auf einen Opioid-Rezeptor-Antikörper getestet wurden erhalten anterograd markierte Terminale aus dem thalamischen Kern LDDM, der mittels der PET als vestibulär identifiziert werden konnte. rnBasierend auf den Ergebnissen der ersten bildgebenden Studie wurde in einer zweiten funktionell-bildgebenden Studie die zentral-vestibuläre Verschaltung unterbrochen, indem relevante thalamische Kerngebiete (LDDM, LDVL) elektrolytisch zerstört wurden. Die Stoffwechselaktivität wurde anschließend bei diesen Tieren an verschiedenen Zeitpunkten nach der Läsion im PET unter vestibulärer Stimulation gemessen. Die Stoffwechselaktivität dieser Tiere wurde mit der Stoffwechselaktivität von Kontroll-Tieren verglichen. rnBei dieser Studie wurde zum ersten Mal, mittels funktioneller Bildgebung gezeigt, welche Bereiche des Gehirns nach akuter und chronischer Läsion des vestibulären Systems an Kompensationsmechanismen beteiligt sind. Alle Gehirnareale, die in verschiedenen Zeitfenstern (1, 3, 7 und 20 Tage nach Läsion) erhöhten Metabolismus aufweisen, sind Teil der vestibulären Verschaltung. Es handelt sich dabei um Areale der Okulomotorik und des räumlichen Gedächtnisses: das Postsubiculum, den Colliculus superior, das mediale Corpus geniculatum, den entorhinalen Cortex sowie die Zona incerta.rn

Roman aqueducts and calcareous sinter deposits as a proxy for environmental changes

Die im Süden der Türkei gelegen, antiken Städte Aspendos und Patara, waren in der Römerzeit zwei bedeutende Handelszentren mit hoher Bevölkerungsdichte. Aquädukte versorgten beide Städte mit carbonathaltigem Wasser, wobei sich Kalksinter (Calciumcarbonat) in der Kanalrinne ablagerte. Dabei lagern sich im Wechsel eine hellere und dunklere Kalksinterlage ab, die als Sinterpaar bezeichnet wird. Um die Entstehung dieser Sinterpaare besser zu verstehen, und die beteiligten Prozesse mit saisonalen Veränderungen der Umwelt zu korrelieren, werden in der vorliegenden Arbeit laminierten Sinterablagerungen mit geochemischen und petrographischen Methoden untersucht.rnEntlang der Kanalrinne beider Aquädukte wurden an mehreren Stellen Proben entnommen. Es wurde untersucht in wieweit sich die Sinterstruktur aufgrund von Änderungen in der Neigung des Wasserkanals oder des Kanaltyps ändert. Um die Kristallform und die kristallografische Orientierung der Kristalle innerhalb der verschiedenen Sinterpaare zu untersuchen, wurden die entnommenen laminierten Kalksinterablagerungen mit Hilfe optischer Mikroskopie und EBSD (Electron Backscatter Diffraction) analysiert. Der Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA) wurde verwendet, um saisonale Schwankungen der Hauptelementverteilung und den Anteil der stabilen Isotope im Wasser zu bestimmen. Die LA-ICP-MS (Laser Ablation-induktiv gekoppeltem Plasma-Massenspektrometrie) Spurenelementanalyse wurde durchgeführt, um kleinste Schwankungen der Spurenelemente zu finden. Basierend auf diesen Analysen wurde festgestellt, dass laminierten Kalksinterablagerungen laterale Änderungen in der Aquäduktstruktur und -neigung, jahreszeitliche Änderungen der Wasserchemie, der Temperatur sowie der Entgasungsrate während eines Jahres widerspiegeln. Die Kalksinterablagerungen zeigen eine deutliche Laminierung in Form von feinkörnig-porösen und grobkörnig-dichten Schichten, die trockene und nasse Jahreszeiten anzeigen. Feinkörnige Schichten zeigen eine hohe Epifluoreszenz aufgrund reichhaltiger organischer Inhalte, die vermutlich eine Folge der bakteriellen Aktivität während der warmen und trockenen Jahreszeit sind. Stabile Sauerstoff und Kohlenstoff-Isotop-Kurven entsprechen auch den jahreszeitlichen Schwankungen der verschiedenen Schichtenpaare. Vor allem δ 18O spiegelt jährliche Veränderungen in der Temperatur und jahreszeitliche Veränderungen des Abflusses wieder. Das wichtigste Ergebnis ist, dass die Periodizität von δ 18O durch Erwärmen des Wassers im Wasserkanal und nicht durch die Verdunstung oder der Brunnenwasser-Charakteristik verursacht wird. Die Periodizität von δ 13C ist komplexer Natur, vor allem zeigen δ 18O und δ 13C eine Antikorrelation entlang der Lamellenpaare. Dies wird wohl vor allem durch Entgasungsprozesse im Aquädukt verursacht. Die Ergebnisse der Spurenelemente sind meist inkonsistent und zeigen keine signifikanten Veränderungen in den verschiedenen Lamellenpaaren. Die Isotope Mg, Sr und Ba zeigen hingegen bei einigen Proben eine positive Korrelation und erreichen Höchstwerte innerhalb feinkörnig-poröser Schichten. Auch sind die Hauptelementwerte von Fe, K, Si und anderer detritischer Elemente innerhalb der feinkörnige-porösen Schichten maximal. Eine genaue Datierung der Kalksinterablagerungen ist wünschenswert, da der Zeitraum, in dem die Aquädukte aktiv waren, bereits archäologisch auf 200-300 Jahre festgelegt wurde. Paläomagnetische und 14C-Datierung geben keine brauchbare Ergebnisse. Die U/Th Isotopie wird durch eine hohe Anfangskonzentration von Th in den Proben behindert. Trotz dieser Schwierigkeiten war eine U/Th Datierung an einem Testbeispiel des Béziers Aquädukt erfolgreich. Mit Hilfe von analogen Untersuchungen an aktiven Wasserkanälen der heutigen Zeit, werden die Ablagerungsmechanismen und die geochemische Entwicklung der laminierten Sinterschichten besser verstanden. Ein weiteres laufendes Projekt dieser Doktorarbeit ist die Überwachung von Sinterabscheidungen und der saisonale Zusammensetzung des Wassers an einigen heute noch aktiven Aquädukten. Das Ziel ist die Untersuchung der jetzigen Calciumcarbonatabscheidungen in Aquäduktkanälen unter den heutigen Umgebungsbedingungen. Erste Ergebnisse zeigen, dass kleine regelmäßige jahreszeitliche Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung des Wassers vorliegen, und dass die beobachtete Periodizität der stabilen Isotope aufgrund von Änderungen im eigentlichen Kanal entstanden ist. Die Untersuchung von Kalksinterablagerungen in römischen Aquädukten liefern vielversprechende Ergebnisse, für die Untersuchung des Paläöklimas, der Archaeoseismologie und anderer Umweltbedingungen in der Römerzeit. Diese Studie beschränkt sich auf zwei Aquädukte. Die Untersuchungen weiterer Aquädukte und einer Überwachung, der noch in Betrieb stehenden Aquädukte werden genauere Ergebnisse liefern.

Extraintestinal Crohn's disease mimicking autoimmune inner ear disease: a histopathological approach

Patients with autoimmune inner ear disease develop rapidly progressive sensorineural hearing loss over a period of several weeks or months, often accompanied by vestibular loss. This disease can occur as a distinct clinical entity or in association with an underlying autoimmune disorder. Treatment comprises immunosuppression by corticosteroids, cytostatic drugs or tumor necrosis factor- antagonists. We report histopathological and immunohistochemical findings of the inner ear of a patient with a granulomatous inner ear disease suffering from Crohn's disease that was nonresponsive to treatment and who underwent surgery for bilateral cochlear implants.

Molecular analysis of aquaporin genes 1 to 4 in patients with Menière's disease

Menière's Disease (MD) is an episodic cochleovestibular dysfunction of unknown etiology, still lacking a specific test and therapy. The proposed theories on the pathophysiology include genetic factors and factors relating to inner ear homeostasis. Various aquaporins (AQP), water channels, expressed in the inner ear and the vestibular organ, are involved in homeostasis. Mutations in AQP genes could result in disturbed inner ear homeostasis and endolymphatic hydrops, and therefore be involved in the pathogenesis of MD. Aim: To search for mutations in AQP1 to 4 in patients suffering from MD.

Meniere's disease in the elderly

Menière disease usually begins in adults from 20 to 60 years old, and occurs in more than 10% of patients older than 65. The treatment of Menière disease in the elderly represents a challenge because of polymedication. Antivertiginous drugs such as betahistine and cinnarizin give good results with minor secondary effects. In contrast, major vestibular suppressor drugs such as thiethylperazin must be avoided as long-term treatment because of their side effects. Definitive vestibular surgical deafferentations such as labyrinthectomy and selective vestibular neurectomy represent optional procedures but must be carefully evaluated from case to case. Ablative procedures remain the efficient treatment of drop attacks, which represent a high potential risk of severe injuries by older patients sometimes with important social consequences.

The ocular motor features of adult-onset alexander disease: a case and review of the literature

A 51-year-old Chinese man presented with gaze-evoked nystagmus, impaired smooth pursuit and vestibular ocular reflex cancellation, and saccadic dysmetria, along with a family history suggestive of late-onset autosomal dominant parkinsonism. MRI revealed abnormalities of the medulla and cervical spinal cord typical of adult-onset Alexander disease, and genetic testing showed homozygosity for the p.D295N polymorphic allele in the gene encoding the glial fibrillary acidic protein. A review of the literature shows that ocular signs are frequent in adult-onset Alexander disease, most commonly gaze-evoked nystagmus, pendular nystagmus, and/or oculopalatal myoclonus, and less commonly ptosis, miosis, and saccadic dysmetria. These signs are consistent with the propensity of adult-onset Alexander disease to cause medullary abnormalities on neuroimaging.

[Multiple tooth resorption in an Italian greyhound]

An Italian greyhound was presented three times during a two-year period for dental prophylaxis due to periodontal disease. Clinical examination revealed lesions on several teeth. Radiographs revealed extensive resorptive root lesions. On histological examination, the presence of odontoclasts and signs of boney remodeling of the roots confirmed the resorptive nature of the lesions. Given the extent of the lesions, and poor prognosis with conservative treatment alone, teeth affected by the most severe resorption were extracted at each visit using a flap technique combined with alveolar vestibular osteotomy. Dental resorptive lesions are rarely detected in the dog but may be more frequent than previously thought. The routine use of dental radiographs can be used to reveal these lesions in the dog.

Oral mucosal morphea: a new variant

Morphea is a cutaneous disorder characterized by an excessive collagen deposition. While in almost all cases the sclerosing process exclusively affects the skin, there are anecdotal cases in which associated mucosal involvement has been described. We here report the case of a woman developing a whitish indurated plaque over the left upper vestibular mucosa and hard palate leading to dental mobility and exposure of the roots of several teeth. Cone beam computed tomography of the left maxilla showed bone resorption involving the upper cuspid to the second molar region with widened periodontal ligament spaces, while light microscopy studies demonstrated epithelial atrophy and fibrosis of the dermis extending into the submucosa with hyalinization of subepithelial collagen. Our observation expands the spectrum of clinical presentations of morphea and provides the first example of isolated oral morphea. Its recognition is important to avoid significant local complications.

Moving along the mental number line: Interactions between whole-body motion and numerical cognition

Active head turns to the left and right have recently been shown to influence numerical cognition by shifting attention along the mental number line. In the present study, we found that passive whole-body motion influences numerical cognition. In a random-number generation task (Experiment 1), leftward and downward displacement of participants facilitated small number generation, whereas rightward and upward displacement facilitated the generation of large numbers. Influences of leftward and rightward motion were also found for the processing of auditorily presented numbers in a magnitude-judgment task (Experiment 2). Additionally, we investigated the reverse effect of the number-space association (Experiment 3). Participants were displaced leftward or rightward and asked to detect motion direction as fast as possible while small or large numbers were auditorily presented. When motion detection was difficult, leftward motion was detected faster when hearing small number and rightward motion when hearing large number. We provide new evidence that bottom-up vestibular activation is sufficient to interact with the higher-order spatial representation underlying numerical cognition. The results show that action planning or motor activity is not necessary to influence spatial attention. Moreover, our results suggest that self-motion perception and numerical cognition can mutually influence each other.

Junctional adhesion molecule (JAM)-C deficient C57BL/6 mice develop a severe hydrocephalus

The junctional adhesion molecule (JAM)-C is a widely expressed adhesion molecule regulating cell adhesion, cell polarity and inflammation. JAM-C expression and function in the central nervous system (CNS) has been poorly characterized to date. Here we show that JAM-C(-/-) mice backcrossed onto the C57BL/6 genetic background developed a severe hydrocephalus. An in depth immunohistochemical study revealed specific immunostaining for JAM-C in vascular endothelial cells in the CNS parenchyma, the meninges and in the choroid plexus of healthy C57BL/6 mice. Additional JAM-C immunostaining was detected on ependymal cells lining the ventricles and on choroid plexus epithelial cells. Despite the presence of hemorrhages in the brains of JAM-C(-/-) mice, our study demonstrates that development of the hydrocephalus was not due to a vascular function of JAM-C as endothelial re-expression of JAM-C failed to rescue the hydrocephalus phenotype of JAM-C(-/-) C57BL/6 mice. Evaluation of cerebrospinal fluid (CSF) circulation within the ventricular system of JAM-C(-/-) mice excluded occlusion of the cerebral aqueduct as the cause of hydrocephalus development but showed the acquisition of a block or reduction of CSF drainage from the lateral to the 3(rd) ventricle in JAM-C(-/-) C57BL/6 mice. Taken together, our study suggests that JAM-C(-/-) C57BL/6 mice model the important role for JAM-C in brain development and CSF homeostasis as recently observed in humans with a loss-of-function mutation in JAM-C.

Fabry's disease: otoneurologic findings in twelve members of one family

Fabry's disease corresponds to an inherited disorder transmitted by an X-linked recessive gene. It generates a dysfunction of glycosphingolipid metabolism due to an enzymatic deficiency of alpha-galactosidase activity, resulting in glycosphingolipid deposits in all areas of the body. The clinical (heart, kidney, and central nervous system) manifestations are more severe in hemizygous boys than in heterozygous girls. They appear during childhood or adolescence: acroparesthesia, joint pain, angiokeratoma, corneal dystrophy, hypohydrosis or anhydrosis, and renal failure. The otoneurologic symptoms consist of hearing fluctuation, progressive unilateral or bilateral hearing loss, and episodes of vertigo or dizziness. Otoneurologic findings in 12 of 26 members of the same family are presented: the mother and 9 of her 12 children, as well as 2 of her 14 grandchildren: 4 healthy persons, 4 heterozygous female carriers, and 4 hemizygous male patients. Three of the male patients had fluctuation of hearing, sudden hearing loss, and episodes of vertigo and dizziness. The otoneurologic examinations showed a bilateral cochleovestibular deficit (n = 1), a right cochleovestibular deficit (n = 1), and a bilateral hearing loss combined with a right vestibular deficit (n = 1). Histopathologic evidence of glycosphingolipid accumulation in vascular endothelial and ganglion cells, as well as atrophy of the stria and spiral ligament, might explain the otoneurologic symptoms and findings.

Development of a genotyping microarray for Usher syndrome

BACKGROUND: Usher syndrome, a combination of retinitis pigmentosa (RP) and sensorineural hearing loss with or without vestibular dysfunction, displays a high degree of clinical and genetic heterogeneity. Three clinical subtypes can be distinguished, based on the age of onset and severity of the hearing impairment, and the presence or absence of vestibular abnormalities. Thus far, eight genes have been implicated in the syndrome, together comprising 347 protein-coding exons. METHODS: To improve DNA diagnostics for patients with Usher syndrome, we developed a genotyping microarray based on the arrayed primer extension (APEX) method. Allele-specific oligonucleotides corresponding to all 298 Usher syndrome-associated sequence variants known to date, 76 of which are novel, were arrayed. RESULTS: Approximately half of these variants were validated using original patient DNAs, which yielded an accuracy of >98%. The efficiency of the Usher genotyping microarray was tested using DNAs from 370 unrelated European and American patients with Usher syndrome. Sequence variants were identified in 64/140 (46%) patients with Usher syndrome type I, 45/189 (24%) patients with Usher syndrome type II, 6/21 (29%) patients with Usher syndrome type III and 6/20 (30%) patients with atypical Usher syndrome. The chip also identified two novel sequence variants, c.400C>T (p.R134X) in PCDH15 and c.1606T>C (p.C536S) in USH2A. CONCLUSION: The Usher genotyping microarray is a versatile and affordable screening tool for Usher syndrome. Its efficiency will improve with the addition of novel sequence variants with minimal extra costs, making it a very useful first-pass screening tool.

[Stem-cell-based approaches for treating inner ear diseases]

The capacity of stem cells to regenerate lost tissue cells has gained recognition among physicians. Despite the successful use of blood stem cells for treating blood cancers, other stem cell types have not yet been widely introduced into clinical practice. Therapy options involving stem cells for inner ear diseases consequently have not been implemented. Nonetheless, several reports have recently been published describing the generation of morphologically and immunologically distinctive inner ear cell types-such as hair cells, supporting cells, and spiral ganglion neurons-from stem cells. Although promising, all of these studies still lack functional results regarding hearing restoration or vestibular function.

Isolation of sphere-forming stem cells from the mouse inner ear

The mammalian inner ear has very limited ability to regenerate lost sensory hair cells. This deficiency becomes apparent when hair cell loss leads to hearing loss as a result of either ototoxic insult or the aging process. Coincidently, with this inability to regenerate lost hair cells, the adult cochlea does not appear to harbor cells with a proliferative capacity that could serve as progenitor cells for lost cells. In contrast, adult mammalian vestibular sensory epithelia display a limited ability for hair cell regeneration, and sphere-forming cells with stem cell features can be isolated from the adult murine vestibular system. The neonatal inner ear, however, does harbor sphere-forming stem cells residing in cochlear and vestibular tissues. Here, we provide protocols to isolate sphere-forming stem cells from neonatal vestibular and cochlear sensory epithelia as well as from the spiral ganglion. We further describe procedures for sphere propagation, cell differentiation, and characterization of inner ear cell types derived from spheres. Sphere-forming stem cells from the mouse inner ear are an important tool for the development of cellular replacement strategies of damaged inner ears and are a bona fide progenitor cell source for transplantation studies.