Resonance properties of different neuronal populations in the immature mouse neocortex

Subthreshold resonance is a characteristic membrane property of different neuronal classes, is critically involved in the generation of network oscillations, and tunes the integration of synaptic inputs to particular frequency ranges. In order to investigate whether resonance properties of distinct neuronal populations in the immature neocortex contribute to these network oscillations, I performed whole-cell patch-clamp recordings from visually identified neurons in tangential and coronal neocortical slices from postnatal day (P) P0-P7 C57Bl/6 and P6-P13 GAD67-GFP knock-in mice. Subthreshold resonance was analyzed by sinusoidal current injection of varying frequency. All Cajal-Retzius cells showed subthreshold resonance with an average frequency of 2.6 ± 0.1 Hz (n=60), which was massively reduced by ZD7288, a blocker of hyperpolarization-activated cation currents. About 65.6% (n=61) of the supragranular pyramidal neurons showed subthreshold resonance with an average frequency of 1.4 ± 0.1 Hz (n=40). Application of 1 mM Ni2+ suppressed subthreshold resonance, suggesting that low-threshold Ca2+ currents contribute to resonance in these neurons. About 63.6% (n=77) of the layer V pyramidal neurons showed subthreshold resonance with an average frequency of 1.4 ± 0.2 Hz (n=49), which was abolished by ZD7288. Only 44.1% (n=59) of the subplate neurons showed subthreshold resonance with an average frequency of 1.3 ± 0.2 Hz (n=26) and a small resonance strength. Finally, 50% of the investigated GABAergic interneurons showed subthreshold resonance with an average frequency of 2.0 ± 0.2 Hz (n=42). Membrane hyperpolarization to –86 mV attenuated the frequency and strength of subthreshold resonance. Subthreshold resonance was virtually abolished in the presence of 1 mM Ni2+, suggesting that t-type Ca2+ currents are critically involved in the generation of resonance, while ZD7288 had no effect. Application of 0.4 µM TTX suppressed subthreshold resonance at depolarized, but not hyperpolarized membrane potential, suggesting that persistent Na+ current contribute to the amplification of membrane resonance. rnIn summary, these results demonstrate that all investigated neuronal subpopulations reveal resonance behavior, with either hyperpolarization-activated cation or low-threshold Ca2+ currents contributing to the subthreshold resonance. GABAergic interneurons also express subthreshold resonance at low frequencies, with t-type Ca2+ and persistent Na+ currents underlying the generation of membrane resonance. The membrane resonance of immature neurons may contribute to the generation of slow oscillatory activity pattern in the immature neocortex and enhance the temporal precision of synaptic integration in developing cortical neurons.rn

Probing the decay characteristics of the Pygmy Dipole Resonance in the semi-magic nucleus 140 Ce with gamma-gamma coincidence measurements

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiger Experimentaufbau -- das γ3 Experiment -- zur Messung von photoneninduzierten Kern-Dipolanregungen in stabilen Isotopen konzipiert und an der High Intensity γ-Ray Source (HIγS) an der Duke University installiert.rnDie hohe Energieauflösung und die hohe Nachweiseffizienz des Detektoraufbaus, welcher aus einer Kombination von LaBr Szintillatoren und hochreinen Germanium-Detektoren besteht, erlaubt erstmals die effiziente Messung von γ-γ-Koinzidenzen in Verbindung mit der Methode der Kernresonanzfluoreszenz.rnDiese Methode eröffnet den Zugang zum Zerfallsverhalten der angeregten Dipolzustände als zusätzlicher Observablen, die ein detaillierteres Verständnis der zugrunde liegenden Struktur dieser Anregungen ermöglicht.rnDer Detektoraufbau wurde bereits erfolgreich im Rahmen von zwei Experimentkampagnen in 2012 und 2013 für die Untersuchung von 13 verschiedenen Isotopen verwendet. Im Fokus dieser Arbeit stand die Analyse der Pygmy-Dipolresonanz (PDR) im Kern 140Ce im Energiebereich von 5,2 MeV bis 8,3 MeV basierend auf den mit dem γ3 Experimentaufbau gemessenen Daten. Insbesondere das Zerfallsverhalten der Zustände, die an der PDR beteiligt sind, wurde untersucht. Der Experimentaufbau, die Details der Analyse sowie die Resultate werden in der vorliegenden Arbeit präsentiert. Desweiteren erlaubt ein Vergleich der Ergebnisse mit theoretischen Rechnungen im quasi-particle phonon model (QPM) eine Interpretation des beobachteten Zerfallsverhaltens.

The dynamics of ultra-thin polymer films in different confinements studied by resonance enhanced dynamic light scattering

Die Kontroverse über den Glasübergang im Nanometerbereich, z. B. die Glas¬über¬gangs-temperatur Tg von dünnen Polymerfilmen, ist nicht vollständig abgeschlossen. Das dynamische Verhalten auf der Nanoskala ist stark von den einschränkenden Bedingungen abhängig, die auf die Probe wirken. Dünne Polymerfilme sind ideale Systeme um die Dynamik von Polymerketten unter der Einwirkung von Randbedingungen zu untersuchen, wie ich sie in dieser Arbeit variiert habe, um Einblick in dieses Problem zu erhalten.rnrnResonanzverstärkte dynamische Lichtstreuung ist eine Methode, frei von z.B. Fluoreszenzmarkern, die genutzt werden kann um in dünnen Polymerfilmen dynamische Phänomene

Optisch detektierte Magnetresonanz an NV-Zentren in Diamant

Die rasante Entwicklung der Computerindustrie durch die stetige Verkleinerung der Transistoren führt immer schneller zum Erreichen der Grenze der Si-Technologie, ab der die Tunnelprozesse in den Transistoren ihre weitere Verkleinerung und Erhöhung ihrer Dichte in den Prozessoren nicht mehr zulassen. Die Zukunft der Computertechnologie liegt in der Verarbeitung der Quanteninformation. Für die Entwicklung von Quantencomputern ist die Detektion und gezielte Manipulation einzelner Spins in Festkörpern von größter Bedeutung. Die Standardmethoden der Spindetektion, wie ESR, erlauben jedoch nur die Detektion von Spinensembles. Die Idee, die das Auslesen von einzelnen Spins ermöglich sollte, besteht darin, die Manipulation getrennt von der Detektion auszuführen.rn Bei dem NV−-Zentrum handelt es sich um eine spezielle Gitterfehlstelle im Diamant, die sich als einen atomaren, optisch auslesbaren Magnetfeldsensor benutzen lässt. Durch die Messung seiner Fluoreszenz sollte es möglich sein die Manipulation anderer, optisch nicht detektierbaren, “Dunkelspins“ in unmittelbarer Nähe des NV-Zentrums mittels der Spin-Spin-Kopplung zu detektieren. Das vorgeschlagene Modell des Quantencomputers basiert auf dem in SWCNT eingeschlossenen N@C60.Die Peapods, wie die Einheiten aus den in Kohlenstoffnanoröhre gepackten Fullerenen mit eingefangenem Stickstoff genannt werden, sollen die Grundlage für die Recheneinheiten eines wahren skalierbaren Quantencomputers bilden. Die in ihnen mit dem Stickstoff-Elektronenspin durchgeführten Rechnungen sollen mit den oberflächennahen NV-Zentren (von Diamantplatten), über denen sie positioniert sein sollen, optisch ausgelesen werden.rnrnDie vorliegende Arbeit hatte das primäre Ziel, die Kopplung der oberflächennahen NV-Einzelzentren an die optisch nicht detektierbaren Spins der Radikal-Moleküle auf der Diamantoberfläche mittels der ODMR-Kopplungsexperimente optisch zu detektieren und damit entscheidende Schritte auf dem Wege der Realisierung eines Quantenregisters zu tun.rn Es wurde ein sich im Entwicklungsstadium befindende ODMR-Setup wieder aufgebaut und seine bisherige Funktionsweise wurde an kommerziellen NV-Zentrum-reichen Nanodiamanten verifiziert. Im nächsten Schritt wurde die Effektivität und Weise der Messung an die Detektion und Manipulation der oberflächennah (< 7 nm Tiefe) implantieren NV-Einzelzenten in Diamantplatten angepasst.Ein sehr großer Teil der Arbeit, der hier nur bedingt beschrieben werden kann, bestand aus derrnAnpassung der existierenden Steuersoftware an die Problematik der praktischen Messung. Anschließend wurde die korrekte Funktion aller implementierten Pulssequenzen und anderer Software-Verbesserungen durch die Messung an oberflächennah implantierten NV-Einzelzentren verifiziert. Auch wurde der Messplatz um die zur Messung der Doppelresonanz notwendigen Komponenten wie einen steuerbaren Elektromagneten und RF-Signalquelle erweitert. Unter der Berücksichtigung der thermischen Stabilität von N@C60 wurde für zukünftige Experimente auch ein optischer Kryostat geplant, gebaut, in das Setup integriert und charakterisiert.rn Die Spin-Spin-Kopplungsexperimente wurden mit dem sauerstoffstabilen Galvinoxyl-Radikalals einem Modell-System für Kopplung durchgeführt. Dabei wurde über die Kopplung mit einem NVZentrum das RF-Spektrum des gekoppelten Radikal-Spins beobachtet. Auch konnte von dem gekoppelten Spin eine Rabi-Nutation aufgenommen werden.rn Es wurden auch weitere Aspekte der Peapod Messung und Oberflächenimplantation betrachtet.Es wurde untersucht, ob sich die NV-Detektion durch die SWCNTs, Peapods oder Fullerene stören lässt. Es zeigte sich, dass die Komponenten des geplanten Quantencomputers, bis auf die C60-Cluster, für eine ODMR-Messanordnung nicht detektierbar sind und die NV-Messung nicht stören werden. Es wurde auch betrachtet, welche Arten von kommerziellen Diamantplatten für die Oberflächenimplantation geeignet sind, für die Kopplungsmessungen geeignete Dichte der implantierten NV-Zentren abgeschätzt und eine Implantation mit abgeschätzter Dichte betrachtet.

Short-term changes in magnetic resonance imaging and disease activity in response to infliximab

To characterise and quantify short-term changes in local inflammation using magnetic resonance imaging (MRI), and to correlate the findings with clinical disease activity in response to infliximab in patients with spondyloarthritis.

Comparison of physiological triggering schemes for diffusion-weighted magnetic resonance imaging in kidneys

To determine the potential benefit of combined respiratory-cardiac triggering for diffusion-weighted imaging (DWI) of kidneys compared to respiratory triggering alone (RT).

The effect of GH replacement therapy on different fat compartments: a whole-body magnetic resonance imaging study

Patients with GH deficiency (GHD) are insulin resistant with an increase in visceral fat mass (FM). Whether this holds true when sedentary control subjects (CS) are matched for waist has not been documented. GH replacement therapy (GHRT) results in a decrease in FM. Whether the decrease in FM is mainly related to a reduction in visceral FM remains to be proven. The aim was to separately assess visceral and subcutaneous FM in relation to insulin resistance (IR) in GHD patients before and after GHRT and in sedentary CS.

Magnetic resonance imaging in traumatic posterior hip dislocation

The objective was to report the ability of a magnetic resonance image to document the integrity of the obturator externus tendon after posterior hip dislocation as a potential predictor for preserved femoral head vascularity.

Intravenous versus intra-articular delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging in the hip joint: a comparative analysis

The purpose of this study was to investigate whether T1-mapping of hip joint with intra-articular delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) of cartilage (ia-dGEMRIC) is comparable to the already established intravenous (iv)-technique for assessing different grades of cartilage degeneration.

Feasibility of texture analysis for the assessment of biochemical changes in meniscal tissue on T1 maps calculated from delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of cartilage data: comparison with conventional relaxation time measurements

To (1) establish the feasibility of texture analysis for the in vivo assessment of biochemical changes in meniscal tissue on delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of cartilage (dGEMRIC), and (2) compare textural with conventional T1 relaxation time measurements calculated from dGEMRIC data ("T1(Gd) relaxation times").

Delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of cartilage (dGEMRIC), after slipped capital femoral epiphysis

OBJECTIVE: The aim of this study was to assess the glycosaminoglycan (GAG) content in hip joint cartilage in mature hips with a history of slipped capital femoral epiphysis (SCFE) using delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage (dGEMRIC). METHODS: 28 young-adult subjects (32 hips) with a mean age of 23.8+/-4.0 years (range: 18.1-30.5 years) who were treated for mild or moderate SCFE in adolescence were included into the study. Hip function and clinical symptoms were evaluated with the Harris hip score (HHS) system at the time of MRI. Plain radiographic evaluation included Tonnis grading, measurement of the minimal joint space width (JSW) and alpha-angle measurement. The alpha-angle values were used to classify three sub-groups: group 1=subjects with normal femoral head-neck offset (alpha-angle <50 degrees ), group 2=subjects with mild offset decrease (alpha-angle 50 degrees -60 degrees ), and group 3=subjects with severe offset decrease (alpha-angle >60 degrees ). RESULTS: There was statistically significant difference noted for the T1(Gd) values, lateral and central, between group 1 and group 3 (p-values=0.038 and 0.041). The T1(Gd) values measured within the lateral portion were slightly lower compared with the T1(Gd) values measured within the central portion that was at a statistically significance level (p-value <0.001). HHS, Tonnis grades and JSW revealed no statistically significant difference. CONCLUSION: By using dGEMRIC in the mid-term follow-up of SCFE we were able to reveal degenerative changes even in the absence of joint space narrowing that seem to be related to the degree of offset pathology. The dGEMRIC technique may be a potential diagnostic modality in the follow-up evaluation of SCFE.

Delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of cartilage in the long-term follow-up after Perthes disease

Aim of this study was to assess the glycosaminoglycan content in hip joint cartilage in mature hips with a history of Legg-Calvé-Perthes (LCPD) disease using delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of cartilage (dGEMRIC).

Prevalence of cam-type deformity on hip magnetic resonance imaging in young males: a cross-sectional study

Objective To determine the prevalence of cam-type deformities on hip magnetic resonance imaging (MRI) in young males. Methods This was a population-based cross-sectional study in young asymptomatic male individuals who underwent clinical examination and completed a self-report questionnaire. A random sample of participants was invited for MRI of the hip. We graded the maximal offset at the femoral head–neck junction on radial sequences using grades from 0 to 3, where 0 = normal, 1 = possible, 2 = definite, and 3 = severe deformity. The prespecified main analyses were based on definite cam-type deformity grades 2 or 3. We estimated the prevalence of the cam-type deformity adjusted for the sampling process overall and according to the extent of internal rotation. Then we determined the location of the deformity on radial MRI sequences. Results A total of 1,080 subjects were included in the study and 244 asymptomatic males with a mean age of 19.9 years attended MRI. Sixty-seven definite cam-type deformities were detected. The adjusted overall prevalence was 24% (95% confidence interval [95% CI] 19–30%). The prevalence increased with decreasing internal rotation (P < 0.001 for trend). Among those with a clinically decreased internal rotation of <30°, the estimated prevalence was 48% (95% CI 37–59%). Sixty-one of 67 cam-type deformities were located in an anterosuperior position. Conclusion Cam-type deformities can be found on MRI in every fourth young asymptomatic male individual and in every second male with decreased internal rotation. The majority of deformities are located in an anterosuperior position.

Noninvasive assessment of exercise-related intramyocellular acetylcarnitine in euglycemia and hyperglycemia in patients with type 1 diabetes using ¹H magnetic resonance spectroscopy: a randomized single-blind crossover study

Intramyocellular acetylcarnitine (IMAC) is involved in exercise-related fuel metabolism. It is not known whether levels of systemic glucose influence IMAC levels in type 1 diabetes.