Stichworte: Auditorischer Cortex, Brutpflegeverhalten, c-fos, Colliculus inferior, 2DG-Autoradiographie, Elektrophysiologie, Prägung, Hörsystem, Immunzytochemie, Lautmusterkennung, Maus, Neuroendokrinologie, Neuropharmakologie, Signaltransduktion, Sonagraph; Grillen, Cercales System, Mechano-Sensillen, Neuronale Netze, Wanderheuschrecken, Niem-Baum, Azadi-rachtin; audiovokales Lernen, Fledermäuse, Psychoakustik, Kommunikationslaute, frontaler Cortex, Tonotopie; Marsupialia, evozierte Hirnstamm-Potentiale (BAEP), Audiogramm, Tonotopie; Lichtrezeptor-Zellen, Spektrale Empfindlichkeit, Hirudo medicinalis; Neuron-Ontogenese, Ionenkanäle
Forschung von G. Ehret, Gästen und Mitarbeitern (in Klammern: finanzierende Institution):
1. Topographie neuronaler Antworteigenschaften im Hörsystem der Katze. Die Kodierung komplexer Schallspektren im auditorischen Cortex ist bisher völlig unverstanden. Im primären Hörcortex der Katze wurden elektrophysiologische Kartierungen der Antworteigenschaften von Neuronen hinsichtlich ihrer Frequenzselektivität, Robustheit der Tonantwort in Rauschen und Intensitätsabhängigkeit des Antwortverhaltens durchgeführt und geordnete Repräsentationen aufgezeigt, die Grundlage von Wahrnehmungsphänomenen sein können. (Ehret; Human Frontier Science Program)
2. Aktivitätsverteilung im Hörcortex der Maus bei der Erkennung arteigener Kommunikationslaute. Die frühe Genexpression, z. B. von c-fos nach der Aktivierung von Neuronen wird im immunzytochemischen Nachweis von Fos Protein genutzt, um das neuronale Aktivitätsmuster im Hörcortex der Maus bei Erkennung und Nichterkennung von arteigenen Ultraschall-Lauten darzustellen. Lauterkennung, also Bewertung der Bedeutung des Schalls, spiegelt sich in den Fos-Verteilungen im primären und sekundären Hörcortex wider. (Ehret, Fichtel; Graduiertenkolleg "Biomolekulare Medizin")
3. Intrinsische neuronale Organisation des Mittelhirns (Colliculus inferior) und des Hörcortex der Maus. Elektrische und pharmakologische Eigenschaften der Neurone. In vitro Untersuchungen am Gehirnschnitt-Präparat des Hörcortex und Colliculus erlauben an einzelnen Neuronen intrazelluläre Ableitungen elektrischer Potentiale in Antwort auf elektrische Stimulation sowie Modulation dieser Antworten durch Neurotransmitter-Agonisten und -Antagonisten und schließlich nach Farbinjektion und morphologischer Darstellung der Neurone eine Zuordnung der Physiologie zu einem Neuronentyp. Die Messungen liefern Daten über die morphologische Klassifizierung von Neuronen hinsichtlich der Art, wie sie erregende und hemmende Eingänge integrieren, welche Neurotransmitter und Rezeptortypen an der Integration beteiligt sind und zwischen welchen Bereichen des Gehirns die Neurone vermitteln. (Ehret, Neulist, Wagner, Reetz; Human Frontier Science Program, DFG und Graduiertenkolleg "Biomolekulare Medizin")
4. Neuronale Antwortdynamik im Mittelhirn (Colliculus inferior) der Maus auf akustische Signale in Rauschen. Eine wichtige Verarbeitungsleistung des zentralen Hörsystems ist die Verbesserung der Kodierung von Nutzsignalen in einem verrauschten Hintergrund. Die Untersuchungen zeigen, daß viele Neurone ihren Frequenzantwortbereich trotz Hintergrundrauschen konstant halten können und Erregung darin integrieren. Dies ist nur durch starke laterale Hemmung, die wir an den Seiten der Frequenzabstimmungskurven nachweisen konnten, möglich. (Ehret; Volkswagenstiftung)
5. Verbindungen des auditorischen Thalamus (Corpus geniculatum mediale, CGM). Die Darstellung von retrograden und anterograden Projektionen des CGM mit Hilfe von Meerrettichperoxidase-Tracing Techniken zeigen die Verbindungen zum auditorischen Cortex, Colliculus inferior, Nucleus reticularis thalami und dem Bereich der Amygdala. (Ehret, Kamada; Human Frontier Science Program)
6. Östrogenrezeptordynamik im Limbischen System brutpflegender Mäuse. Durch die hormonelle Umstellung von Schwangerschaft und Geburt findet in vielen Kerngebieten des für die Regulation von Instinktverhalten und Motivationen zuständigen Limbischen System des Gehirns eine Dynamik im Vorkommen von Östrogenrezeptoren in Zellkernen (nachgewiesen durch spezifische Antikörper und Immunzytochemie) statt, die mit der Induktion von Brutpflegeverhalten einhergeht. Durch Brutpflegeerfahrung können auch bei naiven Weibchen und Männchen Östrogenrezeptorverteilungen geändert werden, d.h. sensorische Erfahrung führt zu veränderten Angriffsmöglichkeiten für Östrogen (beim Männchen aus Testosteron aromatisiert) im Gehirn. (Ehret, Wiemann; Volkswagenstiftung, DFG)
7. Modulation der zytoplasmatischen Oxytozinverteilung im Thymus durch Östrogen. Die Veränderung der Blutöstrogenwerte im weiblichen Fortpflanzungszyklus führt zu einer Modulation des Oxytozingehalts in Thymusepithel-Zellen. Durch systemisch appliziertes Östrogen erhöht sich der Oxytozingehalt im Thymus, und die intrazelluläre Oxytozinverteilung ändert sich (Bildung von Oxytozingranulae). (Ehret, Reich, Wiemann; Volkswagenstiftung).
8. Aktivitätsverteilung im Gehirn von Enten während der Nachlaufprägung. 2-Desoxyglukose-Autoradiographie zeigt die Verteilung neuronaler Erregung im Vorderhirn von Entenküken während der Nachlaufprägung auf akustische, visuelle und kombinierte Reize. Adäquate akustische Reize bereiten eine visuelle Prägung vor, wobei sich eine anfänglich in vielen Gehirngebieten vorhandene linksseitige Hemisphärendominanz ausgleicht. (Ehret, Single; universitäre Mittel).
9. In weiteren Projekten wurde das akustische Verhalten von Fröschen, Sozialverhalten von Delphinen und Zwergschimpansen (Bonobos) untersucht (Ehret, universitäre Mittel).
Forschung von G.Kämper, Gästen und Mitarbeitern (in Klammern: finanzierende Institution):
1. Das cercale Sinnessystem bei Grillen und seine synaptische Verschaltung als Modell für Mechanismen neuronaler Informationsverarbeitung. Die afferenten Axone der Haar- und Keulen-Sensillen auf den paarigen Cerci am Abdomen von Grillen bilden während der Ontogenese auf Interneuronen (IN) im Terminal-Ganglion des Zentralnervensystems (ZNS) ein definiertes Muster von Synapsen aus. Die IN sind z.T. auch miteinander verschaltet. Manche Verbindungen ändern sich von einem Larvalstadium zum nächsten. Die Übertragungseigenschaften der Sensillen und IN bei Schall-, Wind- und Schwerkraft-Reizung wurden elektrophysiologisch gemessen, und Lage und Gestalt der Zellen durch intrazelluläre Farbstoff-Markierung dokumentiert. Diese Netzwerke weniger, definierter Neurone erwiesen sich als ausreichend, wichtige Reiz-Parameter (z.B. Intensität, Richtung, Frequenz) bereits vor Weitergabe zu höheren Zentren des ZNS zu analysieren. Zur Untersuchung der Synaptogenese wurde ein Zellkultursystem etabliert. (Kämper, Weber; Byzov, Rozhkova, Vedenina; VW-Stiftung).
2. Umwandlung (Modalitätswechsel) von Sensillen während der Ontogenese. Bei einer Grillen-Mutante wandeln sich identifizierbare schwerkraft-empfindliche Sensillen während der Larvalentwicklung in windempfindliche Sensillen um. Sie wurde herausgezüchtet, und Änderungen der Feinstruktur und der Reiz-Erregungs-Übertragungs-Eigenschaften der Sensillen wurden untersucht. (Kämper, Weber; DFG-FSP "Dynamik und Stabilisierung neuronaler Strukturen"; Graduierten-Kolleg).
3. Einfluß natürlicher Insektizide des Niem-Baums auf Sinnesorgane der Wanderheuschrecke. Extrakte des Niem-Baums, vor allem Azadirachtin, gelten als ökologisch verträgliche und zukunftsträchtige Mittel zur Populationskontrolle bei Insekten. Versuche über ihre Wirkmechanismen zeigten, daß mechanische Sinnesorgane nach lokaler äußerer Applikation und darauffolgender Häutung Veränderungen im Übertragungsverhalten aufweisen (Streckrezeptororgan im Flügelgelenk) bzw. reizaufnehmende Cuticula-Strukturen verlieren können (Haarsensillen). (Kämper; universitäre Mittel.).
Forschung von K.-H. Esser und Mitarbeitern (in Klammern: finanzierende Institution):
1. Hörphysiologie audio-vokalen Lernens bei Fledermäusen. Zur Absicherung des Befunds, daß juvenile Phyllostomus discolor ihre Isolationslaute strukturell dem individualspezifischen, sinusoidal frequenzmodulierten Richtlaut der jeweils eigenen Mutter anpassen, wurden verschiedene psychoakustische Tests durchgeführt: Abhängigkeit der Hörschwelle von der Frequenz, Detektion von Frequenzmodulation, Unterscheidungsvermögen für Modulationsfrequenzen (Esser; Forschungs-Starthilfe Universität Ulm)
2. Verarbeitung arteigener Laute in der Großhirnrinde. Mittels Single- und Multiunit-Ableitungen wurde das Antwortverhalten von Neuronen in einem Areal des auditorischen Cortex (FM/FM-area) von Pteronotus parnellii bei Reizung mit digital gespeicherten, arteigenen Kommunikationslauten analysiert. Entsprechend wurde auch die Verarbeitung Echoortungs-relevanter Signalparameter im frontalen Cortex untersucht. (Esser, gemeinsam mit Dr. C. Condon, Prof. Dr. J. Kanwal, Prof. Dr. N. Suga; alle Washington University, St. Louis, MO, USA; Forschungs-Starthilfe Universität Ulm)
3. Parzellierung und Tonotopie des auditorischen Cortex von Fledermäusen. Der auditorische Cortex von Carollia perspicillata wurde elektrophysiologisch lokalisiert und morphometrisch definiert (Verteilung der Bestfrequenzen und Schwellenschalldruckpegel). Damit wurde erstmals die Hörrinde einer Fledermaus, die ausschließlich frequenzmodulierte (=FM) Echoortungslaute abgibt, sehr detailliert kartiert. (Esser; Forschungs-Starthilfe Universität Ulm)
Forschung von K. Reimer und Mitarbeitern (in Klammern: finanzierende Institution):
Frühe Ontogenese des Hörvermögens und dessen anatomische Basis bei einem Marsupialier. Psychophysische Bestimmungen der Audiogramme und Analyse akustisch evozierter Hirnstamm-Potentiale (BAEPs) neonater bis adulter Beutelratten, Monodelphis domestica, haben, entgegen herrschender Ansicht, gleiche oder bessere Leistungen des Hörsystems und ähnlichen Entwicklungsverlauf wie bei Eutheria ("höheren" Säugern) vergleichbarer Lebensweise nachgewiesen. Mittels 2DG-Autoradiographie und c-Fos-Immunocytochemie wurde gezeigt, daß die Hörbahn von Monodelphis , insbesondere der Colliculus inferior, tonotop organisiert ist, nicht unähnlich dem der Eutheria. Es wurde ein Verfahren zum unmittelbaren Vergleich von Markierung mit diesen beiden Methoden im selben Gehirn ausgearbeitet. (Reimer; Forschungs-Starthilfe Universität Ulm)
Forschung von J. B. Walther et al.: (in Klammern: finanzierende Institution)
1. Messungen der spektralen Empfindlichkeit einzelner Lichtsinneszellen in den Becherocellen des Blutegels, Hirudo medicinalis, wurden publiziert. - Die ionalen Abhängigkeiten der Reiz-Erregungs-Transduktion dieser Zellen wurden weiter bearbeitet. (Engelmann née Adamczyck, Walther)
2. Die Änderungen der Ionenkanal-Ausstattung von Neuronen aus dem embryonalen Mäusegehirn mit fortschreitendem Alter wurden mittels Patch-Clamp-Messungen in bisher zwei Altersstufen erfasst. (Walther et al.; universitäre Mittel)
Publikationen (Auszug):
Kooperationen:
G. Ehret mit:
Prof. Dr. H. Scheich (Institut für Neurobiologie, Universität Magdeburg), Prof. Dr. G. Langner (Zoologisches Institut, TH Darmstadt), Prof. Dr. C. Schreiner (UCSF, San Francisco, USA), Prof. Dr. P.H. Jen (University of Missouri, Columbia, USA), Prof. Dr. N. Suga (Washington University, St. Louis, USA), Prof. Dr .I. Taniguchi (Tokyo Medica and Dental University, Tokyo, Japan), Prof. Dr. K. Kameda and Prof. Dr. T. Kamada (Hokkaido University, Sapporo, Japan) mit gemeinsamem Forschungsprojekt unterstützt durch die Human Frontier Science Program Organization: "Functional Organization of the Mammalian Auditory Cortex". Prof, Dr. R. Romand (Universit‚ Blaise Pascal,Clermont-Ferrand, Frankreich) über "Enwicklung des Gehörs". Prof. Dr. I. Vartanian, Dr. M. Egorova, Dr. I. Andreeva (Russische Academie der Wissenschaften, St. Petersburg, Rußland) über "Neuronal response dynamics in the auditory midbrain and auditory cortex to signals in noise". Prof. Dr. G. Jirikowski (Anatomisches Institut, Universität Jena) über "Hormonelle Neurobiologie der Reproduktion: Auswirkungen auf Immunsystem und Verhalten". Prof. Dr. G. Klump (Zoologisches Institut, Universität München) über "Einflüsse von akustischem Lernen auf die Aktivierbarkeit des Vorderhirns bei Vögeln."
G. Kämper mit:
Prof. Dr. E. Horn, Abt. Neurologie der Universität Ulm, Prof. Dr. R.K. Murphey (University of Massachussetts, Amherst, U.S.A.); Prof. Dr. A. Byzov, Institute for Problems of Information Transmission, Academy of Sciences of Russia, Moscow, Russia.
K.-H. Esser mit:
Prof. Dr. H. Scheich, Zoologisches Institut, Technische Hochschule Darmstadt bzw. Institut für Neurobiologie Magdeburg, Dr. G. Dörrscheidt, Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum, Prof. Dr. U. Schmidt, Zoologisches Institut der Universität Bonn
Dissertationen:
Wagner, Thomas: "Neurone im zentralen Nucleus des Colliculus inferior: Eine intrazelluläre Studie am Gehirnschnittpräparat" (1995).
Weber, Andreas: Züchtungsgenetische, morphologische und physiologische Charakterisierung der sensorischen Mutante cfh der Hausgrille Acheta domesticus L. (1994).
Preise:
Ehret, Günter: Merckle Forschungspreis 1993 für Naturwissenschaften
Gastprofessoren:
Prof. Dr. Michael M. Merzenich, San Francisco, USA
Prof. Dr. A. Byzov, Akademie der Wissenschaften, Moskau, Russland