Herstellung und physikochemische Charakterisierung von planaren gestützten Lipid-Modellmembran-Systemen

Es wurden funktionalisierte polymerunterstützte planare Phospholipid-Modellmembran-Systeme hergestellt und auf jeder Präparationsstufe eingehend charakterisiert. Dünne Polysaccharidfilme wurden in der Form von quellbaren Gelen auf oxidische Oberflächen aufgebracht und bezüglich ihres Quellungsverhaltens und der Oberflächeneigenschaften in Abhängigkeit vom Wassergehalt untersucht. Lipidmonoschichten unterschiedlicher Zusammensetzung wurden mittels Langmuir-Blodgett-Tranfer auf Polymersubstrate übertragen und bezüglich der Stärke der Lipid/Polymer Wechselwirkung, der lateralen Selbstdiffusion in Abhängigkeit von der Wasseraktivität, dem Spreitverhalten der monomolekularen Membran auf dem Substrat in Abhängigkeit von der Wasseraktivität und dem Lateraldruck der Monoschicht, sowie des Ausmaßes der Hydratation im Kopfgruppenbereich der Lipidmembran in Abhängigkeit von der Wasseraktivität mittels Fluoreszensondenmethoden (Fluoreszenzerholung nach Photobleichung (FRAP), Fluoreszenzmikroskopie und Fluoreszenzspektroskopie) untersucht. Diffusions- und Spreitverhalten von amphiphilen Monoschichten auf Polymersubstraten wurden auf der Basis von in dieser Arbeit entwickelten physikalischen Modellen diskutiert. Mittels Langmuir-Schäfer Transfer wurde auf polymerunterstützte Lipidmonoschichten eine zweite Monoschicht übertragen. Die somit erhaltenen Lipid-Doppelschichtmembranen wurden bezüglich ihrer Stabilität, der lateralen Struktur, der lateralen Selbstdiffusion, des Spreitverhaltens auf unbedeckte Bereiche sowie der Stärke der Membran/Substrat Wechselwirkung vermittels Fluoreszenzmikroskopie, FRAP und Interferenz-Kontrast-Mikroskopie (RICM) untersucht. Schließlich wurden substratgestützte Doppelschicht-Lipidmembranen mit als Protonenpumpen fungierenden integralen Membranproteinen versehen. Die laterale Selbstdiffusion der rekonstituierten Proteinmoleküle wurde mittels FRAP, die funktionale Aktivität der Protonenpumpen mit einem Ionen-sensitiven Feldeffekttransistor-Array analysiert.

Biomechanics of sprint running: a methodological contribution

Sports biomechanics describes human movement from a performance enhancement and an injury reduction perspective. In this respect, the purpose of sports scientists is to support coaches and physicians with reliable information about athletes’ technique. The lack of methods allowing for in-field athlete evaluation as well as for accurate joint force estimates represents, to date, the main limitation to this purpose. The investigations illustrated in the present thesis aimed at providing a contribution towards the development of the above mentioned methods. Two complementary approaches were adopted: a Low Resolution Approach – related to performance assessment – where the use of wearable inertial measurement units is exploited during different phases of sprint running, and a High Resolution Approach – related to joint kinetics estimate for injury prevention – where subject-specific, non-rigid constraints for knee joint kinematic modelling used in multi-body optimization techniques are defined. Results obtained using the Low Resolution Approach indicated that, due to their portability and inexpensiveness, inertial measurement systems are a valid alternative to laboratory-based instrumentation for in-field performance evaluation of sprint running. Using acceleration and angular velocity data, the following quantities were estimated: trunk inclination and angular velocity, instantaneous horizontal velocity and displacement of a point approximating the centre of mass, and stride and support phase durations. As concerns the High Resolution Approach, results indicated that the length of the anterior cruciate and lateral collateral ligaments decreased, while that of the deep bundle of the medial collateral ligament increased significantly during flexion. Variations of the posterior cruciate and the superficial bundle of the medial collateral ligament lengths were concealed by the experimental indeterminacy. A mathematical model was provided that allowed the estimate of subject-specific ligament lengths as a function of knee flexion and that can be integrated in a multi-body optimization procedure.

Untersuchung der lateralen Organisation und Phasenumwandlung von festkörperunterstützten Lipidmembranen

Im ersten Teil der Arbeit wurde das Bindungsverhalten von Annexin A1 und Annexin A2t an festkörperunterstützte Lipidmembranen aus POPC und POPS untersucht. Für beide Proteine konnte mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie gezeigt werden, dass irreversible Bindung nur in Anwesenheit von POPS auftritt. Durch rasterkraftmikroskopische Aufnahmen konnte die laterale Organisation der Annexine auf der Lipidmembran dargestellt werden. Beide Proteine lagern sich in Form lateraler Aggregate (zweidimensionale Domänen) auf der Oberfläche an, außerdem ist der Belegungsgrad und die Größe der Domänen von der Membranzusammensetzung und der Calciumkonzentration abhängig. Mit zunehmendem POPS-Gehalt und Calciumkonzentration steigt der Belegungsgrad an und der mittlere Domänenradius wird kleiner. Diese Ergebnisse konnten in Verbindung mit detaillierten Bindungsstudien des Annexins A1 mit der Quarzmikrowaage verwendet werden, um ein Bindungsmodell auf Basis einer heterogenen Oberfläche zu entwickeln. Auf einer POPC-reichen Matrix findet reversible Adsorption statt und auf POPS-reichen Domänen irreversible Adsorption. Durch die Anpassung von dynamischen Monte Carlo-Simulationen basierend auf einer zweidimensionalen zufälligen sequentiellen Adsorption konnten Erkenntnisse über die Membranstruktur und die kinetischen Ratenkonstanten in Abhängigkeit von der Calciumkonzentration und der Inkubationszeit des Proteins gewonnen werden. Die irreversible Bindung ist in allen Calciumkonzentrationsbereichen schneller als die reversible. Außerdem zeigt die irreversible Adsorption eine deutlich stärkere Abhängigkeit von der Calciumkonzentration. Ein kleinerer Belegungsgrad bei niedrigen Ca2+-Gehalten ist hauptsächlich durch die Abnahme der verfügbaren Bindungsplätze auf der Oberfläche zu erklären. Die gute Übereinstimmung der aus den Monte Carlo-Simulationen erhaltenen Domänenstrukturen mit den rasterkraftmikroskopischen Aufnahmen und die Tatsache, dass sich die simulierten Resonanzfrequenzverläufe problemlos an die experimentellen Kurven aus den QCM-Messungen anpassen ließen, zeigt die gute Anwendbarkeit des entwickelten Simulationsprogramms auf die Adsorption von Annexin A1. Die Extraktion der kinetischen Parameter aus dem zweidimensionalen RSA-Modell ist mit Sicherheit einem einfachen Langmuir-Ansatz überlegen. Bei einem Langmuir-Modell erfolgt eine integrale Erfassung einer einzelnen makroskopischen Geschwindigkeitskonstante, während durch das RSA-Modell eine differenzierte Betrachtung des reversiblen und irreversiblen Bindungsprozesses möglich ist. Zusätzlich lassen sich mikroskopische Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit gewinnen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das thermotrope Phasenverhalten von festkörperunterstützten Phospholipidbilayern untersucht. Dazu wurden mikrostrukturierte, frei stehende Membranstreifen präpariert und mit Hilfe der bildgebenden Ellipsometrie untersucht. Dadurch konnten die temperaturabhängigen Verläufe der Schichtdicke und der lateralen Membranausdehnung parallel beobachtet werden. Die ermittelten Phasenübergangstemperaturen von DMPC, diC15PC und DPPC lagen 2 - 3 °C oberhalb der Literaturwerte für vesikuläre Systeme. Außerdem wurde eine deutliche Verringerung der Kooperativität der Phasenumwandlung gefunden, was auf einen großen Einfluss des Substrats bei den festkörperunterstützten Lipidmembranen schließen lässt. Zusätzlich wurde ein nicht systematischer Zusammenhang der Ergebnisse von der Oberflächenpräparation gefunden, der es unabdingbar macht, bei Untersuchungen von festkörperunterstützten Substraten einen internen Standard einzuführen. Bei der Analyse des thermotropen Phasenübergangsverhaltens von DMPC/Cholesterol - Gemischen wurde daher die individuelle Adressierbarkeit der strukturierten Lipidmembranen ausgenutzt und ein Lipidstreifen aus reinem DMPC als Standard verwendet. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass das für Phospholipide typische Phasenübergangsverhalten ab 30 mol% Cholesterol in der Membran nicht mehr vorhanden ist. Dies ist auf die Bildung einer nur durch höhere Sterole induzierten fluiden Phase mit hoch geordneten Acylketten zurückzuführen. Abschließend konnte durch die Zugabe von Ethanol zu einer mikrostrukturierten DMPC-Membran die Bildung eines interdigitierten Bilayers nachgewiesen werden. Die bildgebende Ellipsometrie ist eine sehr gute Methode zur Untersuchung festkörperunterstützter Lipidmembranen, da sie über ein sehr gutes vertikales und ein ausreichendes laterales Auflösungsvermögen besitzt. Sie ist darin zwar einem Rasterkraftmikroskop noch unterlegen, besitzt dafür aber eine einfachere Handhabung beim Umgang mit Flüssigkeiten und in der Temperierung, eine schnellere Bildgebung und ist als optische Methode nicht-invasiv.

Stato sanitario di Spigole (Dicentrarchus Labrax) ed Orate (Sparus Aurata) allevate in Grecia e in Italia in relazione alla presenza di agenti di Zoonosi ed Ectoparassiti patogeni

Le attività di ricerca della presente tesi di dottorato si sono focalizzata principalmente sulla parassitofauna dei pesci marini allevati in Grecia ed in Italia con particolare attenzione allo studio degli ectoparassiti di maggior rilievo sanitario in maricoltura ed alla ricerca di endoparassiti di potenziale interesse zoonosico, in particolare larve di nematodi Anisakidae del genere Anisakis. Nel corso del triennio sono stati sottoposti ad esami parassitologici 916 spigole (Dicentrarchus labrax) e 462 orate (Sparus aurata) prelevate presso diverse tipologie di allevamenti greci ed italiani. Per quanto concerne le spigole, la presenza di ectoparassiti è stata riscontrata nel 29,2% e nel 61,9% dei soggetti provenienti rispettivamente da impianti siti in Grecia ed in Italia, mentre le orate hanno presentato percentuali di positività rispettivamente del 87,5% e del 26,7%. Gli ectoparassiti dominanti sono risultati essere il monogeneo Diplectanum aequans nelle spigole ed il ciliato Cryptocaryon irritans e il monogeneo Furnestinia echeneis nelle orate, sebbene sia stato possibile studiare anche il coinvolgimento di altri ectoparassiti, quali il monogeneo Sparicotyle chrysophrii ed il dinoflagellato Amyloodinium ocellatum, nel determinismo di alcuni episodi morbosi. Le osservazioni istopatologiche hanno permesso di caratterizzare le lesioni causate dagli ectoparassiti a diverse intensità d’infestazione. Per quanto concerne la ricerca di parassiti zoonosici, con particolare riferimento agli stadi larvali di nematodi Anisakidae del genere Anisakis, si sono condotti esami parassitologici a livello di cavità viscerale e di muscolo laterale in tutti i soggetti provenienti da allevamenti in gabbia (626 soggetti, di cui 441 spigole e 185 orate). Tutti i soggetti esaminati sono risultati negativi, indicando come il rischio di infestazione da larve di nematodi anisakidi possa essere considerato trascurabile in spigole ed orate allevate in gabbia, come già dimostrato per il salmone atlantico (EFSA, 2010).

Measurement of the differential cross section of tt pairs in pp collision at sqrt(s) = 7TeV with the ATLAS detector at the LHC

In this thesis three measurements of top-antitop differential cross section at an energy in the center of mass of 7 TeV will be shown, as a function of the transverse momentum, the mass and the rapidity of the top-antitop system. The analysis has been carried over a data sample of about 5/fb recorded with the ATLAS detector. The events have been selected with a cut based approach in the "one lepton plus jets" channel, where the lepton can be either an electron or a muon. The most relevant backgrounds (multi-jet QCD and W+jets) have been extracted using data driven methods; the others (Z+ jets, diboson and single top) have been simulated with Monte Carlo techniques. The final, background-subtracted, distributions have been corrected, using unfolding methods, for the detector and selection effects. At the end, the results have been compared with the theoretical predictions. The measurements are dominated by the systematic uncertainties and show no relevant deviation from the Standard Model predictions.

Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.

From large polycyclic aromatic hydrocarbons to extended aromate-rich networks

The common ground of this study is the development of novel synthetic strategies to extended one-, two- and three-dimensional aromate-rich systems for which a number of applications are envisaged. rnThe point of departure is the synthesis and characterization of highly symmetric macrocyclic PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) for which various aspects of supramolecular chemistry will be investigated. The versatility of the Yamamoto macrocyclization will be demonstrated on the basis of a set of cyclic trimers that exhibit a rich supramolecular chemistry. 1,10-phenanthroline, triphenylene and ortho-terphenyl building blocks have been successfully assembled to the corresponding macrocycles following the newly developed synthetic route. Scanning-tunneling microscopy (STM) and two-dimensional wide-angle X-ray scattering (2D-WAXS) were used to study the two- and three-dimensional self-assembly, respectively.rnSecondly, the development of chemical approaches to highly shape-anisotropic graphene nanoribbons (GNRs) and related nanographene molecules shall be discussed. Aryl-aryl coupling was used for the bottom-up fabrication of dendronized monomers, polymers and model compounds. Subsequently, these structures were converted into the final graphene material using oxidative (Scholl-type) cyclodehydrogenation. The GNRs thus obtained are characterized by an unprecedented length and lateral extension. The relevance of structural tailoring in the field of well-defined graphene materials is discussed in detail as only the chemical approach provides full geometry control. rnLastly, novel pathways towards the synthesis of extended three-dimensional networks that are dominated by nitrogen-rich motifs will be presented. If porous, these materials hold a great potential in the fields of gas and energy storage as well as for applications in catalysis. Hence, poly(aminal) networks based on melamine as crosslinking unit were synthesized and characterized with respect to the applications mentioned above. As set of conjugated poly(azomethine) networks was investigated regarding their use as a novel class of organic semiconductors for photocatalytic water splitting. The network structures described in this chapter can also be subjected to a controlled pyrolysis yielding mesoporous, nitrogen-rich carbon materials that were evaluated as active component for supercapacitors.rn

Multifrequency VLBA observations of two compact symmetric objects

In this thesis the results of the multifrequency VLBA observations of the GPS 1944+5448 and the HFP J0111+3906 are presented. They are compact objects smaller than about 100 pc, completely embedded in the host galaxy. The availability of multi-epoch VLBI observations spanning more than 10 years, allowed us to compute the hot spot advance speed in order to obtain the kinematic age of both sources. Both radio sources are young, in agreement with the idea that they are in an early evolutionary stage. The spectral analysis of each source component, such as the lobes, the hot spots, the core and the jets, making a comparison with the theoretical ones is described. In addition the physical parameters derived from VLBA images as the magnetic field, the luminosity, the energy and the ambient medium density of both sources are discussed.

Optimal sites for orthodontic mini-implant placement assessed by cone beam computed tomography

OBJECTIVES: To determine (1) the optimal sites for mini-implant placement in the maxilla and the mandible based on dimensional mapping of the interradicular spaces and cortical bone thickness and (2) The effect of age and sex on the studied anatomic measurements. MATERIAL AND METHODS: The cone beam computed tomography images of 100 patients (46 males, 54 females) divided into two age groups (13-18 years), and (19-27 years) were used. The following interradicular measurements were performed: (1) Buccolingual bone thickness; (2) Mesiodistal spaces both buccally and palatally/lingually; and (3) Buccal and palatal/lingual cortical thicknesses. RESULTS: In the maxilla, the highest buccolingual thickness existed between first and second molars; the highest mesiodistal buccal/palatal distances were between the second premolar and the first molar. The highest buccal cortical thickness was between the first and second premolars. The highest palatal cortical thickness was between central and lateral incisors. In the mandible, the highest buccolingual and buccal cortical thicknesses were between the first and second molars. The highest mesiodistal buccal distance was between the second premolar and the first molar. The highest mesiodistal lingual distance was between the first and second premolars. The highest lingual cortical thickness was between the canine and the first premolar. The males and the older age group had significantly higher buccolingual, buccal, and palatal cortical thicknesses at specific sites and levels in the maxilla and the mandible. CONCLUSIONS: A clinical guideline for optimal sites for mini-implant placement is suggested. Sex and age affected the anatomic measurements in certain areas in the maxilla and the mandible.

Review of Lodox Statscan in the detection of peripheral skeletal fractures in multiple injury patients

As part of the primary survey, polytrauma patients in our emergency department are examined using the new 'Lodox Statscan' (LS) digital low-radiation imaging device. The LS provides full-body anterior and lateral views based on enhanced linear slot-scanning technology, in accordance with the recommended Advanced Trauma Life Support (ATLS) Guidelines. This study's objectives were to establish whether LS appropriately rules out peripheral bone injuries and to examine whether LS imaging provides adequate information for the preoperative planning of such lesions.

Gadolinium diethylenetriaminepentaacetate enhancement kinetics in the menisci of asymptomatic subjects: a first step towards a dedicated dGEMRIC (delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage)-like protocol for biochemical imaging of the menisci

It was our aim to investigate the gadolinium diethylenetriaminepentaacetate (Gd-DTPA(2-) ) enhancement kinetics in the menisci of the knee joint over a prolonged period of time. Six asymptomatic volunteers (four men and two women; mean age, 25 ± 2.4 years) were enrolled. Sagittal, T(1) -weighted, spin-echo MR sequences of the right knee joint were obtained at 3 T. Imaging was performed before (baseline), 1 h after and in half-hour intervals up to 9 h after the intravenous administration of 0.2 mmol/kg of Gd-DTPA(2-) . To measure the rates of contrast enhancement relative to the baseline, regions of interest that covered the anterior and posterior horns of the medial and lateral meniscus were defined on each of two adjacent sections, and enhancement curves were constructed. An enhancement peak between 2.5 and 4.5 h after Gd-DTPA(2-) administration was observed, and analysis of variance also revealed no significant difference (p=0.94), in terms of enhancement, within this time interval. Pair-wise, post hoc testing also revealed no significant differences between 2.5 and 3, 3 and 3.5, 3.5 and 4, and 4 and 4.5 h post Gd-DTPA(2-) application. Our preliminary data therefore suggest that the time window suitable for a dGEMRIC (delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage)-like T(1) mapping of the menisci is relatively short, and lies between 2.5 and 4.5 h after Gd-DTPA(2-) injection.

Compartments of the foot: topographic anatomy

Recent publications have renewed the debate regarding the number of foot compartments. There is also no consensus regarding allocation of individual muscles and communication between compartments. The current study examines the anatomic topography of the foot compartments anew using 32 injections of epoxy-resin and subsequent sheet plastination in 12 cadaveric foot specimens. Six compartments were identified: dorsal, medial, lateral, superficial central, deep forefoot, and deep hindfoot compartments. Communication was evident between the deep hindfoot compartment and the superficial central and deep central forefoot compartments. In the hindfoot, the neurovascular bundles were located in separate tissue sheaths between the central hindfoot compartment and the medial compartment. In the forefoot, the medial and lateral bundles entered the deep central forefoot compartment. The deep central hindfoot compartment housed the quadratus plantae muscle, and after calcaneus fracture could develop an isolated compartment syndrome.

Estimation of pelvic tilt on anteroposterior X-rays--a comparison of six parameters

OBJECTIVE: To compare six different parameters described in literature for estimation of pelvic tilt on an anteroposterior pelvic radiograph and to create a simple nomogram for tilt correction of prosthetic cup version in total hip arthroplasty. DESIGN: Simultaneous anteroposterior and lateral pelvic radiographs are taken routinely in our institution and were analyzed prospectively. The different parameters (including three distances and three ratios) were measured and compared to the actual pelvic tilt on the lateral radiograph using simple linear regression analysis. PATIENTS: One hundred and four consecutive patients (41 men, 63 women with a mean age of 31.7 years, SD 9.2 years, range 15.7-59.1 years) were studied. RESULTS: The strongest correlation between pelvic tilt and one of the six parameters for both men and women was the distance between the upper border of the symphysis and the sacrococcygeal joint. The correlation coefficient was 0.68 for men (P<0.001) and 0.61 for women (P<0.001). Based on this linear correlation, a nomogram was created that enables fast, tilt-corrected cup version measurements in clinical routine use. CONCLUSION: This simple method for correcting variations in pelvic tilt on plain radiographs can potentially improve the radiologist's ability to diagnose and interpret malformations of the acetabulum (particularly acetabular retroversion and excessive acetabular overcoverage) and post-operative orientation of the prosthetic acetabulum.

Reorganization of CA3 area of the mouse hippocampus after pilocarpine induced temporal lobe epilepsy with special reference to the CA3-septum pathway

We showed that when CA3 pyramidal neurons in the caudal 80% of the dorsal hippocampus had almost disappeared completely, the efferent pathway of CA3 was rarely detectable. We used the mouse pilocarpine model of temporal lobe epilepsy (TLE), and injected iontophoretically the anterograde tracer phaseolus vulgaris leucoagglutinin (PHA-L) into gliotic CA3, medial septum and the nucleus of diagonal band of Broca, median raphe, and lateral supramammillary nuclei, or the retrograde tracer cholera toxin B subunit (CTB) into gliotic CA3 area of hippocampus. In the afferent pathway, the number of neurons projecting to CA3 from medial septum and the nucleus of diagonal band of Broca, median raphe, and lateral supramammillary nuclei increased significantly. In the hippocampus, where CA3 pyramidal neurons were partially lost, calbindin, calretinin, parvalbumin immunopositive back-projection neurons from CA1-CA3 area were observed. Sprouting of Schaffer collaterals with increased number of large boutons in both sides of CA1 area, particularly in the stratum pyramidale, was found. When CA3 pyramidal neurons in caudal 80% of the dorsal hippocampus have almost disappeared completely, surviving CA3 neurons in the rostral 20% of the dorsal hippocampus may play an important role in transmitting hyperactivity of granule cells to surviving CA1 neurons or to dorsal part of the lateral septum. We concluded that reorganization of CA3 area with its downstream or upstream nuclei may be involved in the occurrence of epilepsy.

Perceptual Learning via Modification of Cortical Top-Down Signals

The primary visual cortex (V1) is pre-wired to facilitate the extraction of behaviorally important visual features. Collinear edge detectors in V1, for instance, mutually enhance each other to improve the perception of lines against a noisy background. The same pre-wiring that facilitates line extraction, however, is detrimental when subjects have to discriminate the brightness of different line segments. How is it possible to improve in one task by unsupervised practicing, without getting worse in the other task? The classical view of perceptual learning is that practicing modulates the feedforward input stream through synaptic modifications onto or within V1. However, any rewiring of V1 would deteriorate other perceptual abilities different from the trained one. We propose a general neuronal model showing that perceptual learning can modulate top-down input to V1 in a task-specific way while feedforward and lateral pathways remain intact. Consistent with biological data, the model explains how context-dependent brightness discrimination is improved by a top-down recruitment of recurrent inhibition and a top-down induced increase of the neuronal gain within V1. Both the top-down modulation of inhibition and of neuronal gain are suggested to be universal features of cortical microcircuits which enable perceptual learning.