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Environmental Dynamics and Megaherbivore Adaptations in a Middle Pleistocene Glacial Microrefugium: Isotopic Evidence from the Megalopolis Basin (Southern Greece)
No full textAfter the Mid-Pleistocene Climate Transition, Eurasian ecosystems were governed by longer (~100 ky) but higher amplitude climatic periodicity (glacial-interglacial cycles). The increased intensity of the glacial cycles impacted floral, faunal, and hominin biogeography. Glacial refugial areas in peninsular southern European regions had a prominent role in the survival and persistence of several temperate taxa during adverse periods; however, little is known about the environmental conditions that governed these areas. This cumulative dissertation explores landscape dynamics, climate, and hydrology of a putative micro-refugium in the Megalopolis Basin (Peloponnese, Greece) at the southernmost part of the Balkan Peninsula through the ecological characterization of two extinct megaherbivore species, the European straight-tusked elephant (Palaeoloxodon antiquus) and the European hippopotamus (Hippopotamus antiquus). Individual megaherbivore ecologies were reconstructed through isotopic biogeochemistry to infer millennial, decadal, and annual scale climatic and environmental conditions in the area between ca. 700 and 430 ka. The studied specimens originated from five Middle Pleistocene fossiliferous sites in the Megalopolis Basin, namely Marathousa 1 (ca. 430 ka), Marathousa 2 (ca. 450 ka), Kyparissia 3 (ca. 650 ka), Kyparissia 4 (ca. 700 ka), and Kyparissia-T (early Middle Pleistocene). The contextual association of faunal specimens with hominin activity, either directly in the form of butchering marks or indirectly through their stratigraphic and spatial association with stone tools, extended interpretations to the hominin paleoenvironmental niche in the basin. Three studies present carbon, oxygen, and strontium isotope analyses on enamel carbonates of a straight-tusked elephant (P. antiquus) and five hippopotamus (H. antiquus) specimens to reconstruct their foraging patterns, habitat and mobility, as well as the climatic conditions in the basin during different chrono-stratigraphic intervals. A sequential sampling strategy on herbivore teeth that grow over multiple years, such as the continuously growing hippopotamus tusks and the elephant molars, provides sub-annual and decadal-scale stable isotope data for the selected individuals. Carbon isotopes of both P. antiquus and H. antiquus enamel carbonates revealed the persistence of C3-dominated ecosystems and a mosaic of habitats in the basin, including forested patches and mesic open woodlands/grasslands. Oxygen isotopes indicated mild climatic conditions, even during severe glacial periods. The intra-tooth isotopic profiles revealed moderate seasonality in the basin. Individual palaeoecological inferences suggest dynamic environments and taxon-specific adaptations to shifting resource availability. Multi-annual fluctuations in the carbon isotopic composition of Palaeoloxodon antiquus, in conjunction with strontium isotopic data, suggested limited mobility within the basin for the exploitation of diverse micro-habitats during the MIS 12 glacial period. Carbon isotope profiles of Hippopotamus antiquus demonstrated seasonal dietary adaptations and multi-annual fluctuations in available resources, while oxygen isotopes revealed variable hydrological or climatic conditions. Despite climatic oscillations, the Megalopolis Basin provided a diverse array of subsistence sources, thus facilitating the survival of these megaherbivores through Middle Pleistocene glacial or stadial periods. These results offer further substantiation to the basin’s role as a micro-refugium, an area in which organisms survived through adverse conditions and from which they were able to re-establish viable populations in northern settings during climatic amelioration, but also highlighted the resilience and adaptability of both megafauna and hominin populations to changing environments.Die Dissertation ist gesperrt bis zum 01. Juli 2026 !Nach dem mittelpleistozänen Klimaumbruch unterlagen die eurasischen Ökosysteme einer längeren (~100 ky) und stärkeren klimatischen Periodizität (Glazial- Interglazial-Zyklen) als zuvor. Diese zunehmende Intensität der Gletscherzyklen wirkte sich auf die Flora, die Fauna und die Biogeographie der Homininen aus. Während ungünstiger Perioden spielten glaziale Refugialgebiete auf den südeuropäischen Halbinseln, z.B. dem Balkan, eine herausragende Rolle für das Überleben und Fortbestehen verschiedener Taxa der gemäßigten Breiten. Über die Umweltbedingungen, die in diesen Refugialgebieten herrschten, ist jedoch wenig bekannt. Im Fokus dieser kumulative Dissertation steht das vermeintliche Mikrorefugium im Megalopolis-Becken (Peloponnes, Griechenland) im südlichsten Teil der Balkanhalbinsel. Anhand der ökologischen Charakterisierung von zwei ausgestorbenen Megaherbivoren-Arten, dem Europäischen Elefanten mit geradem Stoßzahn (Palaeoloxodon antiquus) und dem Flusspferd (Hippopotamus antiquus), wurden die Landschaftsdynamik, das Klima und die Hydrologie des Megalopolis- Beckens untersucht. Isotopenanalysen ermöglichen die Rekonstruktion der Ökologie einzelner Megaherbivoren. Abhängig vom beprobten Material können diese Analysen Rückschlüsse auf die Klima- und Umweltbedingungen einer Region mit einer Auflösung von Jahrtausenden, Jahrzehnten oder Jahren liefern. Das hier untersuchte Material stammt aus fünf mittelpleistozänen Fossilfundstellen im Megalopolis- Becken: Marathousa 1 (ca. 430 ka), Marathousa 2 (ca. 450 ka), Kyparissia 3 (ca. 650 ka), Kyparissia 4 (ca. 700 ka) und Kyparissia-T (frühes Mittelpleistozän). Die kontextuelle Verbindung der analysierten Fauna mit homininen Aktivitäten, entweder direkt in Form von Schlachtspuren oder indirekt durch ihre stratigraphische und räumliche Verbindung mit Steinwerkzeugen, erweiterte die Interpretationen der paläoökologischen Nische der Homininen im Becken. In drei Studien wurden Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Strontium-Isotopenanalysen an Zahnschmelzkarbonaten eines Europäischen Waldelefanten (P. antiquus) und von fünf Flusspferden (H. antiquus) durchgeführt, um deren Nahrungsverhalten, Lebensraum und Mobilität sowie die klimatischen Bedingungen im Becken während verschiedener chronostratigraphischer Intervalle zu rekonstruieren. Eine Strategie zur sequenzielle Probenahme an Pflanzenfresserzähnen, die über mehrere Jahre hinweg wachsen, wie z. B. kontinuierlich wachsende Nilpferdstoßzähne und Elefantenmolaren, liefert für die ausgewählten Individuen stabile Isotopendaten auf subjährlicher und dekadischer Ebene. Die Kohlenstoffisotope der Zahnschmelzkarbonate von P. antiquus und H. antiquus zeigten, dass im Megalopolis-Becken C3-dominierte Ökosysteme und ein Mosaik von Lebensräumen, einschließlich bewaldeter Flächen und mesischer offener Wälder/Grünland, fortbestehen. Die Sauerstoffisotope weisen auf milde klimatische Bedingungen hin, selbst während der schweren Eiszeiten. Die Isotopenprofile zwischen den Zähnen zeigten eine mäßige Saisonalität im Becken. Einzelne paläoökologische Schlussfolgerungen deuten auf dynamische Umgebungen und Taxon-spezifische Anpassungen an die wechselnde Verfügbarkeit von Ressourcen hin. Mehrjährige Schwankungen in der Kohlenstoff-Isotopenzusammensetzung von Palaeoloxodon antiquus in Verbindung mit Strontium-Isotopendaten deuten auf eine begrenzte Mobilität innerhalb des Beckens hin, um verschiedene Mikrolebensräume während der MIS 12-Eiszeit zu nutzen. Die Kohlenstoff-Isotopenprofile von Hippopotamus antiquus zeigten saisonale Anpassungen der Ernährung und mehrjährige Schwankungen der verfügbaren Ressourcen, während die Sauerstoff-Isotopen variable hydrologische oder klimatische Bedingungen erkennen ließen. Trotz klimatischer Schwankungen bot das Megalopolis-Becken eine Vielzahl von Nahrungsquellen und erleichterte so das Überleben von Megaherbivoren während der glazialen oder stadialen Perioden des Mittelpleistozäns. Diese Ergebnisse untermauern die Rolle des Beckens als Mikrorefugium, ein Gebiet in dem Organismen bei vergleichsweise günstigen Bedingungen überlebten und von dem aus sie bei einer Klimaverbesserung nördlichere Gefilde neubesiedeln konnten. Darüber hinaus spiegeln die Ergebnisse die Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit sowohl der Megafauna als auch der Homininenpopulationen an sich verändernde Umgebungen wieder
Longitudinale Biomarkeranalysen in der Spinocerebellären Ataxie Typ 3
No full textDie Spinocerebelläre Ataxie Typ 3 (SCA3) ist eine autosomal-dominat vererbte, unheilbare, seltene neurodegenerative Krankheit. Als Auslöser der Erkrankung wurde eine instabile CAG-Repeat-Wiederholung auf dem ATXN3 Gen identifiziert, welches zur Bildung eines Polyglutamin-expandierten Ataxin-3 Proteins führt. Derzeit gibt es für die SCA3 erste Gentherapie-Versuche zur Proteinreduktion, die in klinischen Versuchen erprobt werden. Als seltene Erkrankung ist die Planung von Therapiestudien eine besondere Herausforderung. Aktuell ist der klinisch erhobene SARA Score das Mittel der Wahl zur Einschätzung der Wirksamkeit einer Therapie in Studien. Zum genaueren Monitoring dieser Studien und um schneller und mit weniger Probanden die benötigte Effektstärke zu erreichen, sind Biomarker nötig, die einfach zu gewinnen sind und zuverlässig mit dem klinischen Progress der Patienten korrelieren. Als vielversprechender Kandidat für einen molekularen Biomarker hat sich in der Literatur das PolyQ-expandierte Ataxin-3 hervorgetan. In dieser Promotion wurde sowohl das full-length Ataxin-3 als auch das PolyQ-expandierte Ataxin-3 im longitudinalen Studiendesign an Probanden der ESMI Kohorte untersucht. Ziel dieser Arbeit war an einer großen Kohorte die Rolle von Ataxin-3 als Biomarker der Erkrankung, sowie dessen longitudinalen Verlauf zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Biomaterial von Probanden im longitudinalen Studiendesign über mehrere Jahre (bis zu 4 Jahre im Verlauf) analysiert und ausgewertet. Ein weiteres Zeil dieser Arbeit war es unterschiedliche Methoden der Quantifizierung der Proteinmenge des Ataxin-3 zu vergleichen. Dabei erfolgte der Vergleich der drei Methoden: (A) TR-FRET (selbst durchgeführt), sowie der Vergleich zu ultra-sensitiven Messmethoden: (B) SIMOA-Plattform (Messung durchgeführt NMI Reutlingen) und (C) Singulex-Plattform (Messung durchgeführt Evotec SE). Die Messung des full-length Ataxin-3 mit dem TR-FRET Assay unter Verwendung der Antikörperkombination (1H9-N-term) ergab erwartungsgemäß keine gute Differenzierung zwischen den gesunden Kontrollen und den Mutationsträgern. Für die Analyse der Baseline Untersuchung standen im TR FRET 243 Probanden zur Verfügung, im Simoa Assay 58 Probanden und im Singulex Assay 147 Probanden. Die gemessene Konzentration an Ataxin-3 wurde mit klinischen Daten (SARA Score, INAS Score, AAO) der ESMI Probanden korreliert. Sowohl im Ergebnis der Simoa Assay Messung als auch der Singulex Assay Messung mit der 1H9-MW1 Antikörperkombination ergab sich eine spezifische Messung des expandierten Ataxin-3 in prä-ataktischen und ataktischen Mutationsträgern. Die für das expandierte Ataxin-3 in anderen Kohorten in der Literatur gezeigte signifikante Differenzierung zwischen prä-ataktischen und ataktischen Probanden konnte in dieser Arbeit nicht reproduziert werden. Das expandierte Ataxin-3 zeigte sich vielversprechend als Trait Biomarker, da es Mutationsträger zuverlässig von Kontrollpersonen unterscheiden kann. Als State-Biomarker, der mit dem Krankheitsverlauf korrelieren sollte, zeigt sich jedoch ein uneinheitliches Bild, da die statistisch signifikante Korrelation zwischen expandiertem Ataxin-3 Level und klinische Parametern wie SARA Score und INAS Count, wie sie in der Literatur gezeigte wurde, in dieser Arbeit nicht reproduziert werden konnte. Im longitudinalen Studiendesign ergaben sich keine eindeutigen Tendenzen für das Verhalten der Veränderungen des SARA Scores zur Veränderung des PolyQ-expandierten Ataxin-3 im Zeitraum der beobachteten 2 Jahre. Im Rahmen dieser Promotion wurden 3 ATXN3-spezifische SNP an Probanden der ESMI Kohorte analysiert. Die Ergebnisse der ESMI Kohorte bestätigen die Literatur, in der Mutationsträger mehrheitlich den sogenannte A-C-A Haplotyp, auch bekannt als Joseph-Haplotyp tragen. Bereits in der vorhandenen Literatur zeigte sich die Dominanz dieser Varianten in den expandierten Allelen der Mutationsträger, was somit spannende Ansätze für eine noch zielgenauere Gentherapie bieten kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich in dieser Arbeit das expandierte Ataxin-3 in einer großen Kohorte als guter Trait Biomarker erwies und dass sowohl der Simoa Assay als auch der Singulex Assay sehr zuverlässig anhand des expandierten Ataxin-3 Kontrollen und Mutationsträger differenzieren können. Über den Beobachtungszeitraum zeigte sich die Konzentration des expandierten Ataxin-3 im Großteil der Kohorte stabil. Das macht das expandierte Ataxin-3 zu einem interessanten Parameter für die Überwachung einer Proteinreduktions-Therapie, aber möglicherweise nicht als Krankheitsverlaufsmarker
Rückenmarksstimulation (SCS) mit kombinierter Muskelstimulation (MuscleSCS) bei verschiedenen Frequenzen im klinischen Versuch
No full textHintergrund:
Chronische Rückenschmerzen gehören weiterhin zu den häufigsten Ursachen für Einschränkungen der Lebensqualität und sind aus sozioökonomischer Perspektive eine der Hauptgründe für Arbeitsunfähigkeit. Die Genese chronischer Rückenschmerzen ist multifaktoriell, da verschiedene anatomische Strukturen wie Knochen, Gelenke, Bänder, Nerven und die Muskulatur an der Entstehung und Aufrechterhaltung beteiligt sind. Die SCS-Therapie (Spinal Cord Stimulation) hat sich über die Jahre als bewährte Methode etabliert, um bei unzureichendem Therapieerfolg durch epidurale Rückenmarksstimulation unter anderem die fehlregulierte Schmerzweiterleitung zu modulieren. Dennoch unterliegen viele Patient*innen auch nach der Anwendung der SCS-Therapie weiterhin einem erheblichen Leidensdruck. Dies unterstreicht den Bedarf an neuen Forschungsansätzen und klinischen Entwicklungen zur weiteren Verbesserung der Behandlungsergebnisse. Ziel dieser Arbeit war es, die Optimierung der SCS-Therapie durch die Ergänzung einer Muskelmodulation (MuscleSCS) zu evaluieren, bei der die zusätzliche Stimulation über die epidural platzierten Elektroden erfolgt.
Methoden:
In die Studie wurden 25 Patient*innen mit chronischen Schmerzen eingeschlossen, die zuvor in der neurochirurgischen Klinik der Universitätsklinik Tübingen ein SCS-System implantiert bekommen hatten. Zu Studienbeginn (T0) und nach drei Monaten kombinierter Therapie (T1) wurden anamnestische Daten erhoben sowie folgende Parameter evaluiert: Schmerzintensität (gemessen mit der numerischen Rating-Skala, NRS), Schmerzkatastrophisieren (Pain Catastrophizing Scale, PCS), Alltagsbeeinträchtigung (Pain Disability Index, PDI) und Einschränkungen durch Schmerzen (Brief Pain Inventory, BPI). Von den ursprünglich rekrutierten 25 Patient*innen schlossen 23 die Studie bis zum Zeitpunkt T1 ab. Im Rahmen einer Subgruppenanalyse wurden die
Ergebnisse von Patient*innen mit implantierten Lamitroden und Octroden hinsichtlich der erhobenen Parameter und anamnestischen Daten verglichen um mögliche Unterschiede im Behandlungserfolg zu untersuchen.
Ergebnisse:
Die Integration der Muskelmodulation in die BurstDR™-Stimulation der SCS-Therapie zeigte in dieser Untersuchung keine statistisch signifikanten Verbesserungen der affektiv-kognitiven Schmerzaspekte. Ein Vergleich der Elektrodenkonfigurationen (Lamitrode und Octrode) ergab ebenfalls keine wesentlichen Unterschiede. Es ist jedoch zu beachten, dass die Aussagekraft dieser Ergebnisse aufgrund der kleinen Stichprobengröße eingeschränkt ist. Bemerkenswert ist, dass 22 Teilnehmende angaben, die Muskelmodulation gerne weiterhin nutzen zu wollen, da sie subjektiv sowohl eine Verbesserung des Wohlbefindens als auch eine temporäre Reduktion der Schmerzen wahrnahmen.
Schlussfolgerung:
Die individualisierte Muskelmodulation hat sich als vielversprechender Zusatz zur SCS-Therapie erwiesen, auch wenn die affektiv-kognitiven Schmerzaspekte in dieser Studie nicht signifikant beeinflusst wurden. Die hohe Akzeptanz der Methode durch die Patient*innen und die berichteten positiven Effekte auf das Wohlbefinden unterstreichen das Potenzial dieser innovativen Technik. MuscleSCS erweitert das Spektrum der SCS-Therapie und bietet eine wertvolle zusätzliche Option zur Schmerzbewältigung für chronische Schmerzpatient*innen. Angesichts der bisherigen Ergebnisse sind umfangreichere Studien erforderlich, um die tatsächliche Wirksamkeit und die langfristigen Vorteile dieser Methode zu bestätigen. Die Kombination von SCS und Muskelmodulation ist eine vielversprechende, wirkungsvolle Ergänzung, die das Behandlungskonzept für Patient*innen mit chronischen Schmerzen nachhaltig bereichern könnte
Inferring emotions from the eyes in typical development and major depression
No full textThe present work investigates factors shaping how we read the language of the eyes, focusing on the impact of gender, experience, and the specificity of mental conditions such as MDD. Two paradigms were implemented in this study: The Emotion recognition in Masked Faces (EMF) task and RMET, which provide a comparable amount of information from the eyes. While most previous studies suffered such limitations of online experimenting as a lack of control over settings and female predominance, this work was conducted face-to-face. The outcome of the first study that included a sample of TD individuals balanced in gender, indicates that both males and females demonstrate an uneven profile of emotion recognition, with some emotions affected by masks more severely than others. Contrary to our expectations, however, males were more sensitive to subtle emotional signals transmitted through the eyes. On disgust recognition, the forgotten emotion of psychiatry, a notable effect of masks was found on females exhibiting lower accuracy. These findings are particularly relevant for research on mental disorders such as MDD, which shows gender disparities in prevalence, manifestation, and social cognition. The second study reveals that recognition of subtle emotions, in particular sadness, improves with experience through early to mid-adulthood in TD females. Finally, the third study in female MDD indicates that reading language of the eyes is affected selectively rather than globally: Recognition of subtle negative emotions (such as sadness and disgust) covered by masks as well as interpretation of the eyes’ expressions with positive valence are more heavily compromised. Selective impairments in emotion recognition differ markedly from global deficits in other clinical populations such as SZ. In both MDD and TD individuals, emotion recognition behind a mask and performance on the RMET are linked to each other in processing speed, but not recognition accuracy, suggesting a commonality in the encoding of visual input. Overall, by identifying gender- and experience-related patterns, this work suggests the ability for reading language of the eyes may serve as a marker of mental conditions such as MDD. Moreover, distinct patterns of deficits in reading language of the eyes across mental disorders enhances understanding of nonverbal social cognition, informing the development of diagnostic tools, remediation programs, and tailored interventions within and beyond the context of the COVID-19 pandemic
Identifizierung charakteristischer Merkmale von Tinnitus und Hyperakusis in gering hörgeschädigten Probanden
No full textTinnitus – umschrieben als Wahrnehmung eines heterogenen Geräusches ohne externe Ursache – betrifft zwischen 8 und 30 % der Bevölkerung. Damit ist Tinnitus ein Beschwerdebild mit hoher Prävalenz. Bis heute sind die pathophysiologischen Ursachen von Tinnitus nicht vollständig geklärt. Daraus resultiert ein immer noch mangelhafter Therapieansatz, wodurch Tinnitus zu einem Symptom wird, was die Betroffenen erheblich in ihrem Alltag einschränkt und die Lebensqualität mindert. Viele Modelle der Tinnitusentstehung werden grundsätzlich diskutiert. Die Mehrheit der Literatur geht davon aus, dass Tinnitus aufgrund eines peripheren Schadens von Hörfasern, Deafferentierung/Synaptopathie, entsteht. Auf diesen Schaden wird mit einer erhöhten Spontanfeuerungsrate reagiert. Ein weit verbreiteter Ansatz ist die Theorie, dass auf die Spontanfeuerungsrate ein ‚central neural gain‘ folgt, welches zur kortikalen Aktivität und konsekutiver Tinnituswahrnehmung führt. Andere Studien – unter anderem die Studien aus unserer Arbeitsgruppe – vertreten die Theorie eines Verlustes dieses ‚central neural gain‘. Das verminderte zentrale Antwortverhalten und damit einhergehendes Rauschen führt in dieser Theorie zu Tinnitus. In dieser Studie wurde mithilfe der Analyse von Reintonaudiometrie, Messung der Unbehaglichkeitsschwelle, Tympanometrie, Tinnitus-Bestimmung, Tinnitusfragebogen, Hyperakusisinventar, Feinstrukturanalyse mittels ABR und der Analyse von Cortisol im Speichel versucht, Tinnitus- und Hyperakusisspezifische Merkmale zu identifizieren, aber vor allem Unterschiede herauszufiltern. Möglicherweise stellt die Komorbidität Hyperakusis den limitierenden Faktor dar, aufgrund dessen die genauen pathophysiologischen Ursachen von Tinnitus weiterhin kontrovers diskutiert werden.
Studieninteressierte Probanden wurden ausgeschlossen, sobald ein Hörverlust in einer einzelnen Frequenz > 40 dB vorlag. Zusätzlich dazu galten neurologische Erkrankungen, Erkrankungen des Ohrapparates etc. als Ausschlusskriterien. Tinnitusprobanden ohne Hyperakusis zeigten im Vergleich zu denen mit Hyperakusis keine signifikanten Unterschiede in der Hörschwelle, deren Reduzierung einer der wichtigsten Risikofaktoren in der Entstehung von Tinnitus ist. Ein Hörverlust ist somit für keine der beiden Entitäten ein charakteristisches Merkmal. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Score des Hyperakusisinventars sowie der Score des Tinnitusfragebogens signifikant unterschieden, sobald zusätzlich Hyperakusis angegeben wurde. In den Unterdimensionen ‚Emotionale Belastung‘, ‚Kognitive Einschränkung‘ und ‚Penetranz des Tinnitus‘ des Tinnitusfragebogens wurde eine signifikant höhere Belastung innerhalb der Tinnitusprobanden mit Hyperakusis angegeben. Tinnitusprobanden ohne Hyperakusis zeigten reduzierte und verzögerte überschwellige ABR-Antworten, wohingegen Tinnitusprobanden mit Hyperakusis im Gegensatz dazu erhöhte Amplituden und verkürzte Latenzen in der BERA zeigten, signifikant in den Wellen V und III. Zusammenfassend kann bereits in einer Studie mit einer kleineren Stichprobengröße, wie in dieser Arbeit vorliegend, nicht nur die Annahme unterstützt werden, dass Tinnitus nicht mit einer zentralen neuronalen Verstärkung einhergeht, sondern auch gezeigt werden, dass dieser Mechanismus, welcher als Korrelat von Tinnitus angenommen wird, am ehesten Hyperakusis zugeschrieben werden kann und kein eindeutiges Tinnitusmerkmal ist
Characterization of histologically validated Endometriosis by non-invasive, marker independent Raman microspectroscopy
No full textEndometriose ist eine weit verbreitete gynäkologische Erkrankung, die hauptsächlich Frauen im gebärfähigen Alter betrifft. Sie ist gekennzeichnet durch das Vorkommen von ektopem endometriumähnlichem Gewebe außerhalb des Uterus und geht häufig mit chronischen Schmerzen, Dysmenorrhoe, Dyspareunie, Dyschezie, Dysurie sowie Infertilität einher. Aufgrund ihrer heterogenen Symptomatik und fehlender spezifischer Biomarker gestaltet sich die Diagnosestellung oft schwierig. Der derzeitige Goldstandard ist die laparoskopische Operation mit anschließender histologischer Bestätigung. Trotz der geringen Komplikationsrate stellt dieses Verfahren einen invasiven Eingriff mit nicht zu vernachlässigenden Risiken dar. Zudem führt keine der aktuellen Behandlungsoptionen – weder chirurgisch noch medikamentös – zu einer endgültigen Heilung. Hormonelle Langzeittherapien sind in vielen Fällen symptomlindernd, jedoch insbesondere für junge Patientinnen mit Kinderwunsch keine zufriedenstellende Option.
Vor diesem Hintergrund war es Ziel dieser Studie, das diagnostische Potenzial der Raman-Mikrospektroskopie (RMS) zur Unterscheidung von eutopem und ektopem Endometriumgewebe zu untersuchen. Bei der RMS handelt es sich um eine nicht-invasive, markerunabhängige Technik, mit der auf Basis von Photon-Molekül-Wechselwirkungen organische und anorganische Materialen analysiert und Gewebe anhand ihrer chemischen Zusammensetzung charakterisiert werden können.
Zur Beantwortung der Fragestellung wurden histologisch bestätigte Gewebeproben von eutopem Endometrium (KO) und endometriotischen Herden (DI) mit der RMS untersucht. Dabei wurden kryokonservierte Gewebeschnitte verwendet, um den nativen Gewebeverhältnissen möglichst nahe zu kommen. Insgesamt wurden Proben von sechs Patientinnen eingeschlossen (n=3 KO; Alter 39–48 Jahre, Mittelwert: 44 Jahre; n=3 DI; Alter 31–41 Jahre, Mittelwert: 36,75 Jahre). Bei zwei DI-Patientinnen konnten zusätzliche Herde aus verschiedenen Lokalisationen (Ligamentum sacrouterinum (LIS), Douglas-Raum (DGS) und Septum rectovaginale (SRV)) gewonnen werden. Alle Proben wurden in der proliferativen Phase entnommen.
Nach histologischer Färbung zur Lokalisation der Drüsenregionen und des umgebenden Stromas erfolgte die Raman-spektroskopische Messung des konsekutiven, nativen Gewebeschnitts. Die resultierenden Spektren wurden mittels PCA- und TCA-Analyse ausgewertet, um Unterschiede in der molekularen Zusammensetzung der Gewebe zu identifizieren. Dies ermöglichte eine detaillierte molekulare Charakterisierung der Kollagenmerkmale, der Lipidprofile und der Zusammensetzung der Epithelzellen. In den Spektren der Zellkerne konnten keine signifikanten Unterschiede gefunden wurden.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen das Potential der RMS auf zur Differenzierung zwischen KO und DI. Langfristig könnte die Methode als ergänzendes Diagnoseinstrument weiterentwickelt werden, um endometriotische Läsionen z.B. während minimal-invasiver Operationen in Echtzeit sicher zu identifizieren und von gesundem Gewebe zu unterscheiden. Aufgrund der begrenzten Fallzahl sind jedoch weiterführende Studien mit größeren Patientenkollektiven und zusätzlichen Läsionslokalisationen erforderlich, um die diagnostische Genauigkeit und klinische Relevanz zu validieren. Die identifizierten molekularen und strukturellen Unterschiede zwischen KO und DI könnten darüber hinaus neue Ansatzpunkte für zukünftige therapeutische Ansätze bieten
Neural Correlates of Neon Color Spreading Illusion in Mouse Visual Cortex
No full textDie Dissertation ist gesperrt bis zum 01. September 2026 !Illusionen sind ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Korrelate einzelner Neuronen in der Wahrnehmung. Hier stellen wir eine achromatische Version der Neon Color Spreading (NCS) Illusion bei Mäusen vor und berichten über die neuronalen Korrelate der illusorischen Helligkeit, die mit menschlicher fMRT untersucht wurde. Wir haben ein neuartiges NCS-Paradigma entwickelt, um ein illusorisches Driftgitter zu erzeugen, und in einer Reihe von Experimenten haben wir fast sechstausend einzelne Einheiten in den kortikalen visuellen Bereichen der Maus aufgezeichnet. Für das erste Experiment haben wir 636 einzelne Einheiten im primären visuellen Kortex (V1) der Maus aufgezeichnet. Ein beträchtlicher Anteil der einzelnen V1-Einheiten reagierte auf illusorische Gitter.
Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die räumliche Phasenabstimmung bei den meisten einzelnen Einheiten um 180° verschoben war, wenn wir Luminanz-definierte Gitter (LDG) mit einer Phasenverschiebung von 180° relativ zu NCS-Gittern präsentierten. Dieser Befund beweist eindeutig, dass einzelne V1-Einheiten auf illusorische Helligkeit reagieren. Mit diesem neuen Mausparadigma zeigen wir, dass die Reaktionen auf illusorische Gitter eine geringere Größe haben und im Vergleich zu physikalischen Gittern verzögert sind. Wir haben ermittelt, welche Arten von V1-Einzelzellen mehr zum Mechanismus der Illusionsverarbeitung in V1 beigetragen haben. Wir fanden heraus, dass NCS-präferierende Zellen eher eine Surround-Suppression erhalten, als schnell-spikende mutmaßliche Interneuronen klassifiziert werden und komplexe rezeptive Feldeigenschaften haben.
Anschließend weiteten wir unsere Suche nach den neuronalen Korrelaten von NCS auf höhere laterale visuelle Areale der Maus aus. Wir haben 5058 einzelne Einheiten aus vier Bereichen, nämlich V1, LM (lateromedial), LI (laterointermediär) und LL (laterolateral), gleichzeitig aufgezeichnet. Wir fanden heraus, dass LM eine wesentliche Rolle bei der Verarbeitung von Illusionen spielt, da die durch NCS ausgelösten Reaktionen in LM stärker waren und früher auftraten als in anderen visuellen Bereichen.
Schließlich verringerte die optogenetische Hemmung höherer visueller Areale die Reaktion der einzelnen V1-Einheiten auf den NCS-Reiz, nicht aber auf den LDG-Reiz, was darauf hindeutet, dass die Verarbeitung optischer Täuschungen durch V1-Neuronen bei Mäusen spezifisch von oben nach unten gesteuert wird. Diese Ergebnisse zeigen eine hierarchische Organisation, bei der höherstufige Neuronen eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung von Täuschungsqualitäten, wie z.B. Helligkeit, spielen."Illusions are a powerful tool for studying the single-neuron correlates of perception. Here, we introduce an achromatic version of the neon color spreading (NCS) illusion in mice and report the neuronal correlates of illusory brightness, which has been studied using human fMRI. We designed a novel NCS paradigm to generate an illusory drifting grating, and in a series of experiments, we recorded nearly six thousand single units in mouse cortical visual areas. We recorded 636 single units in the mouse primary visual cortex (V1) for the first experiment. A substantial proportion of V1 single units (60.5%) responded to illusory gratings.
Moreover, by presenting luminance-defined gratings (LDG) with a 180° phase shift relative to NCS gratings, we show that spatial phase tuning shifted 180° for most single units. This finding conclusively demonstrates that V1 single units respond to illusory brightness. Using this novel mouse paradigm, we show that responses to illusory gratings have a lower magnitude and are delayed relative to physical gratings. We determined what types of V1 single units contribute more to the illusion processing mechanism in V1. We found that NCS-preferring cells are more likely to receive surround suppression, to be classified as fast-spiking putative interneurons, and to have complex receptive field properties.
We then expanded our search for the neuronal correlates of NCS to higher lateral visual areas of the mouse. We recorded 5058 single units from four areas, namely V1, LM (lateromedial), LI (laterointermediate), and LL (laterolateral), simultaneously. We found that LM has an essential role in illusion processing as the NSC-evoked responses in LM were stronger and appeared earlier than in other visual areas.
Lastly, optogenetics inhibition of higher visual areas reduced the V1 single unit response to the NCS stimulus but not the LDG stimulus, implicating top-down feedback specifically in processing optical illusions by V1 neurons in mice. These findings reveal a hierarchical organization in which higher-level neurons are pivotal to processing illusory qualities, such as brightness.
Modeling population dynamics of neural circuits: from in vitro neural systems to structured cortical networks
No full textThe collective dynamics of neuronal populations form the basis of complex physiological processes and adaptive behavior in animals. Computational modeling is one of the key tools that facilitate the understanding of population dynamics and its functions. Recent progress in machine learning and brain recording techniques allowed a close integration of experimental recordings and computational modeling. This, on the one hand, enables detailed quantitative fits of experimental data that improve our understanding of basic physiology, network organization, and variability. On the other hand, modern methods help to better characterize neuronal activity and learn the details of the computations these systems perform.
In the first part of the thesis, I demonstrate how modeling approaches and simulation-based parameter inference, integrated closely with experiments, can enhance our understanding of network organization principles. In the second part, I apply statistical modeling methods to characterize the neuronal dynamics underlying complex self-correction behavior.
Chapter 2 leverages simulation-based inference (SBI) to integrate single-cell properties, network structure, and population dynamics in a model of networks of dissociated neurons in vitro. This approach allowed us to discover that networks adjust the inhibitory connectivity and maintain excitation/inhibition balance under chronic changes in the cellular excitatory/inhibitory composition. Chapter 3 identifies the dynamical states underlying the self-organization of networks of cultured neurons towards collective bursting activity. I show how a reduced model of network activity can explain the difference between networks of rodent and human pluripotent stem cell-derived neurons in vitro that exhibit seemingly identical dynamics. Chapter 4 focuses on the functional implications of the excitation/inhibition connectivity in the spiking networks model and examines how recurrent network structure allows the development of excitation and inhibition balance and stimulus tuning. Chapter 5 turns to the more complex dynamics of cortical networks underlying self-correction behavior in rats. There, statistical modeling and data analysis techniques helped us to uncover the complex organization of neural responses in the Anterior Cingulate Cortex. In the final Chapter 6, I discuss the main limitations of this work and the main future direction.Die Dissertation ist gesperrt bis zum 20. März 2026