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| Neurobiologie & Hörforschung |
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Neurophysiologische Folgen einer Schwerhörigkeit bei Mensch und Tier
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Mongolische Wüstenrennmäuse (Gerbils) beginnen erst mit dem 12. Lebenstag zu hören. Durch ihre
Fähigkeit zur Wahrnehmung tiefer Töne (siehe Diagramm) und eine komplexe Gliederung der Hörrinde
(Cortex) können sie als optimales Tiermodell für die Untersuchung der Entwicklung der zentralen
Verarbeitung vom Schall im Gehirn bei schwerhörig oder taub geborenen Kindern dienen. Im
Leibniz Institut für
Neurobiologie in Magdeburg wurde eine neue Methode entwickelt, bei heranwachsenden
Wüstenrennmäusen eine Schalleitungsschwerhörigkeit reversibel zu induzieren. Durch einen
geringfügigen operativen Eingriff unter Narkose wird der Durchbruch des äußeren Gehörganges
verhindert, die resultierende Schwerhörigkeit kann zu jedem gewünschten Zeitpunkt wieder
aufgehoben werden. Das von uns entwickelte Tiermodell und die Anwendung der bildgebenden
Methode mit Hilfe von 14C-Fluoro-2-Desoxyglucose erlaubt es, die Hirnaktivität in den für
die Hörentwicklung wichtigen Bereichen zu untersuchen ("pathophysiologisches Modell").
In einem zweiten Schritt werden auditorische Schlüsselreize erprobt, deren Anwendung während der
infantilen Phase die zentralnervösen Folgen einer Schalleitungsschwerhörigkeit effektiv
mindern könnte ("therapeutisches Modell").
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Darstellung von Hirnaktivität mit der FDG-Methode
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Der Energiestoffwechsel des Gehirns beruht im wesentlichen auf einen Stoffwechsel von Glucose.
Neuronale Aktivität kann mit Hilfe des 2-deoxy-D-glucose [14C(U)]-Methode auf allen Ebenen des
auditorischen Systems quantitativ gemessen und bildlich dargestellt werden. Durch die Verwendung
von 2-deoxy-fluoro-D-glucose [14C(U)] bei der sogennannten FDG-Methode kann die Aufnahme des
radioaktiven Metaboliten im Stoffwechsel optimiert werden. Die injizierte 2-deoxy-fluoro-D-glucose
[14C(U)] wird zunächst mit dem Blutstrom ins Gehirn transportiert und folgt anfänglich dem gleichen
Metabolismus wie normale Glucose. Eine biochemische Modifikationen der 2-deoxy-D-glucose (die
fehlenden Hydroxylgruppe am 2. Kohlenstoffatom) verhindert allerdings nach der Umsetzung zum
2-deoxy-fluoro-D-glucose-6-Phosphat den weiteren Abbau im Stoffwechsel, das
2-deoxy-D-glucose-6-Phosphat kann die Zellmembran nicht mehr passieren und verbleibt als
ß-Strahler im Gewebe. In histologischen Schnitten kann diese Strahlung auf einem Röntgenfilm
autoradiographisch sichtbar gemacht werden. Eine hohe 2-deoxy-fluoro-D-glucose [14C(U)]-Aufnahme
ist dabei mit hoher elektrischer Aktivität des synaptischen Neuropils korreliert und kann daher
als Äquivalent neuronaler Aktivität gelten Der Energieverbrauch, der über die Akkumulation
von 2-deoxy-fluoro-D-glucose [14C(U)] angezeigt wird, dürfte seine Ursache vor allem im hohen
Energieverbrauch der Natrium-Membranpumpe haben.
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Quantifizierung neuronaler Aktivität in der Hörrinde durch digitale Bildverarbeitung
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Im digitalisierten Autoradiogramm horizontaler Hirnschnitte werden in jeder Hemisphäre Referenz-
und Grenzlinien gezogen, um die Vermessung der Aktivität in der Hirnrinde durch ein
Bildverarbeitungsprogramm zu ermöglichen. In Autoradiogrammen des parietalen Cortex wird eine
äußere Grenzlinie zwischen Schicht I und II und eine innere Grenzlinie zwischen Schicht IV und V
gezogen. Der Rechner bildet anschließend ein enges Meßfenster zwischen der äußeren (I-II) und
inneren Grenzlinie (IV-V), das eine Schmalheit in rostrocaudaler Richtung von 0,05 mm besitzt. Die
Grauwerte aller Bildpunkte entlang der radialen Kolumne werden addiert und ihr Mittelwert
gebildet. Dem Mittelwert ist durch die rostrale Grenze des Hippocampus im jeweiligen Schnitt
ein absoluter Bezug zur rostrocaudalen Koordinate des Gehirns zugeordnet. Automatisch ermittelt
das radial integrierende Meßfenster für jeden Meßpunkt auf der rostrocaudalen Achse einen
mittleren Grauwert. Die graphische Auftragung der Messung ergibt ein sogenanntes
"Grauwertprofil", welches die Aktivität der oberen Cortexschichten entlang ihrer
rostrocaudalen Ausdehnung quantifiziert. Mit Hilfe diese Grauwertprofiles können der Ort und
der Betrag maximaler neuronaler Aktivität in den Feldern des auditorischen Cortex (hier z.B.
im primären auditorischen Feld AI und im anterioren auditorischen Feld AAF) und weitere Parameter
vermessen werden.
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Zucht und Biologie eines Wildstammes Mongolischer Wüstenrennmäuse
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Die heute weltweit als Heim- und Labortier gehaltenen Mongolischen Wüstenrennmäuse
(Meriones unguiculatus) entstammen vermutlich alle einer einzigen Zuchtlinie, deren
Genpool 1935, 1949 und 1954 drastisch reduziert wurde. Unter ihren Nachkommen sind Albinismus
und epilepsieähnlichen Krämpfe immer wieder zu beobachten. Bei einer Forschungsexpedition in
die Mongolei konnten wir 1995 wildlebende Mongolischen Wüstenrennmäuse untersuchen und in
Deutschland erfolgreich zur Nachzucht bringen. Seit 1997 wird an der Universität Göttingen
in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen eine Gerbilpopulation in kontrollierter Auszucht
(HAN-System) vermehrt und wissenschaftlich untersucht, die auf 30 Paare wild gefangener
Meriones unguiculatus zurückgeht. Alle bislang untersuchten domestizierten Säugetiere
(Haustiere) haben im allometrischen Bereich ein kleineres Gehirn als ihre wildlebenden
Artgenossen, dies gilt auch für Laborgerbils. Neben dieser Hirnreduktion - der größten bei
Nagetieren - ergeben erste Versuche intraspezifische Unterschiede beim auditorisches
Diskrimationslernen und im Verhalten.
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Einbindung von Studenten und Graduierten in die aktuelle Forschung
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Nach dem Prinzip eines "offenen Labors" ist es Studenten und Graduierten aus den
Fachdisziplinen Physik,
Biologie und
Medizin möglich, ein
Forschungspraktikum zu absolvieren und dabei eigene Arbeiten durchzuführen.
In der akademischen Lehre wird u.a. in jedem Wintersemester (siehe Vorlesungsverzeichnis)
eine Vorlesung zur speziellen Zoologie und ein Praktikum zu Anatomie der Gerbillinae angeboten.
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