Grundlegende Untersuchungen zum Verhalten ausgewählter Seltenerdelemente bei Explosionen und zur Anwendbarkeit spezieller Methoden zu deren Analyse

Bisher ist bei forensischen Untersuchungen von Explosionen die Rückverfolgung der verwendeten Sprengstoffe begrenzt, da das Material in aller Regel bei der Explosion zerstört wird. Die Rückverfolgung von Sprengstoffen soll mit Hilfe von Identifikations-Markierungssubstanzen erleichtert werden. Diese stellen einen einzigartigen Code dar, der auch nach einer Sprengung wiedergefunden und identifiziert werden kann. Die dem Code zugeordneten, eindeutigen Informationen können somit ausgelesen werden und liefern der Polizei bei der Aufklärung weitere Ansätze.rnZiel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verhalten von ausgewählten Seltenerdelementen (SEE) bei Explosion zu untersuchen. Ein auf Lanthanoidphosphaten basierender Identifikations-Markierungsstoff bietet die Möglichkeit, verschiedene Lanthanoide innerhalb eines einzelnen Partikels zu kombinieren, wodurch eine Vielzahl von Codes generiert werden kann. Somit kann eine Veränderung der Ausgangszusammensetzung des Codes auch nach einer Explosion durch die Analyse eines einzelnen Partikels sehr gut nachvollzogen und somit die Eignung des Markierungsstoffes untersucht werden. Eine weitere Zielsetzung ist die Überprüfung der Anwendbarkeit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) und Partikelanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) für die Analyse der versprengten Identifikations-Markierungssubstanzen. rnDie Ergebnisbetrachtungen der ICP-MS-Analyse und REM-Partikelanalyse deuten zusammenfassend auf eine Fraktionierung der untersuchten Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukte nach Explosion in Abhängigkeit ihrer thermischen Belastbarkeit. Die Befunde zeigen eine Anreicherung der Lanthanoide mit höherer Temperaturbeständigkeit in größeren Partikeln, was eine Anreicherung von Lanthanoiden mit niedrigerer Temperaturbeständigkeit in kleineren Partikeln impliziert. Dies lässt sich in Ansätzen durch einen Fraktionierungsprozess in Abhängigkeit der Temperaturstabilität der Lanthanoide oder deren Umsetzungsprodukten erklären. Die der Fraktionierung zugrunde liegenden Mechanismen und deren gegenseitige Beeinflussung bei einer Explosion konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht abschließend geklärt werden.rnDie generelle Anwendbarkeit und unter Umständen notwendige, komplementäre Verwendung der zwei Methoden ICP-MS und REM-Partikelanalyse wird in dieser Arbeit gezeigt. Die ICP-MS stellt mit großer untersuchter Probenfläche und hoher Genauigkeit eine gute Methode zur Charakterisierung der Konzentrationsverhältnisse der untersuchten Lanthanoide dar. Die REM-Partikelanalyse hingegen ermöglicht im Falle von Kontamination der Proben mit anderen Lanthanoid-haltigen Partikeln eine eindeutige Differenzierung der Elementvergesellschaftung pro Partikel. Sie kann somit im Gegensatz zur ICP-MS Aufschluss über die Art und Zusammensetzung der Kontamination geben. rnInnerhalb der vorgenommenen Untersuchungen stellte die bei der ICP-MS angewandte Probennahmetechnik eine ideale Art der Probennahme dar. Bei anderen Oberflächen könnte diese jedoch in Folge der in verschiedenen Partikelgrößen resultierenden Fraktionierung zu systematisch verfälschten Ergebnissen führen. Um die generelle Anwendbarkeit der ICP-MS im Hinblick auf die Analyse versprengter Lanthanoide zu gewährleisten, sollte eine Durchführung weiterer Sprengungen auf unterschiedlichen Probenoberflächen erfolgen und gegebenenfalls weitere Probennahme-, Aufschluss- und Anreicherungsverfahren evaluiert werden.rn

Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen : Synthese von Polymer-Hydroxylapatit-Nanopartikeln, bio-inspirierten Nanokapseln und Polymer-Einzelkettenpartikeln

In der vorliegenden Arbeit wurden Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen für die Synthese von unterschiedlichen funktionellen Materialien mit neuartigen Eigenschaften verwendet. Das erste Themengebiet umfasst die Herstellung von Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikeln und –Hybridkapseln über die templatgesteuerte Mineralisation von Calciumphosphat. Die funktionalisierte Oberfläche von Polymernanopartikeln, welche über die Miniemulsionspolymerisation hergestellt wurden, diente als Templat für die Kristallisation von Calciumphosphat auf den Partikeln. Der Einfluss der funktionellen Carboxylat- und Phosphonat-Oberflächengruppen auf die Komplexierung von Calcium-Ionen sowie die Mineralisation von Calciumphosphat auf der Oberfläche der Nanopartikel wurde mit mehreren Methoden (ionenselektive Elektroden, REM, TEM und XRD) detailliert analysiert. Es wurde herausgefunden, dass die Mineralisation bei verschiedenen pH-Werten zu vollkommen unterschiedlichen Kristallmorphologien (nadel- und plättchenförmige Kristalle) auf der Oberfläche der Partikel führt. Untersuchungen der Mineralisationskinetik zeigten, dass die Morphologie der Hydroxylapatit-Kristalle auf der Partikeloberfläche mit der Änderung der Kristallisationsgeschwindigkeit durch eine sorgfältige Wahl des pH-Wertes gezielt kontrolliert werden kann. Sowohl die Eigenschaften der als Templat verwendeten Polymernanopartikel (z. B. Größe, Form und Funktionalisierung), als auch die Oberflächentopografie der entstandenen Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikel wurden gezielt verändert, um die Eigenschaften der erhaltenen Kompositmaterialien zu steuern. rnEine ähnliche bio-inspirierte Methode wurde zur in situ-Herstellung von organisch/anorganischen Nanokapseln entwickelt. Hierbei wurde die flexible Grenzfläche von flüssigen Miniemulsionströpfchen zur Mineralisation von Calciumphosphat an der Grenzfläche eingesetzt, um Gelatine/Calciumphosphat-Hybridkapseln mit flüssigem Kern herzustellen. Der flüssige Kern der Nanokapseln ermöglicht dabei die Verkapselung unterschiedlicher hydrophiler Substanzen, was in dieser Arbeit durch die erfolgreiche Verkapselung sehr kleiner Hydroxylapatit-Kristalle sowie eines Fluoreszenzfarbstoffes (Rhodamin 6G) demonstriert wurde. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften der Gelatine/Calciumphosphat-Kapseln konnten abhängig vom pH-Wert der Umgebung unterschiedliche Mengen des verkapselten Fluoreszenzfarbstoffes aus den Kapseln freigesetzt werden. Eine mögliche Anwendung der Polymer/Calciumphosphat-Partikel und –Kapseln ist die Implantatbeschichtung, wobei diese als Bindeglied zwischen künstlichem Implantat und natürlichem Knochengewebe dienen. rnIm zweiten Themengebiet dieser Arbeit wurde die Grenzfläche von Nanometer-großen Miniemulsionströpfchen eingesetzt, um einzelne in der dispersen Phase gelöste Polymerketten zu separieren. Nach der Verdampfung des in den Tröpfchen vorhandenen Lösungsmittels wurden stabile Dispersionen sehr kleiner Polymer-Nanopartikel (<10 nm Durchmesser) erhalten, die aus nur wenigen oder einer einzigen Polymerkette bestehen. Die kolloidale Stabilität der Partikel nach der Synthese, gewährleistet durch die Anwesenheit von SDS in der wässrigen Phase der Dispersionen, ist vorteilhaft für die anschließende Charakterisierung der Polymer-Nanopartikel. Die Partikelgröße der Nanopartikel wurde mittels DLS und TEM bestimmt und mit Hilfe der Dichte und des Molekulargewichts der verwendeten Polymere die Anzahl an Polymerketten pro Partikel bestimmt. Wie es für Partikel, die aus nur einer Polymerkette bestehen, erwartet wird, stieg die mittels DLS bestimmte Partikelgröße mit steigendem Molekulargewicht des in der Synthese der Partikel eingesetzten Polymers deutlich an. Die Quantifizierung der Kettenzahl pro Partikel mit Hilfe von Fluoreszenzanisotropie-Messungen ergab, dass Polymer-Einzelkettenpartikel hoher Einheitlichkeit hergestellt wurden. Durch die Verwendung eines Hochdruckhomogenisators zur Herstellung der Einzelkettendispersionen war es möglich, größere Mengen der Einzelkettenpartikel herzustellen, deren Materialeigenschaften zurzeit näher untersucht werden.rn

Bioverkapselung lebender Bakterien (Escherichia coli) mit Poly-(Silicat) nach Transformation mit dem Silicatein-alpha-Gen

Die Bioverkapselung ist eine faszinierende Methode, um biologische Materialien einschließlich Zellen in Siliziumdioxid, Metalloxiden oder hybriden Sol-Gel-Polymeren zu immobilisieren. Bisher wurde nur die Sol-Gel-Vorläufertechnologie genutzt, um Bakterien- oder Hefezellen in Siliziumdioxid zu immobilisieren. Hierfür wurden verschiedene Reagenzien als wässrige Vorläufer getestet, um poly(Silicate) auf Biomolekülen (Bhatia et al., 2000) oder Zellen (Liu und Chen 1999; Coradin und Livage, 2007) zu bilden. Einer der erfolgreichsten bisherigen Methoden verwendet eine Mischung aus Silicaten und kolloidalem Silica. Diese initialen Vorläufer werden durch die Zugabe von Salzsäure neutralisiert, was die Gelbildung fortschreiten lässt und die Verkapselung von Bakterien in einem Silica-Netzwerk zur Folge hat (Nassif et al., 2003). Mit der Entdeckung von Silicatein, einem Enzym, das aus Demospongien isoliert wurde und die Bildung von poly(Silicat) katalysiert, wurde es möglich, poly(Silicat) unter physiologischen Bedingungen zu synthetisieren. Silicatein wurde rekombinant in E. coli hergestellt und ist in der Lage, bei Raumtemperatur, neutralem pH-Wert und in wässrigen Puffersystemen aus Siliziumalkoxiden poly(Silicat) zu bilden (Krasko et al., 2000; Müller et al., 2007b; Zhou et al., 1999). In vivo katalysiert Silicatein die Synthese der Silicathülle der Schwamm-Spiculae (Skelettelemente; Müller et al., 2005b; Müller et al., 2007a; Müller et al., 2007b; Schröder et al., 2007a). Dieses Biosilica wurde in Form von Silica-Nanospheren mit Durchmessern zwischen 100 nm und 250 nm organisiert vorgefunden (Pisera 2003; Tahir et al., 2005). Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Escherichia coli erfolgreich mit dem Silicatein-Gen transformiert werden kann. Das Level der Proteinexpression kann in Anwesenheit von Isopropyl-β-D-thiogalaktopyranosid (IPTG) effizient erhöht werden, indem man die Bakterienzellen gleichzeitig mit Kieselsäure inkubiert. Dieser Effekt konnte sowohl auf Ebene der Synthese des rekombinanten Proteins durch Western Blot als auch durch Immunfluoreszenzmikroskopie nachgewiesen werden. Das heterolog produzierte Silicatein besitzt enzymatische Aktivität und kann die Polymerisation von Kieselsäure katalysieren. Dies konnte sowohl durch Färbung mit Rhodamin123, als auch durch Reaktion der nicht polymerisierten, freien Kieselsäure mit dem ß-Silicomolybdato-Farbsystem (Silicomolybdänblau) nachgewiesen werden. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass nur die silicateinexprimierenden Bakterien während des Wachstums in Anwesenheit von Kieselsäure eine viskose Hülle um Zelle herum bilden. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass Silicatein-α aus Suberites domuncula nach Transformation in E. coli an die Zelloberfläche dieser Zellen transportiert wurde und dort seine enzymatische Funktion beibehielt. Die Silicathülle wurde mittels Raster-Elektronenmikroskopie (REM) analysiert. Die Bakterien, die Silicatein exprimierten und poly(Silicat) an ihrer Oberfläche synthetisierten, zeigten die gleichen Wachstumsraten wie die Bakterien, die das Gen nicht enthielten. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass die silicateinvermittelte Verkapselung von Bakterien mit poly(Silicat) die Bandbreite der Anwendung von Bakterien für die Produktion von rekombinanten Proteinen verbessern, erweitern und optimieren könnte.

Rationale for an adjunctive therapy with fenofibrate in pharmacoresistant nocturnal frontal lobe epilepsy (NFLE).

Nocturnal Frontal Lobe Epilepsy (NFLE) is characterized by onset during infancy or childhood with persistence in adulthood, family history of similar nocturnal episodes simulating non-REM parasomnias (sleep terrors or sleepwalking), general absence of morphological substrates, often by normal interictal electroencephalographical recordings (EEGs) during wakefulness. A family history of epilepsy may be present with Mendelian autosomal dominant inheritance has been described in some families. Recent studies indicate the involvement of neuronal nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) in the molecular mechanisms of NFLE. Mutations in the genes encoding for the α4 (CHRNA4) and ß2 (CHRNB2) subunits of the nAChR induce changes in the biophysical properties of nAChR, resulting generally in a “gain of function”. Preclinical studies report that activation of a nuclear receptor called type peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR-α) by endogenous molecules or by medications (e.g. fenofibrate) reduces the activity of the nAChR and, therefore, may decrease the frequency of seizures. Thus, we hypothesize that negative modulation of nAChRs might represent a therapeutic strategy to be explored for pharmacological treatment of this form of epilepsy, which only partially responds to conventional antiepileptic drugs. In fact, carbamazepine, the current medication for NFLE, abolishes the seizures only in one third of the patients. The aim of the project is: 1)_to verify the clinical efficacy of adjunctive therapy with fenofibrate in pharmacoresistant NFLE and ADNFLE patients; focousing on the analysis of the polysomnographic action of the PPAR- agonist (fenofibrate). 2)_to demonstrate the subtended mechanism of efficacy by means of electrophysiological and behavioral experiments in an animal model of the disease: particularly, transgenic mice carrying the mutation in the nAChR 4 subunit (Chrna4S252F) homologous to that found in the humans. Given that a PPAR-α agonist, FENOFIBRATE, already clinically utilized for lipid metabolism disorders, provides a promising therapeutic avenue in the treatment of NFLE\ADNFLE.

Synthese von grenzflächenaktiven Monomeren zur Herstellung von funktionalen Metall-Chalkogenid,Polymer-Hybridnanopartikeln

In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie oberflächenfunktionalisierte Polystyrolnanopartikel zur Herstellung von Metallchalkogenid/Polymer-Hybridnanopartikeln eingesetzt werden können. Dazu wurden zunächst phosphonsäure- und phosphorsäurefunktionalisierte Surfmere synthetisiert, die anschließend bei der Miniemulsionspolymerisation von Styrol verwendet wurden. Die Surfmere dienten dabei zugleich zur Stabilisierung und als Comonomer. Die oberflächenfunktionalisierten Polystyrolnanopartikel wurden anschließend als Trägerpartikel für die Kristallisation von Metalloxiden eingesetzt. Dabei wurden Metalloxid/Polymer-Hybridnanopartikel mit einer „himbeerartigen“ Morphologie erhalten. Um die vielseitige Modifizierbarkeit der phosphonat- und phosphat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel zu demonstrieren, wurden Cer-, Eisen- sowie Zinkoxid auf der Partikeloberfläche kristallisiert. Dazu wurden sowohl wässrige als auch alkoholische Metalloxid-Präkursorlösungen eingesetzt. Die synthetisierten Metall¬oxid/Polymer-Hybridpartikel wurden detailliert mit REM, TEM und PXRD analysiert. Die Untersuchung des Kristallisationsmechanismus hatte erwiesen, dass die komplexierten Metallkationen auf der Partikeloberfläche als Nukleationszentren wirkten und die Zutropfrate des Fällungsreagenz entscheidend für die Oberflächenkristallisation ist. Durch Mischungsexperimente von Metalloxidnanopartikeln und den oberflächen¬funktionalisierten Polymerpartikeln konnte die Hybridpartikelbildung über Hetero¬koagulation ausgeschlossen werden. Außerdem wurde festgestellt, dass die Polarität der funktionellen Gruppe über die Stärke der Komplexierung der Metalloxid-Präkursor bestimmt. Darüber hinaus wurde ein Modell zur Erklärung der kolloidalen Stabilisierung der Metalloxid/Polymer-Hybridsysteme aufgestellt und ein Zusammenhang zwischen dem gemessenen Zeta-Potential und der Oberflächenbedeckung der Polymerpartikel durch Metalloxid gefunden. Mit der Methode der Oberflächenkristallisation konnten frühe Stadien der Nukleation auf der Partikeloberfläche fixiert werden. Weiterhin wurden die individuellen physikalisch-chemischen Eigenschaften der hergestellten Metall¬oxid/Polymer-Hybridnano¬partikel untersucht. Dabei zeigten die CeO2/Polymer-Hybridpartikel eine hohe katalytische Aktivität bezüglich der photokatalytischen Oxidation von Rhodamin B, die als Modellreaktion durchgeführt wurde. Des Weiteren wurde die Magnetisierung der Magnetit/Polymer-Hybridpartikel gemessen. Die Fe3O4-Hybrid¬partikelsysteme wiesen eine vergleichbare Sättigungsmagnetisierung auf. Die Zinkoxid/Polymer-Hybridsysteme zeigten eine starke Lumineszenz im sichtbaren Bereich bei Anregung mit UV-Licht. Die Metalloxid/Polymer-Hybridpartikel, die mit den phosphonat- oder phosphatfunktion¬alisierten Polystyrolpartikeln hergestellt wurden, zeigten keine signifikanten Unterschiede in ihren physikochemischen Eigenschaften. Im Allgemeinen lässt sich schlussfolgern, dass sowohl Phosphonat- als auch Phosphatgruppen gleichermaßen für die Oberflächenkristallisation von Metalloxiden geeignet sind. Die Zink¬oxid/Polymer-Hybridsysteme stellen eine Ausnahme dar. Die Verwendung der phosphonat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel führte zur Entstehung einer Zinkhydroxidphase, die neben der Zinkoxidphase gebildet wurde. Aufgrund dessen zeigten die ZnO/RPO3H2-Hybridpartikel eine geringere Lumineszenz im sichtbaren Bereich als die ZnO/RPO4H2-Hybridsysteme.rnDie Erkenntnisse, die bei der Oberflächenkristallisation von Metalloxiden gewonnen wurden, konnten erfolgreich auf Cadmiumsulfid übertragen werden. Dabei konnte Cadmiumsulfid auf der Oberfläche von phosphonatfunktionalisierten Polystyrolpartikeln kristallisiert werden. Mit Hilfe des RPO3H2-Surfmers konnten phosphonatfunktion¬alisierte Polystyrolpartikel mit superparamagnetischem Kern synthetisiert werden, die zur Herstellung von multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikeln mit Magnetitkern verwendet wurden. Die Kristallphase und die Oberflächenbedeckung der multi¬funktionalen Hybridsysteme wurden mit den CdS/Polymer-Hybridsystemen ohne magnetischen Kern verglichen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass in beiden Fällen Cadmiumsulfid in der Greenockit-Modifikation gebildet wurde. Die multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikel mit superparamagnetischem Kern konnten sowohl mit einem optischen als auch einem magnetischen Stimulus angeregt werden.rnrn

Excitability and recruitment patterns of spinal motoneurons in human sleep as assessed by F-wave recordings

This study examines the excitability and recruitment of spinal motoneurons in human sleep. The main objective was to assess whether supraspinal inhibition affects the different subpopulations of the compound spinal motoneuron pool in the same way or rather in a selective fashion in the various sleep stages. To this end, we studied F-conduction velocities (FCV) and F-tacheodispersion alongside F-amplitudes and F-persistence in 22 healthy subjects in sleep stages N2, N3 (slow-wave sleep), REM and in wakefulness. Stimuli were delivered on the ulnar nerve, and F-waves were recorded from the first dorsal interosseus muscle. Repeated sets of stimuli were stored to obtain at least 15 F-waves for each state of vigilance. F-tacheodispersion was calculated based on FCVs using the modified Kimura formula. Confirming the only previous study, excitability of spinal motoneurons was generally decreased in all sleep stages compared with wakefulness as indicated by significantly reduced F-persistence and F-amplitudes. More importantly, F-tacheodispersion showed a narrowed range of FCV in all sleep stages, most prominently in REM. In non-REM, this narrowed range was associated with a shift towards significantly decreased maximal FCV and mean FCV as well as with a trend towards lower minimal FCV. In REM, the lowering of mean FCV was even more pronounced, but contrary to non-REM sleep without a shift of minimal and maximal FCV. Variations in F-tacheodispersion between sleep stages suggest that different supraspinal inhibitory neuronal circuits acting on the spinal motoneuron pool may contribute to muscle hypotonia in human non-REM sleep and to atonia in REM sleep.

Sleepwalking in Parkinson's disease: a questionnaire-based survey

Sleepwalking (SW) corresponds to a complex sleep-associated behavior that includes locomotion, mental confusion, and amnesia. SW is present in about 10% of children and 2-3% of adults. In a retrospective series of 165 patients with Parkinson's disease (PD), we found adult-onset ("de novo") SW "de novo" in six (4%) of them. The aim of this study was to assess prospectively and systematically the frequency and characteristics of SW in PD patients. A questionnaire including items on sleep quality, sleep disorders, and specifically also SW and REM sleep behavior disorder (RBD), PD characteristics and severity, was sent to the members of the national PD patients organization in Switzerland. In the study, 36/417 patients (9%) reported SW, of which 22 (5%) had adult-onset SW. Patients with SW had significantly longer disease duration (p = 0.035), they reported more often hallucinations (p = 0.004) and nightmares (p = 0.003), and they had higher scores, suggestive for RBD in a validated questionnaire (p = 0.001). Patients with SW were also sleepier (trend to a higher Epworth Sleepiness Scale score, p = 0.055). Our data suggest that SW in PD patients is (1) more common than in the general population, and (2) is associated with RBD, nightmares, and hallucinations. Further studies including polysomnographic recordings are needed to confirm the results of this questionnaire-based analysis, to understand the relationship between SW and other nighttime wandering behaviors in PD, and to clarify the underlying mechanisms.

Nonmotor disturbances in Parkinson's disease

Nonmotor disturbances (NMDs) affect most patients with Parkinson's disease (PD) and often have a profound impact on their quality of life. NMDs such as depression, anxiety, fatigue, REM sleep behavior disorder, constipation, delayed gastric emptying, altered olfaction and pain can precede the onset of motor symptoms. Other NMDs, including hallucinations, dementia, excessive daytime sleepiness, insomnia, orthostatic hypotension and bladder disturbances, typically appear later in the course of PD. For most NMDs of PD, nondopaminergic and non-nigrostriatal mechanisms (e.g. neurodegeneration of other transmitter systems in the cortex and brainstem, side effects of medications, genetic and psychosocial factors) are considered more relevant than the 'classical' dopaminergic-nigrostriatal dysfunction. The recognition of NMDs requires a high degree of clinical suspicion, the use of specific questionnaires and ancillary tests. Pharmacological and nonpharmacological approaches can be effective, but for most forms of treatment of NMDs, the scientific evidence is limited.

Sleep-wake disturbances in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease

BACKGROUND: The prevalence and characteristics of sleep-wake disturbances in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD) are poorly understood. METHODS: Seven consecutive patients with definite sCJD underwent a systematic assessment of sleep-wake disturbances, including clinical history, video-polysomnography, and actigraphy. Extent and distribution of neurodegeneration was estimated by brain autopsy in six patients. Western blot analyses enabling classification and quantification of the protease-resistant isoform of the prion protein, PrPSc, in thalamus and occipital cortex was available in four patients. RESULTS: Sleep-wake symptoms were observed in all patients, and were prominent in four of them. All patients had severe sleep EEG abnormalities with loss of sleep spindles, very low sleep efficiency, and virtual absence of REM sleep. The correlation between different methods to assess sleep-wake functions (history, polysomnography, actigraphy, videography) was generally poor. Brain autopsy revealed prominent changes in cortical areas, but only mild changes in the thalamus. No mutation of the PRNP gene was found. CONCLUSIONS: This study demonstrates in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease, first, the existence of sleep-wake disturbances similar to those reported in fatal familial insomnia in the absence of prominent and isolated thalamic neuronal loss, and second, the need of a multimodal approach for the unambiguous assessment of sleep-wake functions in these patients.

Isolated mediotegmental lesion causing narcolepsy and rapid eye movement sleep behaviour disorder: a case evidencing a common pathway in narcolepsy and rapid eye movement sleep behaviour disorder

Narcolepsy is usually an idiopathic disorder, often with a genetic predisposition. Symptomatic cases have been described repeatedly, often as a consequence of hypothalamic lesions. Conversely, REM (rapid eye movement) sleep behaviour disorder (RBD) is usually a secondary disorder, often due to degenerative brain stem disorders or narcolepsy. The case of a hitherto healthy man is presented, who simultaneously developed narcolepsy and RBD as the result of an acute focal inflammatory lesion in the dorsomedial pontine tegmentum in the presence of normal cerebrospinal fluid hypocretin-1 levels and in the absence of human lymphocyte antigen haplotypes typically associated with narcolepsy and RBD (DQB1*0602, DQB1*05). This first observation of symptomatic narcolepsy with RBD underlines the importance of the mediotegmental pontine area in the pathophysiology of both disorders, even in the absence of a detectable hypocretin deficiency and a genetic predisposition.

Lung aeration during sleep

BACKGROUND: During sleep, ventilation and functional residual capacity (FRC) decrease slightly. This study addresses regional lung aeration during wakefulness and sleep. METHODS: Ten healthy subjects underwent spirometry awake and with polysomnography, including pulse oximetry, and also CT when awake and during sleep. Lung aeration in different lung regions was analyzed. Another three subjects were studied awake to develop a protocol for dynamic CT scanning during breathing. RESULTS: Aeration in the dorsal, dependent lung region decreased from a mean of 1.14 +/- 0.34 mL (+/- SD) of gas per gram of lung tissue during wakefulness to 1.04 +/- 0.29 mL/g during non-rapid eye movement (NREM) sleep (- 9%) [p = 0.034]. In contrast, aeration increased in the most ventral, nondependent lung region, from 3.52 +/- 0.77 to 3.73 +/- 0.83 mL/g (+ 6%) [p = 0.007]. In one subject studied during rapid eye movement (REM) sleep, aeration decreased from 0.84 to 0.65 mL/g (- 23%). The fall in dorsal lung aeration during sleep correlated to awake FRC (R(2) = 0.60; p = 0.008). Airway closure, measured awake, occurred near and sometimes above the FRC level. Ventilation tended to be larger in dependent, dorsal lung regions, both awake and during sleep (upper region vs lower region, 3.8% vs 4.9% awake, p = 0.16, and 4.5% vs 5.5% asleep, p = 0.09, respectively). CONCLUSIONS: Aeration is reduced in dependent lung regions and increased in ventral regions during NREM and REM sleep. Ventilation was more uniformly distributed between upper and lower lung regions than has previously been reported in awake, upright subjects. Reduced respiratory muscle tone and airway closure are likely causative factors.

Proteins in silico-modeling and sampling

Proteins are linear chain molecules made out of amino acids. Only when they fold to their native states, they become functional. This dissertation aims to model the solvent (environment) effect and to develop & implement enhanced sampling methods that enable a reliable study of the protein folding problem in silico. We have developed an enhanced solvation model based on the solution to the Poisson-Boltzmann equation in order to describe the solvent effect. Following the quantum mechanical Polarizable Continuum Model (PCM), we decomposed net solvation free energy into three physical terms– Polarization, Dispersion and Cavitation. All the terms were implemented, analyzed and parametrized individually to obtain a high level of accuracy. In order to describe the thermodynamics of proteins, their conformational space needs to be sampled thoroughly. Simulations of proteins are hampered by slow relaxation due to their rugged free-energy landscape, with the barriers between minima being higher than the thermal energy at physiological temperatures. In order to overcome this problem a number of approaches have been proposed of which replica exchange method (REM) is the most popular. In this dissertation we describe a new variant of canonical replica exchange method in the context of molecular dynamic simulation. The advantage of this new method is the easily tunable high acceptance rate for the replica exchange. We call our method Microcanonical Replica Exchange Molecular Dynamic (MREMD). We have described the theoretical frame work, comment on its actual implementation, and its application to Trp-cage mini-protein in implicit solvent. We have been able to correctly predict the folding thermodynamics of this protein using our approach.

Visual and spectral analysis of sleep EEG in acute hemispheric stroke

BACKGROUND: Reports on the effects of focal hemispheric damage on sleep EEG are rare and contradictory. PATIENTS AND METHODS: Twenty patients (mean age +/- SD 53 +/- 14 years) with a first acute hemispheric stroke and no sleep apnea were studied. Stroke severity [National Institute of Health Stroke Scale (NIHSS)], volume (diffusion-weighted brain MRI), and short-term outcome (Rankin score) were assessed. Within the first 8 days after stroke onset, 1-3 sleep EEG recordings per patient were performed. Sleep scoring and spectral analysis were based on the central derivation of the healthy hemisphere. Data were compared with those of 10 age-matched and gender-matched hospitalized controls with no brain damage and no sleep apnea. RESULTS: Stroke patients had higher amounts of wakefulness after sleep onset (112 +/- 53 min vs. 60 +/- 38 min, p < 0.05) and a lower sleep efficiency (76 +/- 10% vs. 86 +/- 8%, p < 0.05) than controls. Time spent in slow-wave sleep (SWS) and rapid eye movement (REM) sleep and total sleep time were lower in stroke patients, but differences were not significant. A positive correlation was found between the amount of SWS and stroke volume (r = 0.79). The slow-wave activity (SWA) ratio NREM sleep/wakefulness was lower in patients than in controls (p < 0.05), and correlated with NIHSS (r = -0.47). CONCLUSION: Acute hemispheric stroke is accompanied by alterations of sleep EEG over the healthy hemisphere that correlate with stroke volume and outcome. The increased SWA during wakefulness and SWS over the healthy hemisphere contralaterally to large strokes may reflect neuronal hypometabolism induced transhemispherically (diaschisis).

COMPARISON OF NON-HEATING PALEOINTENSITY TECHNIQUES USING BASALTS FROM LEMPTÉGY VOLCANO, FRANCE AND SYNTHETIC MAGNETITE-BEARING SAMPLES

Data of the strength of Earth’s magnetic field (paleointensity) in the geological past are crucial for understanding the geodynamo. Conventional paleointensity determination methods require heating a sample to a high temperature in one or more steps. Consequently, many rocks are unsuitable for these methods due to a heating-induced experimental alteration. Alternative non-heating paleointensity methods are investigated to assess their effectiveness and reliability using both natural samples from Lemptégy Volcano, France, and synthetic samples. Paleointensity was measured from the natural and synthetic samples using the Pseudo-Thellier, ARM, REM, REMc, REM’, and Preisach methods. For the natural samples, only the Pseudo-Thellier method was able to produce a reasonable paleointensity estimate consistent with previous paleointensity data. The synthetic samples yielded more successful estimates using all the methods, with the Pseudo-Thellier and ARM methods producing the most accurate results. The Pseudo-Thellier method appears to be the best alternative to the heating-based paleointensity methods.