Veränderungen des neuronalen Schaltkreises des ... · Solange die horizontale optokinetische...

Veränderungen des neuronalen Schaltkreises

des optokinetischen Reflexes und

optokinetische Verhaltensdefizite

bei albinotischen Frettchen

Dissertation

zur Erlangung des Grades

eines Doktors der Naturwissenschaften

der Fakultät für Biologie

an der Ruhr-Universität Bochum

angefertigt am

Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie

vorgelegt von

Nikolaos Garipis

aus Serres (Griechenland)

Bochum 2001

Dissertation eingereicht am: 02. November 2001 Betreuer: Prof. Dr. K.-P. Hoffmann (Lehrstuhl Allgemeine Zoologie und Neurobiologie, Fakultät Biologie) Koreferent: Prof. Dr. R. Necker (Lehrstuhl Tierphysiologie, Fakultät Biologie) Dekan: Prof. Dr. Dr. H. Hatt (Lehrstuhl Zellphysiologie, Fakultät Biologie)

I

Inhaltsverzeichnis

Einleitung ............................................................................. 1

I. Der horizontale optokinetische Reflex........................................................................ 1

II. Funktionelle Anatomie des optokinetischen Systems ............................................... 1

III. Albinismus bei Säugetieren......................................................................................... 3

IV. Neuronaler hOKN-Schaltkreis des Frettchens .......................................................... 4

V. Zielsetzungen und Hypothesen................................................................................... 5

Material und Methoden..................................................... 8

I. Teil I: Verhalten........................................................................................................... 8

A. Versuchstiere..................................................................................................................8

B. Fixierung der Versuchstiere ...........................................................................................8

C. Horizontale optokinetische Reizung ...............................................................................9

D. Registrierung der Augenbewegungen...........................................................................12

E. Analyse und Auswertung des EOGs .............................................................................12

1. Bearbeitung und graphische Darstellung der EOG-Spuren.................................... 12

2. Statistik ................................................................................................................... 14

F. Inaktivierung des Prätektums ......................................................................................14

1. Injektionsmethode und Vorbereitung der Versuchstiere ........................................ 14

2. Muscimol-Injektionen............................................................................................. 17

3. Farb-Injektionen ..................................................................................................... 17

G. Sehtest..........................................................................................................................17

1. Versuchsaufbau und Konditionierung .................................................................... 17

2. Durchführung des Perimetrietests........................................................................... 20

3. Auswertung und graphische Darstellung ................................................................ 21

H. Histologische Untersuchung .........................................................................................21

II. Teil II: Neurophysiologie ........................................................................................... 23

II

A. Anästhesie und Tierpräparation...................................................................................23

B. Extrazelluläre Ableitungen und Suche nach dem NOT ................................................25

C. Elektrische Stimulation................................................................................................26

1. Reizparameter und Erläuterungen .......................................................................... 26

2. Reizexperimente ..................................................................................................... 27

a) Antidrome Reizung der NOT-Neuronen von der IO ........................................... 27

b) Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom VC ............................................ 28

c) Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom ON............................................ 28

d) Antidrome Reizung kortikaler Neuronen vom NOT und SC .............................. 28

D. Visuelle Stimulation .....................................................................................................30

1. Visuelle Stimulation der prätektalen Zellen ........................................................... 30

2. Visuelle Stimulation der VC-Neuronen.................................................................. 30

3. ON-OFF-Test von Zellen des Mittelhirns .............................................................. 31

4. Lichtverhältnisse ..................................................................................................... 32

E. Datenaufnahme und Analyse........................................................................................32

1. Richtungsspezifitäts-Indizes ................................................................................... 33

2. ON-OFF-Indizes ..................................................................................................... 34

3. Statistik ................................................................................................................... 35

F. Histologie .....................................................................................................................35

Ergebnisse .......................................................................... 37

I. Teil I: Verhalten......................................................................................................... 37

A. Spontane Augenbewegungen (vor Muscimol-Injektion)...............................................37

B. hOKN-Test (vor Muscimol-Injektion)..........................................................................40

1. Optokinetische Reizung der Albinofrettchen ......................................................... 40

a) Monokulare Ganzfeldreizung .............................................................................. 40

b) Binokulare Ganzfeldreizung ................................................................................ 43

2. Optokinetische Reizung der pigmentierten Frettchen ............................................ 47

a) Monokulare Ganzfeldreizung .............................................................................. 47

b) Binokulare Ganzfeldreizung ................................................................................ 47

C. Inaktivierungsstudie und histologische Auswertung.....................................................49

1. hOKN-Test nach Muscimol-Injektion.................................................................... 49

III

2. Histologische Dokumentation der Injektionsorte ................................................... 53

3. Farb-Injektionen ..................................................................................................... 55

D. Ergebnis des Perimetrietests.........................................................................................56

1. Binokulare Messungen ........................................................................................... 57

2. Monokulare Messungen.......................................................................................... 58

II. Teil II: Neurophysiologie ........................................................................................... 64

A. Histologische Verifikation............................................................................................64

1. NOT-Ableitorte, IO- und VC-Reizorte................................................................... 65

2. NOT- und SC-Reizorte und VC-Ableitorte ............................................................ 69

B. Physiologie ...................................................................................................................72

1. Lokalisation des NOT-Areals und der NOT-Neuronen.......................................... 72

2. Umgebung der NOT-Neuronen .............................................................................. 73

3. Allgemeine Charakterisierung der prätektalen und der NOT-Neuronen................ 74

4. ON/OFF-Eigenschaften von Neuronen im Mittelhirn............................................ 74

a) ON/OFF-Eigenschaften von prätektalen und NOT-Neuronen............................ 74

b) ON/OFF-Eigenschaften von SC-Neuronen......................................................... 75

5. DS-Indizes und antidrome Identifizierung der NOT-Neuronen............................. 76

a) Albinofrettchen.................................................................................................... 78

b) Pigmentierte Frettchen......................................................................................... 82

c) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen.................................. 82

6. Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom VC ............................................... 83

a) Albinofrettchen.................................................................................................... 84

b) Pigmentierte Frettchen......................................................................................... 85

c) Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen ...................................................... 86

7. Antidrome Reizung der VC-Neuronen vom NOT und / oder SC .......................... 87

a) Anzahl der untersuchten VC-Neuronen............................................................... 87

(1) Albinofrettchen............................................................................................ 87

(2) Pigmentierte Frettchen ................................................................................ 88

b) Richtungsspezifität und Vorzugsstärke im VC.................................................... 88



(3) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen ......................... 90

c) Anti- und orthodrome Reizlatenzen im VC......................................................... 91

IV



(3) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen ......................... 92

d) Antidrome Reizbarkeit der VC-Neuronen und visuelle Reize ............................ 93



e) Vorzugsrichtungen der VC-Neuronen................................................................. 94



f) Vom NOT und SC reizbare VC-Neuronen.......................................................... 98


(2) Pigmentiertes Frettchen............................................................................... 98

(3) Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen.............................................. 99

8. Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom ON............................................... 99

Diskussion........................................................................ 104

I. Teil I: Verhalten....................................................................................................... 104

A. Die Meßmethode ........................................................................................................ 104

1. Wahl des EOGs und EOG-Auswertung ............................................................... 104

2. Sensitivität des unkalibrierten EOGs .................................................................... 105

B. Augendrift oder Spontannystagmus beim Albinofrettchen? ....................................... 106

C. Optokinetische Blindheit des Albinofrettchens ........................................................... 106

1. Reizparameter ....................................................................................................... 107

2. Optokinetische Augenbewegungen bei hypopigmentierten Säugern................... 109

D. Muscimol-Experimente .............................................................................................. 111

1. Die Injektionsmethode .......................................................................................... 111

2. Erste Eingrenzung des okulomotorischen Defektes des Albinofrettchens ........... 113

E. Perimetrietest............................................................................................................. 113

1. Annahmen des Perimetrietests.............................................................................. 113

2. Getestetes Gesichtsfeld ......................................................................................... 115

3. Sehfähigkeit des Albinofrettchens unter binokularer Bedingung......................... 115

4. Sehfähigkeit des Albinofrettchens unter monokularer Bedingung....................... 116

V

5. Der Perimetrietest in Bezug auf das optokinetische System ................................ 117

II. Teil II: Neurophysiologie ......................................................................................... 119

A. Identifizierung der NOT-Neuronen............................................................................ 119

B. Ausmaß des physiologischen Defizits.......................................................................... 121

C. Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen und optokinetische Blindheit................... 121

D. Kortikaler Eingang des NOT...................................................................................... 125

1. Einordnung der Experimente in den vorhandenen Wissensstand ......................... 125

2. Stärke und Leitungsgeschwindigkeit des kortikalen NOT-Eingangs ................... 128

3. Informationsgehalt des kortikalen NOT-Eingangs ............................................... 130

4. Ursprung des kortikalen NOT-Eingangs beim Frettchen..................................... 132

E. Retinaler Eingang des NOT........................................................................................ 134

1. Stärke und Leitungsgeschwindigkeit des retinalen NOT-Eingangs ..................... 134

2. Informationsgehalt des retinalen NOT-Eingangs ................................................. 138

F. Das morphologische Korrelat zur Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen............ 143

Zusammenfassung.......................................................... 145

1. Teil I: Verhalten.................................................................................................... 145

2. Teil II: Neurophysiologie ..................................................................................... 146

a) Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen........................................................ 146

b) Kortikaler Eingang der NOT-Neuronen............................................................ 147

c) Retinaler Eingang der NOT-Neuronen.............................................................. 148

Literaturverzeichnis ....................................................... 150

Danksagung ..................................................................... 163

Curriculum vitae............................................................. 164

VI

Abkürzungsverzeichnis

# Nummer (Nr.)

∅ Durchmesser

° Grad Sehwinkel

°C Grad Celsius

µl Mikroliter

µm Mikrometer

Abb. Abbildung(en)

ALLS anterolaterales laterales suprasylvisches Areal

AMLS anteromediales laterales suprasylvisches Areal

APB 2-Amino-4-phosphonobutyrat

AS ansinater Sulcus

ASG anteriorer sygmoider Gyrus

CB Cerebellum (Kleinhirn)

CC Corpus callosum

ccw gegen den Uhrzeigersinn (engl. counterclockwise)

cd Candela

CGL Corpus geniculatum laterale

CNG coronaler Gyrus

CNS coronaler Sulcus

CRS cruciater Sulcus

cw im Uhrzeigersinn (engl. clockwise)

DS-I Richtungsspezifitäts-Index (Plural: -izes) (engl. direction selectivity index)

EOG Elektrookulogramm

GABA γ-Aminobuttersäure

HC Hypocampus

hOKN horizontaler optokinetischer Nystagmus

hOKR horizontaler optokinetischer Reflex

Hz Hertz

IAL Interaurallinie

IO inferiore Olive (bzw. dorsale Kappe der inferioren Olive)

K Helligkeitskontrast

KG Körpergewicht

VII

LG lateraler Gyrus

LS lateraler Sulcus

LTD Langzeit-Depression (engl. long-term depression)

MΩ Megaohm

MD Medulla

MT mediales temporales Areal

N Anzahl

NOT Nukleus des optischen Traktes

NPH Nukleus präpositus hypoglossi

NRTP Nukleus reticularis tegmenti pontis

ON optischer Nerv

OX optisches Chiasma

PC Personalcomputer

PEG posteriorer ectosylvischer Gyrus

PLLS posteriolaterales laterales suprasylvisches Areal

PMLS posteriomediales laterales suprasylvisches Areal

PSG posteriorer sygmoider Gyrus

Q25 unteres Quartil

Q75 oberes Quartil

RF rezeptives Feld

s.c. subcutan

s.d. Standardabweichung (engl. standard deviation)

SC superiorer Colliculus

SSG suprasylvischer Gyrus

SSS suprasylvischer Sulcus

STS superiorer temporaler Sulcus

TTL Transistor-Transistor-Logik

VC visueller Kortex

VK Vestibulariskerne

Einleitung 1

Einleitung

I. Der horizontale optokinetische Reflex

Der horizontale optokinetische Reflex (hOKR) ist ein basaler Mechanismus zur

Stabilisierung des Bildes der Umwelt auf der Retina. Er wird durch die großflächige retinale

Bildverschiebung in horizontaler Richtung ausgelöst, die bei Betrachtung der sich

bewegenden Umwelt und / oder bei Eigenbewegung hervorgerufen wird. Er wirkt dieser

Bildverschiebung entgegen und ermöglicht damit eine Stabilisierung des Bildes auf der

Retina. Folglich ist er von fundamentaler Bedeutung für Mensch und Tier. Bei anhaltender

Bildverschiebung in einer Richtung wird der hOKR durch sogenannte Rückstellsakkaden in

entgegengesetzter Richtung unterbrochen. Die alternierende Auslösung des hOKR und der

Rückstellsakkaden ist der horizontale optokinetische Nystagmus (hOKN). Der hOKR bildet

die langsamen Folgephasen und die Rückstellsakkaden bilden die schnellen Phasen

des hOKNs.

II. Funktionelle Anatomie des optokinetischen Systems

Bei typischen Afoveaten (Lagomorpha und Rodentia) mit lateralstehenden Augen und

nahezu vollständiger Kreuzung der retinofugalen Fasern findet man folgenden neuronalen

hOKN-Schaltkreis.

Ausgehend von der Retina existiert eine monosynaptische Projektion zum kontralateralen

Nucleus des optischen Traktes (NOT) (Klooster et al., 1983; Pak et al., 1987). Diese

Projektion wird von richtungsspezifischen Ganglienzellen des ON-Typs gebildet (Barlow &

Hill, 1963). Wenn durch eine Augeninjektion von APB (2-Amino-4-phosphonobutyrat) die

ON-Ganglienzellen selektiv inaktiviert werden, kann über das injizierte Auge kein hOKN

mehr ausgelöst werden.

Der NOT ist ein paariger Kern und befindet sich im Prätektum. Dieser Kern nimmt eine

zentrale Stellung zwischen Sensorik und Motorik ein, indem er eine herausragende Rolle bei

der Auslösung des hOKR bzw. der langsamen Phase des hOKN spielt (Kaninchen:

Collewijn, 1975; Ratte: Schmidt et al., 1993; Frettchen: Klauer et al., 1990; Katze: Hoffmann

& Schoppmann, 1981; Tammarwallaby: Ibbotson et al., 1994; Totenkopfaffe: Hoffmann,

Einleitung 2

1985; Rhesusaffe & Langschwanzmakak: Hoffmann et al., 1988; für einen Überblick siehe

Cohen et al., 1992). Innerhalb des NOTs finden sich Interneuronen, die γ-Aminobuttersäure

enthalten (Horn & Hoffmann, 1987; Nunes Cardozo & Van der Want, 1990; Nunes Cardozo

et al., 1991; Van der Want & Nunes Cardozo, 1988), die Synapsen mit den NOT-

Ausgangsneuronen bilden. Die Injektion von Muscimol, einem GABAA-Agonisten, in einen

NOT inaktiviert reversibel die NOT-Ausgangsneuronen. Infolgedessen kann der hOKN nicht

mehr in Vorzugsrichtung des inaktivierten NOTs ausgelöst werden.

Die NOT-Ausgangsneuronen sind richtungsspezifisch für Bewegung eines großflächigen

visuellen Musters. Im linken NOT werden sie richtungsspezifisch aktiviert durch eine

Reizbewegung nach links und die im rechten NOT durch die Reizbewegung nach rechts.

Dieses Schema ist bei allen untersuchten Säugetieren mit intaktem optokinetischen System

bestätigt worden.

Grob spaltet sich der NOT-Ausgang in zwei Projektionszweige auf. Der für die Auslösung

der langsamen Folgephase des hOKN verantwortliche Projektionszweig zieht ipsilateral in

den Hirnstamm zum Nukleus präpositus hypoglossi (NPH) und / oder zum Nukleus

reticularis tegmenti pontis (NRTP; Kaninchen: Maekawa et al., 1981, 1984; Ratte: Cazin et

al., 1980, 1982, 1984; Katze: Magnin et al., 1983, 1989; Watanabe et al., 1993; Primaten:

Mustari et al., 1994; Fuchs et al., 1992), die ihrerseits zu den kontralateralen

Vestibulariskernen projizieren. Von den Vestibulariskernen verläuft der Projektionsweg zu

den Augenmuskelkernen, die schließlich die entsprechenden äußeren Augenmuskeln

innervieren. Der zweite Projektionszweig zieht vom NOT zur ipsilateralen inferioren Olive

(IO) und dient unter Einbeziehung des Kleinhirns und der Vestibulariskerne der

Rekalibirierung des vestibulookulären Nystagmus (Ito et al., 1974; Ito, 1982, 1993). Die

richtungsspezifische Information aus dem NOT ist für beide Projektionen unerläßlich für die

zu erfüllenden Funktionen.

Dieser neuronale Schaltkreis ermöglicht den Afoveaten folgendes optokinetisches Verhalten:

Solange die horizontale optokinetische Reizung binokular erfolgt, zeigen alle bis jetzt

untersuchten, visuell intakten adulten Spezies einen symmetrischen hOKN, d.h. die Güte

(Quotient der Augengeschwindigkeit durch die Reizgeschwindigkeit) der Augenfolge-

bewegung ist für beide horizontalen Reizrichtungen gleich.

Unter monokularer Reizbedingung jedoch zeigen die Afoveaten einen stark asymmetrischen

monokularen hOKN (Kaninchen: Hahnenberger, 1977; Maus: Grüsser-Cornehls & Böhm,

1988; Ratte: Hess et al., 1985; Reber et al., 1991). Die Güte der Augenfolgebewegung ist in

temporonasaler Richtung höher als in nasotemporaler Richtung. Der Grund für diese

Einleitung 3

Asymmetrie liegt darin, daß von einem Auge nur der kontralaterale NOT aktiviert wird, der

die langsame Folgephase des hOKN nur in der temporonasalen Richtung des gereizten

Auges auslösen kann.

Mit zunehmender evolutiver Entwicklung des Kortex, Foveation und Frontalstellung der

Augen treten immer mehr ungekreuzte retinofugale Ganglienzellfasern auf. Damit

einhergehend findet eine Erweiterung des neuronalen Schaltkreises des hOKN statt. Der

NOT bekommt zusätzlich zu seinem direkten Eingang von der kontralateralen Retina auch

einen schwächeren Eingang von der ipsilateralen Retina und einen immer stärker werdenden

binokularen Eingang vom ipsilateralen visuellen Kortex (VC) (Katze: Hoffmann &

Schoppmann, 1975; Berman, 1977; Ventre, 1985; Primaten: Lui et al., 1995).

Parallel zu der Erweiterung des hOKN-Schaltkreises nimmt die Symmetrie des monokularen

hOKN zu (Tauber & Atkin, 1968). Bei Katzen (Markner & Hoffmann, 1985) findet man

einen nahezu symmetrischen und bei Primaten (Affe: Koerner & Schiller, 1972; Mensch:

Van den Berg & Collewijn, 1988) schließlich einen völlig symmetrischen monokularen

hOKN. Der Grund für die Symmetriezunahme liegt darin, daß durch die Erweiterung des

hOKN-Schaltkreises beide Retinae mit jedem NOT verbunden werden und damit die

Aktivierung beider NOTs von einem Auge möglich wird (vgl. Abb. 1A). Beispielsweise

aktiviert das linke Auge den rechten NOT bei Reizbewegung nach rechts (über die direkte

Projektion) und den linken NOT bei Reizbewegung nach links (über die direkte ipsilatrale

Projektion und insbesondere über die indirekte binokulare Projektion vom ipsilateralen VC).

Folglich kann der hOKN über jedes Auge allein in beiden horizontalen Richtungen ausgelöst

werden.

Aus diesen anatomischen und verhaltensphysiologischen Befunden stellt sich die Frage, wie

der Symmetriegrad des monokularen hOKN bei einer Spezies verändert wird, bei der die

Anzahl der ipsilateral verlaufenden retinalen Ganglienzellfasern infolge einer genetischen

Mutation reduziert ist (vgl. Abb. 1B). Solche Mutanten sind Albinos.

III. Albinismus bei Säugetieren

Albinotische Säuger zeigen eine Vielzahl von Fehlbildungen und -funktionen, insbesondere

in ihrem visuellen System. Anatomisch findet man das Fehlen von Pigment in der Haut und /

oder im retinalen Pigmentepithel, was mit einer Hypoplasie der Retina und abnormen

retinofugalen Projektionen einhergeht. Am optischen Chiasma der Albinos kreuzen mehr

Ganglienzellaxone als bei normal-pigmentierten Individuen derselben Art (Jeffery et al.,

Einleitung 4

1997; Ilia & Jeffery 1999; Morgan et al., 1987; Stone et al., 1978b). Die Folge dieser

abnormen Überkreuzung ist eine partiell falsche Abbildung des Gesichtsfeldes auf das

Corpus geniculatum laterale (CGL), die sich bis zum visuellen Kortex fortsetzt. Der visuelle

Kortex versucht zwar die Störung seiner retinotopischen Organisation durch Reorganisation

zu korrigieren, trotzdem bleibt die kortikale Repräsentation der visuellen Umwelt partiell

abnorm (Guillery 1971, 1974, 1990; Apkarian et al., 1991; Sanderson et al., 1974). Die

retinoprätectale Projektion ist ebenfalls von

der Reduktion der ipsilateralen retinofugalen

Fasern betroffen (Maus: Balkema et al., 1981;

Pak et al., 1987; Kaninchen: Klooster et al.,

1983; Frettchen: Morgan et al., 1987; Zhang

& Hoffmann, 1993; Siamesiche Katze:

Guillery, 1974; Ault et al. 1995; Albinokatze:

Creel et al., 1982; Ault et al., 1995; Tiger:

Guillery & Kaas, 1973; Mensch: Guillery et

al., 1975; Apkarian et al., 1991).

IV. Neuronaler hOKN-Schaltkreis des

Frettchens

Der hOKN-Schaltkreis des Iltisses (MUSTELA

PUTORIUS FURO, pigmentiertes Frettchen) ist

hinsichtlich seiner sensorischen NOT-

Eingänge zwischen dem der Ratte und dem

der Katze einzuordnen. Der Frettchen-NOT

erhält einen direkten, starken Eingang vom

kontralateralen Auge, einen direkten,

schwachen Eingang vom ipsilateralen Auge

und einen binokularen Eingang vom

ipsilateralen visuellen Kortex (Abb. 1A)

(Klauer et al., 1990; Zhang & Hoffmann,

1993). Entsprechend zeigt das pigmentierte

Frettchen einen monokularen hOKN, der

wesentlich symmetrischer ist als der

Abb. 1: Vereinfachtes Schema des neuronalen hOKN-Schaltkreises des pigmentierten (A) und albinotischen (B) Frettchens. Die gepunkteten grauen Pfeile in A zeigen den zusätz-lichen indirekten NOT-Eingang, der im Verlaufe der Evolution hinzugekom-men ist und beim Albinofrettchen (B) infolge der Reduktion der ipsilateralen retinofugalen Fasern weggefallen ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die Projektionen vom linken Auge ein-gezeichnet und die dem NOT nachge-schalteten visuomotorischen Struktu-ren wurden weggelassen.

A pigmentiertes Frettchen

NOT NOT

VC VC

CGL CGL

?

NOT NOT

VC VC

CGL

B albinotisches Frettchen

Einleitung 5

monokulare hOKN der Ratte und in dieser Hinsicht dem monokularen hOKN der Katze

nahekommt (Hein et al., 1990).

Bei der albinotischen Form des Iltisses, dem Albinofrettchen, ist der direkte retinale NOT-

Eingang vom ipsilateralen Auge reduziert (Abb. 1B) (Zhang & Hoffmann, 1993). Diese

Reduktion ist eine Folge der allgemeinen Reduktion der ipsilateral projizierenden zugunsten

der kontralateral projizierenden retinofugalen Fasern, die bei allen höheren albinotischen

Säugern beobachtet wird (Frettchen: Guillery 1971; Huang & Guillery, 1985; Morgan

et al., 1987).

V. Zielsetzungen und Hypothesen

Die vorliegende Arbeit wird methodisch in einen Verhaltensteil und einen

elektrophysiologischen Teil gegliedert. Beide Teile werden getrennt dargestellt und

diskutiert. Es werden folge Fragestellungen bearbeitet:

Teil I: Verhalten

Aufgrund der eingangs beschriebenen Anatomie des neuronalen hOKN-Schaltkreises und

des entsprechenden optokinetischen Verhaltens des pigmentierten Frettchens unter

monokularer Bedingung, scheint das Albinofrettchen ein geeigneter Kandidat zu sein für

Untersuchungen bezüglich der Symmetrie des monokularen hOKN.

• Die erste Hypothese ist, daß die Binokularität des kortikalen NOT-Eingangs beim

Albinofrettchen infolge der Reduktion der ipsilateralen retinofugalen Projektionen

schwächer als beim pigmentierten Frettchen ausgebildet ist. Deshalb müßte der

monokulare hOKN des albinotischen Frettchens asymmetrischer sein als der des

pigmentierten Frettchens. Zur Überprüfung dieser Hypothese werden Augenbewegungs-

messungen unter monokularer Bedingung während optokinetischer Ganzfeldreizung

durchgeführt.

Die Augenbewegungsmessungen entdecken überraschenderweise einen schweren

okulomotorischen Defekt bei den Albinofrettchen. Dieser Befund wirft weitere Fragen auf,

deren Klärung den Ursprung des Verhaltensdefizites funktionell eingrenzen soll:

• Liegt der Grund für das okulomotorische Verhaltensdefizit in einem neuronalen Defekt,

der dem NOT nachgeschaltet ist?

Die Hypothese ist, daß das Verhaltensdefizit der Albinos durch einen motorischen Defekt

verursacht ist. Zur Klärung dieser Frage wird der NOT von Albinofrettchen mit Hilfe von

Muscimol einseitig und reversibel chemisch inaktiviert. Damit wird getestet, ob das

Einleitung 6

künstlich erzwungene Aktivitätsungleichgewicht zwischen dem NOT der injizierten und

dem NOT der nicht-injizierten Hirnseite zu einem Spontannystagmus führt. Das

Auftreten eines Spontannystagmus wird gegen einen dem NOT nachgeschalteten Defekt

sprechen und diese Hypothese widerlegen. Zur Kontrolle wird das Muscimol-Experiment

auch mit einem pigmentierten Frettchen durchgeführt.

• Ist das Albinofrettchen überhaupt in der Lage sich visuell zu orientieren?

Die Hypothese ist, daß das Albinofrettchen aufgrund eines defekten optischen Apparates

oder eines allgemeinen neuronalen Defektes gänzlich blind ist und seine Blindheit

unbemerkt geblieben ist, da es sich besonders gut olfaktorisch orientieren kann

(Apfelbach, 1973; Apfelbach & Wester, 1977) und es immer nur in seiner gewohnten

Umgebung beobachtet wurde. In diesem Zusammenhang wird die Frage gestellt,

inwiefern das zentrale Gesichtsfeld noch funktionell ist, welches auf die temporale

Hemiretina projiziert wird, deren Ausgangsfasern abnormerweise am optischen Chiasma

kreuzen. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen werden albinotische und pigmentierte

Frettchen einem Sehtest unterzogen, der dem Perimetrietest von Sherman (1973)

angelehnt ist.

Teil II: Neurophysiologie

Aus der Entdeckung des hOKN-Ausfalls beim Albinofrettchen resultieren folgende Frage-

stellungen, die im elektrophysiologischen Teil der vorliegenden Arbeit bearbeitet werden:

• Findet sich in der Aktivität der NOT-Ausgangsneuronen ein Korrelat zum optokineti-

schen Verhaltensdefizit der Albinofrettchen?

Zur Beantwortung dieser Frage werden an narkotisierten albinotischen und pigmentierten

Frettchen NOT-Neuronen hinsichtlich ihrer Richtungsspezifität elektrophysiologisch

charakterisiert und miteinander verglichen.

Diese Experimente decken ein abnormes physiologisches Verhalten im NOT des

Albinofrettchens auf. Hieraus ergeben sich folgende Fragen und Hypothesen:

• Inwiefern sind der retinale und / oder der kortikale NOT-Eingang für die abnorme

Physiologie des NOTs des Albinofrettchens verantwortlich?

Diese Frage basiert auf der Hypothese, daß beim pigmentierten Frettchen die Retina und

/ oder der Kortex über ihre Projektionen zum NOT die Richtungsspezifität der NOT-

Ausgangsneuronen determinieren und folglich auch für den Verlust der

Richtungsspezifität beim Albinofrettchen verantwortlich sein könnten. Zur Überprüfung

dieser Hypothese wurden beide NOT-Eingänge mit Hilfe antidromer und orthodromer

Einleitung 7

elektrischer Reizung bei albinotischen und pigmentierten Frettchen untersucht und

miteinander verglichen.

• Eine weitere Hypothese ist, daß die Unterentwicklung der Retina des Albinofrettchens

eine Veränderung des relativen Vorkommens an ON-Ganglienzellen und somit auch an

ON-Zellen im superioren Colliculus (SC) bedingt. Deshalb wird das relative

Vorkommen von ON-, ON-OFF und OFF-Neuronen im SC ermittelt und zwischen

albinotischen und pigmentierten Frettchen verglichen. Ein Unterschied im relativen

Anteil dieser Ganglienzelltypen zwischen dem Albinofrettchen und dem pigmentierten

Frettchen würde indirekt einen abnormen retinalen NOT-Eingang beim Albinofrettchen

anzeigen, weil der direkte retinale Eingang des NOTs von ON-Ganglienzellen gebildet

wird.

Material und Methoden 8

Material und Methoden

I. Teil I: Verhalten

A. Versuchstiere

Es wurden insgesamt 36 albinotische und 16 pigmentierte Frettchen (MUSTELA PUTORIUS

FURO) beiderlei Geschlechts im Alter von fünf bis zwölf Monaten verwendet. Die Tiere

stammten aus der Zucht des Instituts für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der Ruhr-

Universität Bochum und wogen zwischen 450 und 1500 g. Die Albinofrettchen besaßen ein

gelblich-weißes Fell und rosa-rot leuchtende Augen, während die pigmentierten Tiere ein

schwarz-braun gemustertes Fell und dunkle, schwarze Augen hatten. Die Tiere waren agil

und zeigten weder Verhaltensstörungen noch irgendwelche augenfälligen Defizite. Alle

Versuche waren von den lokalen Behörden und der Ethikkommission genehmigt und ihre

Durchführung erfolgte nach dem deutschen Tierschutzgesetz und den internationalen

Richtlinien für Tierversuche „Principles and Policies of Animal Use at NIH“ (Investigator´s

Handbook „Using Animal in Intramural Research: Guidelines for Investigators“, NIH,

1985).

B. Fixierung der Versuchstiere

Um die Augenbewegungsmessungen durchführen zu können, war es notwendig die

Frettchen möglichst in eine unbewegliche Körperhaltung zu bringen. Dazu kamen sie in eine

Röhre, deren vorderes Ende einen verengten Durchmesser besaß (vgl. Abb. 2). Für die

unterschiedlich großen Tiere standen drei unterschiedlich große Röhren zur Verfügung, so

daß die Tiere bequem eingespannt werden konnten. Die in der Institutswerkstatt der

Allgemeinen Zoologie und Neurobiologie gebauten Röhren bestanden aus Hartplastik und

hatten die Maße (Länge / Durchmesser) 45 cm / 9 cm, 45 cm / 7,5 cm und 32 cm / 3,0 cm.

Der verengte Durchmesser am vorderen Ende betrug entsprechend 4 cm, 3,5 cm und 3,0 cm,

so daß das Tier seinen außerhalb der Röhre ragenden Kopf nicht durchziehen konnte. Der


Kopf konnte zusätzlich mit Hilfe eines passend gebauten Kopfgeschirrs an einer

Haltevorrichtung in horizontaler Lage befestigt werden.

C. Horizontale optokinetische Reizung

Die horizontale optokinetische Ganzfeldreizung erfolgte in einer optokinetischen

Reiztrommel (∅ 90 cm, Höhe 100 cm), in die die Röhre mit dem Versuchstier gestellt

wurde. Der Abstand zwischen den Augen des Tiers und der inneren Wand betrug ca. 25 cm.

Die innere Wand der Trommel war mit einem schwarz-weißen Zufallspunktemuster

ausgekleidet, dessen Punktgröße entweder ca. 2,3° (feines Reizmuster) oder ca. 10,7°

Sehwinkel (grobes Reizmuster) betrug. Die Trommel hing an einem Seil senkrecht von der

Decke des Raumes. Mittels eines Elektromotors konnte sie kontinuierlich mit verschiedenen

Winkelgeschwindigkeiten um ihre senkrechte Längsachse im Uhrzeiger- (cw) und gegen den

Uhrzeigersinn (ccw) rotiert werden. Der Innenraum der Trommel war beleuchtet, so daß der

Helligkeitskontrast (K) zwischen den weißen und den schwarzen Punkten ca. 87% betrug

(berechnet nach der Formel [K=(a–b)/(a+b)]×100; a = Leuchtdichte der weißen und b =

Leuchtdichte der schwarzen Punkte). Dabei betrug die Leuchtdichte der schwarzen Punkte

2 cd/m2 und die der weißen Punkte 30 cd/m2 (gemessen mit dem Luminanzmeßgerät Minolta

luminance meter). Durch Klopfen auf die Trommel konnten die Tiere auch akustisch gereizt

und dadurch in einem besonders aufmerksamen Zustand gehalten werden.

Vorrichtung für die Befestigung des Geschirrs: Grundfläche der Stifte: 1,5 cm × 1,5 cm Höhe der beiden Stifte: 3 cm Abstand der beiden Stifte: 5,5 cm

Röhre

optokinetische Trommel

Vorrichtung zur Befestigung des Geschirrs

Abb. 2 skizziert die Röhre, in die die Versuchstiere während der optokinetischen Reizung in die Trommel gebracht wurden. Der Umriß der optokinetischen Trommel ist ebenfalls gezeigt (nicht maßstabsgetreu); der Drehpfeil symbolisiert die Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn (cw).


In dieser Weise wurden die Versuchstiere binokular und / oder monokular (nur linkes Auge

sehend, nur rechtes Auge sehend) mit einem oder mit beiden Reizmustern optokinetisch

gereizt. Der Einsatz von zwei Reizmustern mit unterschiedlichen Punktgrößen war

notwendig, da bekannt ist, daß die Auslösbarkeit des hOKN (insbesondere bei Albinos) von

der Punktgröße des Reizmusters abhängen kann (Sirkin et al., 1985). Die Reizgeschwindig-

keiten betrugen 5, 10, 20, 50 und 100°/s jeweils in cw- und in ccw-Richtung. Dieser

Geschwindigkeitsbereich wurde gewählt, weil aus Hein et al. (1990) bekannt ist, daß die

pigmentierten Frettchen solche Reizgeschwindigkeiten mit einer relativ hohen Folgegüte

beantworten können. Für die monokularen Tests wurde eines der beiden Augen mit einer

lichtundurchlässigen Kappe verdeckt. Die Kappe hatte die Form einer hohlen Halbkugel mit

einem Durchmesser von 1,5 cm und wurde am Kopf des Tiers angebracht.

Ein Versuchstier wurde ein Mal pro Tag in einer Sitzung von ca. je einer Stunde getestet. Die

Punktgröße des Reizmusters wurde nur zwischen verschiedenen Sitzungen geändert.

Innerhalb einer Sitzung wurden mehrere Reizperioden (im Falle der spontanen

Augenbewegungen „Aufnahmeperiode“) von 30 s oder 60 s Dauer durchgeführt. Die

Testbedingungen (Okularität, Reizgeschwindigkeit und Reizrichtung) blieben während einer

Reizperiode konstant und wurden immer nur zwischen den Reizperioden geändert.

Nicht alle Versuchstiere wurden unter allen möglichen Testbedingungen untersucht, so daß

die Anzahl der Tiere, die unter einer bestimmten Bedingung getestet wurde, in vielen Fällen

unter der Gesamtanzahl (33 Albino- und zwölf pigmentierte Frettchen) liegt. Tabelle 1 zeigt

die Anzahl (N) der Tiere, die jeweils mit einem der beiden Muster unter den verschiedenen

Okularitätsbedingungen getestet wurden.

Tab. 1: Anzahl der Versuchstiere, bei denen der hOKN durch Reizung in der Trommel jeweils mit den verschiedenen Reizparametern (Punktgröße des schwarz-weißen Zufallspunktemusters, binokular / monokular) getestet wurde. N = Anzahl der Individuen, die unter den verschiedenen Bedingungen horizontal optokinetisch getestet wurden; X = bei einigen Tieren probeweise getestet, jedoch hier nicht gezeigt, — = nicht getestet.

Reizmuster Okularitätsbedingung N (Albinos) N (Pigm.)

rechts sehend 20 — monokular links sehend 20 —

fein (Punktgröße: 2,3° Sehwinkel) binokular 20 12

rechts sehend X — monokular links sehend X —

grob (Punktgröße: 10,7° Sehwinkel) binokular 33 X


Albinofrettchen: Insgesamt wurden 33 Albinofrettchen optokinetisch getestet. Von diesen

wurden zunächst 20 Tiere mit dem feinen Reizmuster unter allen drei Okularitäts-

bedingungen (binokular, nur rechtes oder nur linkes Auge sehend) gereizt. Anschließend

wurden alle 33 Albinos mit dem groben Reizmuster binokular und einige auch monokular

gereizt. Die wenigen monokularen Messungen mit dem groben Reizmuster werden hier nicht

vorgestellt, da sie sich in ihrem Ergebnis nicht von den binokularen oder den monokularen

Messungen mit dem feinen Muster unterschieden.

Pigmentierte Frettchen: Insgesamt wurden zwölf pigmentierte Frettchen binokular mit dem

feinen Reizmuster optokinetisch getestet. Monokulare Messungen wurden nicht

durchgeführt.

Kontrollmessungen: Als Kontrolle dienten die spontanten Augenbewegungen in Helligkeit

und in Dunkelheit. Für die Aufnahmen in Helligkeit befanden sich die Tiere in der

stehenden, von innen beleuchteten Trommel und konnten auf das Reizmuster blicken. Die

Augenbewegungen der Albinofrettchen wurden auf diese Weise sowohl binokular als auch

monokular bei eingesetztem feinen Muster und nur binokular bei eingesetztem groben

Muster gemessen. Die Messungen mit den pigmentierten Frettchen erfolgten nur binokular

bei eingesetztem feinen Reizmuster. Während der Aufnahmen in völliger Dunkelheit befand

sich die Röhre mit dem Tier in einem durch eine Holzwand abgetrennten, völlig dunklen (0

cd/m2) Raumabschnitt. Die Kontrollmessungen sollten erstens Referenzwerte liefern und

zweitens bei den Albinofrettchen eventuelle okulomotorische Instabilitäten aufdecken, zumal

bei albinotischen Säugern oft ein Spontannystagmus beobachtet wurde (Collewijn et al,

1978, 1985; Precht & Cazin, 1979).

Planetarium: Einige visuelle Stimulationen mit Albinofrettchen erfolgten nicht mit dem

Zufallspunktemuster in der Trommel, sondern mit einem Muster aus unterschiedlich großen,

zufällig im Raum verteilten projizierten Lichtpunkten („Planetarium“). Die Lichtpunkte

wurden mit Hilfe einer hohlen Metallkugel erzeugt, in derem Inneren sich eine Glühbirne

befand. Die Wand der Kugel war randomisiert durchlöchert, so daß durch das Einschalten

der Glühbirne Lichtpunkte in das gesamte abgedunkelte Labor projiziert wurden. Die Kugel

konnte mit Hilfe eines Motors mit verschiedenen Geschwindigkeiten horizontal in cw- und

ccw-Richtung rotiert werden. Das Ergebnis dieser Reizungen unterschied sich nicht von dem

Ergebnis der Reizungen mit den beiden Zufallspunktemustern und wird im Ergebnisteil nicht

dargestellt, sondern nur in der Diskussion erwähnt.


D. Registrierung der Augenbewegungen

Die Messungen der horizontalen Augenbewegungen während der optokinetischen Reizung

erfolgte mit Hilfe des Elektrookulogramms (EOG). Als EOG-Ableitelektroden dienten feine

(∅ 0,1 mm), ca. 15 cm lange, lackisolierte Silberdrähte, deren chloriertes 0,5 cm langes Ende

mit Hilfe einer Injektionskanüle unter die Haut an den beiden äußeren Augenwinkeln

eingestochen wurde. Dieses sogenannte bitemporale Abgreifen der corneoretinalen

Potentialdifferenz eignet sich bei Registrierungen von konjugierten Augenbewegungen am

besten (Collewijn, 1999).

Das abgegriffene Potential wurde mit Hilfe eines Verstärkers (Eigenbau) 2000-fach

verstärkt, auf einem Oszillographen dargestellt und gleichzeitig zu einem PC (Deskpro 286,

Compaq) geleitet. Der PC stellte es online in Abhängigkeit von der Zeit mit einer zeitlichen

Auflösung von 100 Hz als EOG-Spur auf dem Monitor dar. Am Ende einer Reizperiode

(Aufnahmeperiode), deren Dauer mit Hilfe des Aufnahmeprogramms auf 30 s oder 60 s

eingestellt war, wurde die EOG-Spur zwecks späterer Offline-Analyse als Datei

abgespeichert.

Es handelt sich hierbei um ein unkalibriertes EOG, welches keine Aussage über die

Amplitude der Augenbewegungen in Grad Sehwinkel erlaubt. Deshalb stellt die y-Achse der

Augenspuren das abgegriffene EOG-Potential in mV dar.

E. Analyse und Auswertung des EOGs

1. Bearbeitung und graphische Darstellung der EOG-Spuren

Die Offline-Analyse der EOG-Spuren bestand zunächst aus dem Zuschneiden. Dabei wurden

diejenigen Teile der EOG-Spur herausgeschnitten, die keinen optokinetisch ausgelösten

Augenbewegungen entsprachen. Solche Abschnitte wurden nicht in die weitere Auswertung

einbezogen. Abbildung 3 zeigt beispielhaft eine EOG-Spur vor (A) und nach (B) dem

Zuschneiden. Anschließend erfolgte die Berechnung der Steigungen, die jeweils zwischen

zwei 10 ms entfernten benachbarten Punkten entlang der übriggebliebenen Spur bestanden.

Die berechneten Steigungen mit der Einheit mV/s entsprechen der relativen Geschwindigkeit

der Augenbewegungen während der EOG-Registrierung. Der Medianwert dieser Steigungen

(Steigungsmedian) ist ein relativer Wert, welcher über den Differentialquotienten der EOG-

Spur ein relatives Maß für die Augengeschwindigkeit ergab.


Im Falle der Kontrollmessungen wurden nahezu konstante EOG-Potentiale aufgenommen

und infolge dessen haben die allermeisten Steigungsmediane den Wert Null oder einen Wert

nahe bei Null (Steigungsmedian = 0). Im Gegensatz dazu liefern die für den hOKN typischen

Sägezahn-förmigen EOG-Spuren Steigungsmediane ungleich Null. Denn da die langsamen

Folgephasen des hOKN wesentlich mehr Zeit in Anspruch nehmen als die schnellen

Rückstellsakkaden, stammen die meisten Steigungen einer Augenspur von diesen langsamen

Folgephasen und bestimmen somit den Medianwert der Gesamtheit aller Steigungen. Das

Vorzeichen des Steigungsmedians einer EOG-Spur wird definitionsgemäß von der Richtung

des hOKN bestimmt, wobei ein hOKN nach rechts (cw) einen positiven (positive Steigung

der langsamen Phasen) und ein hOKN nach links (ccw) einen negativen Steigungsmedian

(negative Steigung der langsamen Phasen) liefert. Die Tatsache, daß die Rückstellsakkaden

in ihrer Richtung den langsamen Folgephasen entgegengesetzt sind und somit Steigungen

mit entgegengesetztem Vorzeichen liefern, wirkt sich auf das Vorzeichen des Medianwertes

nicht aus.

Von jedem Tier wurde ein Steigungsmedian für jeden getesteten Reizparameter berechnet.

Wenn mehrere EOG-Spuren unter demselben Reizparameter aufgenommen wurden, wurde

das arithmetische Mittel der Steigungsmediane der einzelnen Spuren verwendet.

Anschließend wurde die Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane der verschiedenen

Tiere für jeden Reizparameter (verschiedene Reizgeschwindigkeiten, Kontrollmessungen in

Abb. 3: Beispiele für das Zuschneiden einer EOG-Spur eines pigmentierten Frettchens. A:Vollständige 30-s-lange EOG-Spur vor dem Zuschneiden. Die Aufnahme erfolgte während binokularer optokinetischer Reizung im cw-Richtung mit dem feinen Reizmuster. Die Reizgeschwindigkeit betrug 50°/s. B: Die EOG-Spur aus A nach dem Zuschneiden. In diesem Falle wurde der Spurabschnitt ab 13,8 s herausgeschnitten, weil er nicht optokinetisch ausgelösten Augenbewegungen entspricht. Die ersten 13,8 s zeigen die typische Sägezahn-Form des hOKN und wurden für die Berechnung des Medians zugrunde gelegt, der in diesem Falle +4,15 mV/s beträgt. Abszisse: Zeit; Ordinate: bitemporal abgegriffene corneoretinale Potentialdifferenz.

Zeit [ms]

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

1 mV

A

B


Helligkeit und in Dunkelheit) berechnet und graphisch dargestellt. Da die errechneten

Steigungsmediane innerhalb des Bereichs ±6 mV/s liegen, zeigen die x-Achsen aller

Histogramme den entsprechenden Achsenabschnitt [–6; +6], wobei er in 0,25 breite Klassen

unterteilt ist. Die y-Achse gibt die absolute Anzahl der Medianwerte, die in die jeweiligen

Klassen fallen. Da für jede Versuchsbedingung ein Medianwert von jedem Tier errechnet

wurde, entspricht die Anzahl der Medianwerte innerhalb einer Graphik der Anzahl der Tiere,

die unter der jeweiligen Bedingung getestet wurden.

2. Statistik

Es wurden verteilungsfreie Tests angewandt. Zum Vergleich der Steigungsmediane, die von

derselben Tiergruppe für verschiedene Reizbedingungen errechnet wurden, wurde der

WILCOXON SIGNED RANK TEST angewandt, dessen Nullhypothese („zwei unterschiedliche

Reizbedingungen haben keinen unterschiedlichen Effekt auf die optokinetischen Augen-

bewegungen derselben Tiergruppe“) bei einem P < 0,05 abgelehnt wurde. Zum Vergleich der

Steigungsmediane der beiden unterschiedlichen, ungleich großen Tiergruppen (albinotische

und pigmentierte Tiere) wurde der MANN-WHITNEY RANK SUM TEST angewandt. Die Null-

hypothese („die Medianwerte der einen Gruppe unterscheiden sich nicht von den Median-

werten der anderen Gruppe“) wurde auch in diesem Falle bei einem P < 0,05 abgelehnt. Ein

P > 0,05 zeigt in beiden Tests, daß kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden

miteinander verglichenen Gruppen von Steigungsmedianen existiert.

Zum Vergleich zweier Gruppen von Steigungsmedianen hinsichtlich ihrer Varianz wurde der

LEVENE S HOMOGENEITY OF VARIANCE TEST gerechnet, der bei einem P < 0,05 einen

signifikanten Unterschied anzeigt.

F. Inaktivierung des Prätektums

Im Anschluß an den oben beschriebenen hOKN-Test wurden drei albinotische und ein

pigmentiertes Tier für die NOT-Inaktivierungsstudie mit Muscimol verwendet. Diese Tiere

stellen eine Teilgruppe der im hOKN-Test untersuchten Tiere dar.

1. Injektionsmethode und Vorbereitung der Versuchstiere

Um das Muscimol mehrmals, d.h. an verschiedenen Tagen, an derselben Stelle injizieren zu

können, wurde senkrecht über einem Prätektum eine rostfreie Kanüle (Sterican 26 G x 1",

Außendurchmesser 450 µm, Fa. Braun Melsungen) implantiert (gemäß Fischer et al., 1998;


vgl. auch Bonaventure et al., 1992), die als Führungsröhrchen (guide tube) für die Injektions-

nadel (Micro-canula G33, 18073-90 FST, Außendurchmesser 203,2 µm; Innendurchmesser

101,6 µm) diente. Am oberen, aus dem Tier ragenden Ende des Führungsröhrchens wurde

zuvor in der Feinmechanikerwerkstatt des Instituts für Allgemeine Zoologie und

Neurobiologie ein Metallgewinde angebracht, so daß es mit einem rostfreien Schraub-

verschluß luftdicht verschlossen werden konnte. In der Zeit zwischen den Injektionen befand

sich im Führungsröhrchen ein passendes Stilett aus rostfreiem Stahl, das eine Verstopfung

durch Hirngewebe und / oder Wundsekrete verhinderte. Die Länge der Injektionsnadel war

so gewählt, daß sie gerade aus dem Führungsröhrchen ragte, wenn sie bis zum Anschlag

eingeführt war. Das hintere Ende der Injektionsnadel war mit einem durchsichtigen, 45 cm

langen Schlauch aus Vinyl (Abimed) verbunden. Der Innendurchmesser des Schlauchs

betrug 0,38 mm und sein Außendurchmesser 2,3 mm. Am anderen Ende des Schlauchs

befand sich eine 5 µl-Hamiltonspritze, mit deren Hilfe zuerst Wasser, dann etwas Luft und

schließlich die Muscimol-Lösung in den Schlauch gesaugt wurde. Der Plastikschlauch war in

1 µl-Abschnitte unterteilt, so daß man das injizierte Volumen an der Bewegung der Luftblase

im Schlauch verfolgen konnte.

Die Implantation des Führungsröhrchens erfolgte unter tiefer Narkose. Hierzu wurden die

Tiere durch die subcutane (s.c.) Injektion eines Ketamin/Xylazin-Gemisches [Ketamin:

40 mg/kg KG (Hostaket, 100 mg/ml), Xylazin: 0,6 mg/kg KG (Rompun, 20 mg/ml)] initial

narkotisiert und in einem stereotaktischen Halter mit Ohrstiften und Beißstange befestigt.

Eine zusätzliche s.c. Injektion von 0,0025 mg Atropinsulfat diente der Kreislaufstabilisie-

rung und Verhinderung von Schleimbildung in der Trachea. Der Kaumuskel, der sich beim

Frettchen über die Hälfte der Schädeloberfläche zieht und an einem Knochenkamm entlang

der Mittellinie des Schädels ansetzt, wurde mit einer s.c. Injektion von 0,5 ml

Prilocainhydrochlorid-Lösung (5,0 mg/ml, Xylonest) zusätzlich lokal betäubt. Danach wurde

er vom Schädelknochen stumpf abgelöst und zur Seite gelegt. Weitere Xylonest-Injektionen

erfolgten an den Druckstellen der Ohrstifte. Die Körpertemperatur wurde für die gesamte

Dauer der Narkose rektal gemessen und mit Hilfe eines Heizkissens und einer Decke auf

37°C (±1°C) gehalten. Da der gesamte Eingriff bis zur Implantation der Kanüle ca. vier bis

sechs Stunden dauerte (hauptsächlich wegen der relativ zeitraubenden Suche nach dem NOT

bzw. Prätektum, siehe unten), mußte der Narkosezustand des Tieres mit zusätzlichen s.c.

Injektionen von jeweils 0,1 ml Ketaminlösung (100 mg/ml; je nach Körpergewicht alle 50

bis 80 Minuten) aufrechterhalten werden.


Nach einer Kraniotomie über dem Prätektum und dem superioren Colliculus (SC)

[stereotaktische Koordinaten der Schädelöffnung nach Horsley und Clarke: 0 - 3,5 mm

posterior der IAL und 0,5 - 3 mm lateral der Mittellinie; zum Vergleich die Position des

NOT aus Klauer et al., (1990): 1,5 - 2,5 mm anterior und 2,5 - 3,0 mm lateral] wurden in der

Nähe der Schädelöffnung zwei rostfreie Schrauben in den Knochen gesetzt, die später zur

Befestigung des Führungsröhrchens dienten. Die Suche nach dem Prätektum bzw. NOT

erfolgte mittels extrazellulärer Ableitungen unter Verwendung von Wolfram-in-Glas-

Mikroelektroden (unisolierte Spitze ca. 6 µm lang und ca. 1 - 8 µm dick; 2 - 4 MΩ). Dabei

orientierte man sich an der relativen Lage des SC zum Prätektum und der retinotopischen

SC-Karte. Beim pigmentierten Tier konnte der NOT anhand seiner charakteristischen

richtungsspezifischen Antwort auf horizontale optokinetische Stimulation mit einem großen

Zufallspunktemuster aus schwarzen und weißen Punkten eindeutig identifiziert werden (eine

detailierte Beschreibung der Lokalisation des NOT befindet sich im Abschnitt „Material und

Methoden“ des neurophysiologischen Teils dieser Arbeit). Danach wurde die Ableitelektrode

aus dem Hirn gefahren und an derselben Stelle das Führungsröhrchen senkrecht

eingestochen, allerdings nur bis zu einer Tiefe von ca. 1 mm oberhalb der zuvor

identifizierten prätektalen Oberfläche. Dadurch sollte eine unerwünschte mechanische

Beeinträchtigung des darunterliegenden Prätektums bzw. NOT vermieden werden.

Anschließend wurde mit Zahnzement (Technovit 4004) das Führungsröhrchen mit dem

Schädelknochen und den zwei Verankerungsschrauben festgeklebt. Auf diese Weise war das

Führungsröhrchen im Hirn fixiert und erlaubte mehrmals an genau derselben Stelle

Muscimol zu injizieren. Die freigebliebene Schädelöffnung um das Führungsröhrchen wurde

mit blutstillendem Gelatineschwamm (Gelita Tampon) bedeckt. Im letzten Präparationsschritt

wurden der Kaumuskel und die Kopfhaut auf den Schädel um den Schraubverschluß des

Führungsröhrchens gelegt und mit dem (der) entsprechenden Kaumuskel (Kopfhaut) auf der

gegenüberliegenden Seite chirurgisch zusammengenäht. Zuletzt wurde auf die Wundnaht

eine Neomycin/Bacitracin-Salbe (Nebacetin) zwecks Prävention von Infektionen

aufgetragen. Ein bis zwei Stunden nach der letzten Ketamin-Injektion waren die Tiere aus

der Narkose gänzlich aufgewacht und konnten in ihr Gehege zu ihren Artgenossen

freigelassen werden. Sie zeigten keine Anzeichen von Infektionen und ihr Körpergewicht

blieb stabil.


2. Muscimol-Injektionen

Frühestens 40 Stunden nach der Implantation der Kanüle waren die Tiere bereit für die

Muscimol-Injektionen. Nach dem Einspannen in die Röhre wurde 1 µl einer 0,1%-igen

Muscimol-Lösung (1 mg/ml) (vgl. Fischer et al., 1998) auf das Prätektum mit einer Rate von

ca. 0,5 µl/min injiziert. Danach wurde so schnell wie möglich mit der Registrierung der

Augenbewegungen in Helligkeit (2 - 5 cd/m2), in Dunkelheit (0 cd/m2) und unter

optokinetischer Ganzfeldreizung in der Trommel begonnen. Die Zeitspanne zwischen dem

Injektionsende und der Aufzeichnung der ersten EOG-Spur betrug mindestens zwei und

höchstens vier Minuten.

3. Farb-Injektionen

Zur farblichen Markierung der Injektionsorte wurde nach der letzten Muscimol-Injektion ein

Fluoreszenzfarbstoff injiziert [bei zwei Albinofrettchen jeweils 0,2 µl eines roten

Textmarkerfarbstoffes und beim dritten Albinofrettchen und beim pigmentierten Frettchen

jeweils 0,2 µl einer 2%-igen Lösung Granular Blue (EMS-POLYLOY)]. Unter der Annahme,

daß sich die beiden Farbstoffe in ähnlicher Weise im Hirn ausbreiten wie das Muscimol,

sollte ihre Ausbreitung im bzw. auf dem Mittelhirn ein Bild über das Ausbreitungsgebiet des

injizierten Muscimols liefern. Außerdem sollten diese Injektionen nicht zu einer NOT-

Inaktivierung führen und somit keinen Effekt auf die Okulomotorik haben. Insofern kann

man sie auch als Kontrollinjektionen betrachten.

G. Sehtest

Mit fünf albinotischen und vier pigmentierten Frettchen wurde ein Perimetrietest

durchgeführt. Alle Tiere waren intakt und wurden auch im hOKN-Test eingesetzt. Der Test

sollte überprüfen, zum einen ob sich die Albinofrettchen visuell orientieren können oder

eventuell gänzlich blind sind und zum anderen ob sie ein funktionstüchtiges binokulares

Gesichtsfeld haben. Hierzu dienten die pigmentierten Frettchen als Kontolltiere.

1. Versuchsaufbau und Konditionierung

Der Test ist eine Version des Perimetrietests, der von Sherman (1973) und von Elekessy et

al. (1973) erfolgreich mit Katzen durchgeführt wurde. Das Experiment wurde von zwei

Personen auf einem Tisch (66 cm × 132 cm) durchgeführt. Der Tisch war in sechs 30°-

Sektoren unterteilt, die als L90°-, L60°-, L30°-, R30°-, R60°- und R90°-Sektor benannt


waren (vgl. Abb. 4A). Der Experimentator war immer auf die Hilfe eines Assistenten

angewiesen und befand sich auf der Seite des Startpunktes X. Sein Assistent stand auf der

gegenüberliegenden Seite des Fixationspunktes F. Vor der Durchführung des Tests wurden

die Versuchstiere unter binokularer Bedingung folgendermaßen konditioniert:

In der ersten Trainingsphase hielt der Experimentator mit seiner linken Hand den Kopf des

Tieres am Startpunkt X so, daß es möglichst geradeaus in 0°-Richtung auf den

Fixationspunkt F blickte. Auf der gegenüberliegenden Seite des Tisches klopfte sein

Assistent mit seinem Finger auf den Fixationspunkt F, um die Aufmerksamkeit des Tieres

auf diesen Ort zu lenken. Daraufhin ließ der Experimentator das Tier los. Wenn das Tier

sofort zum Fixationspunkt F lief, wurde es vom Assistenten anfänglich immer mit einem

Stück Trockenfutter belohnt. Pro Tag wurden die Tiere einmal in einer Sitzung von ca. 30

min Dauer trainiert. Vor jeder Trainingssitzung waren sie mindestens 20 Stunden futter-

depriviert. Nach zwei bis sechs Tagen lernten die Tiere schnell und ohne Umweg zum

Fixationspunkt F zu laufen.

In der zweiten Trainingsphase führte der Experimentator mit seiner rechten Hand

gleichzeitig mit dem Loslassen des Tieres einen visuellen Reiz in einen der 30°-Sektoren

seines Gesichtsfeldes ein. Der visuelle Reiz war eine runde schwarze Scheibe aus Pappe (ca.

∅ 3 cm), die an dem Ende eines feinen 90 cm langen Stabes aus durchsichtigem Plexiglas

befestigt war (vgl. Abb. 4B). Der Reiz wurde schnell von oben nach unten bis kurz über der

Oberfläche des Tisches bewegt und dort angehalten. Dabei wurde darauf geachtet, daß der

Reiz nicht den Tisch berührte, damit das Tier keine akustische Information über die

Reizposition zur Verfügung hatte. Wenn das Tier von seiner 0°-Laufrichtung durch den

visuellen Reiz abgelenkt wurde und zu diesem hinlief, belohnte der Assistent es wieder mit

einem Stück Trockenfutter, das er mit einer 20 cm langen Pinzette genau neben den visuellen

Reiz legte. Wenn das Tier den Reiz ignorierte und geradeaus zum Fixationspunkt F lief,

wurde es ab dieser Trainingsphase nur noch in jedem dritten Falle belohnt. Nach weiteren

ein bis drei Tagen mit jeweils einer solchen 30 minütigen Trainingssitzung hatten alle Tiere

gelernt, sofort und ohne Ablenkung zum visuellen Reiz zu laufen, wenn er präsentiert wurde.

Wurde der Reiz zwischendurch nicht präsentiert, so liefen sie weiterhin geradeaus zum

Fixationspunkt F. In beiden Fällen wurden sie dann vom Assistenten mit Trockenfutter

belohnt. Gemäß dieser Beschreibung wurden das Training und später der Test (siehe unten)

mit zwei albinotischen und zwei pigmentierten Frettchen durchgeführt. Beim Training / Test

der übrigen drei Albinos und zwei pigmentierten Tiere wurde eine Röhre aus durchsichtigem

Plexiglas in Längsrichtung auf den Tisch befestigt, so daß ihr vorderes Ende sich genau am


Startpunkt X befand (vgl. Abb. 4A). Der Experimentator setzte das Tier am hinteren Ende in

die Röhre und die Aufgabe des Tieres war es, durch die Röhre und dann über den Tisch

geradeaus zum Fixationspunkt F zu laufen. In diesem Falle wurde der visuelle Reiz genau in

dem Augenblick präsentiert, in dem das Tier aus der Röhre kam. Der Reiz wurde immer im

gleichen Abstand zum Startpunkt X, d.h. auf dem ca. 33 cm entfernten Halbkreis (vgl. Abb.

4A) gezeigt. Die Belohnungsregeln wurden nicht geändert.

In Abbildung 4C ist das Gesichtsfeld des Frettchens in seiner gesamten horizontalen Breite

skizziert. Es ist ca. 270° Sehwinkel groß und erstreckt sich von ca. 135° rechts-lateral nach

ca. 135° links-lateral (Law et al., 1988). Die geradeaus gerichtete Blickachse (0°) teilt den


ca. 76° großen binokularen Anteil (vgl. Law et al., 1988 und Quevedo et al., 1996) des

superioren frontalen Gesichtsfeldes (hell grau schraffiert) symmetrisch in einen linken und in

einen rechten Sektor auf. Aus dem Vergleich zwischen Abbildung 4A und 4C geht hervor,

daß der Perimetrietest nur 180° des Gesichtsfeldes (jeweils 90° auf der linken und rechten

Seite) berücksichtigt. Die äußeren temporalen Gesichtsfeldanteile der beiden Augen

(dunkelgrau schraffiert) wurden nicht untersucht. Für die Fragestellung, insbesondere für die

Frage nach der Funktionstüchtigkeit des binokularen Gesichtsfeldes des Albinofrettchens,

waren die 180° völlig ausreichend.

2. Durchführung des Perimetrietests

Eine Testsitzung dauerte in Abhängigkeit von der Motivation des Tiers ca. 30 bis 60

Minuten, wurde einmal am Tag durchgeführt und bestand aus ca. 40 bis 160 Durchläufen

(Loslaufen des Tiers am Startpunkt X und Präsentation bzw. nicht Präsentation des visuellen

Reizes). Wenn sich das Tier im Falle der Präsentation des visuellen Reizes ohne Ablenkung

schnell und eindeutig dem visuellen Reiz zuwendete und zu ihm hinlief, bekam es vom

Assistenten die Belohnung wie in der Trainingsphase zuvor und der Durchlauf wurde als

positiv beantwortet notiert. In allen anderen Fällen (wie z. B. uneindeutige Zuwendung zum

visuellen Reiz weil über Umweg oder völliges Ignorieren des visuellen Reizes) wurde die

Antwort als negativ bewertet. Die Bewertung erfolgte sowohl vom Experimentator als auch

von seinem Assistenten, die beide unabhängig voneinander das Ergebnis des Durchlaufs

notierten. Die Reihenfolge, nach der der visuelle Reiz entweder in einem der verschiedenen

Sektoren präsentiert wurde, war vom Experimentator zufällig gewählt. Innerhalb eines

Sektors wurde der visuelle Reiz ebenfalls zufällig an verschiedenen Gradpositionen

präsentiert. Zwischen den Durchläufen mit Reizpräsentation wurden auch Durchläufe ohne

Reizpräsentation randomisiert durchgeführt. Die Bewertung dieser Durchläufe zwischen-

durch sollte ein relatives Maß für die Motivation der Tiere liefern, schnell und ohne Umweg

zum Fixationspunkt F zu laufen.

Jedes Tier wurde binokular in mindestens vier und monokular in drei Sitzungen getestet. Für

die monokulare Variante wurde ein Auge abgedeckt. Hierzu diente eine schwarze

lichtundurchlässige Haftschale aus Plastikfolie (0,5 mm dick), die wie eine Kontaktlinse

aufgesezt wurde und den ganzen Augapfel verdeckte. Bei drei albinotischen und allen vier

pigmentierten Frettchen wurde (unter monokularer Bedingung) der 60°-Sektor kontralateral

zum sehenden Auge weiter in zwei 15° große Teilsektoren (30-45°- und 45-60°-Sektor)


unterteilt (vgl. Abb. 4A). Mit jedem Versuchstier wurden mindestens 350 Durchläufe unter

binokularer und 100 Durchläufe unter monokularer Bedingung durchgeführt.

3. Auswertung und graphische Darstellung

Für jeden Sektor und für das Geradeauslaufen ohne Reizpräsentation wird jeweils die

Gesamtanzahl aller Durchläufe 100% gesetzt. Die Anzahl der positiv beantworteten Durch-

läufe wird tabellarisch in Prozent angegeben. Die Differenz zu 100% entspricht der Anzahl

der negativ beantworteten Durchläufe. Zur graphischen Darstellung wird ein Halbkreis

gewählt, der entsprechend der Einteilung des Tisches bzw. Gesichtsfeldes in Sektoren

eingeteilt ist (vgl. Abb. 4C). Der Radius des Halbkreises entspricht 100% und die Länge des

Pfeils in jedem einzelnen Sektor und in 0°-Richtung repräsentiert die Anzahl der positiv

beantworteten Durchläufe in Prozent. Auch hier gibt die Differenz zu 100% die Anzahl der

negativ beantworteten Durchläufe wieder.

H. Histologische Untersuchung

Die Gehirne der Muscimol-injizierten Tiere wurden zur Dokumentation des Implantations-

ortes der Injektionskanülen histologisch aufgearbeitet. Die Perfusion durch den linken

Herzventrikel erfolgte am Ende des Experimentes unter tiefer Narkose mit 1 Liter 0,9%-iger

NaCl-Lösung gefolgt von 1,5 Liter 4%-igem Paraformaldehyd in 0,1 M Phosphatpuffer (pH

7,4) und Succrose (57,6 g pro Liter Fixierlösung). Nach Öffnung des Schädels und

Entfernung der Dura mater wurde das Gehirn stereotaktisch geblockt und über Nacht in

derselben Fixierlösung nachfixiert. In den nächsten Tagen wurde das Gehirn zwecks

Entwässerung für mindestens 12 h jeweils in einer 10, 20 und 30%-igen Succrose-Lösung bis

zum Absinken aufbewahrt, so daß es anschließend gefahrlos schockgefroren werden konnte

(Isopentan, –70° C). Mit einem Gefriermikrotom (Microm HM 500 OM) wurden 50 µm dicke

Frontalschnitte des Mittelhirns und des darüberliegenden Kortex angefertigt, auf gelatinierte

Objektträger gebracht und für einige Tage in den Trockenschrank gelegt. Nachdem die

Schnitte getrocknet waren, wurden sie Klüver-Barrera- und / oder Nissl-gefärbt und unter

dem Lichtmikroskop (Zeiss Axiolab) untersucht. Auf diese Weise wurde die tatsächliche

Position der zuvor implantierten Injektionskanüle und des Injektionsortes dokumentiert.

Diese Vorgehensweise erlaubt allerdings keine eindeutige Identifizierung des NOT als

eigenständigen Kern, da weder die Nissl-, noch die Myelin-Färbung (Klüver-Barrera) klare

Abgrenzungen zwischen den verschiedenen prätektalen Kernen liefern (vgl. Nunes Cardozo


& Van der Want, 1987). Aus den elektrophysiologischen Experimenten, die erst im zweiten

Teil dieser Arbeit vorgestellt werden, ist aber bekannt, daß der NOT des Frettchens eine

längliche Form besitzt. Seine rostrocaudale Ausdehnung beträgt bis zu ca. 700 µm und seine

mediolaterale Ausdehnung ca. 200 µm. Er zieht sich in seiner ganzen Länge entlang der

lateralen, rostrocaudal verlaufenden Grenze des SC, der nach rostral hin schmaler wird.

Folglich befindet sich der rostrale Rand des NOT medialer als sein caudales Ende, so daß

seine Längsachse schräg von anteromedial nach posterolateral orientiert ist. Rostraler Rand

des SC und rostraler Rand des NOT liegen beim Frettchen in etwa nebeneinander (vgl. mit

Abbildungen in Zhang & Hoffmann, 1993). Deshalb wurde die leicht erkennbare rostrale

Begrenzung des SC als Landmarke gewählt, von der aus

die Entfernung (∆x) des Injektionsortes (Spitze der

Injektionskanüle) in rostrocaudaler (anterior-posterior)

Richtung angegeben wird. Zur Veranschaulichung der

∆x-Werte dient die Skizze in Abbildung 5. Ein positives

∆x bedeutet, daß der Injektionsort rostral des SC liegt

und gibt somit die kürzeste Entfernung zwischen dem

Injektionsort und dem rostralen Ende des NOT an. Ein

negatives ∆x gibt an, daß der Injektionsort caudal des

rostralen SC-Rands liegt.

Außerdem sollte die lichtmikroskopische Untersuchung

der Hirnschnitte bestätigen, daß der injizierte NOT auf

keinen Fall durch die implantierte Injektionskanüle

mechanisch beschädigt worden war.

SC

∆x =0

+∆x

-∆x

∆x = -1000 µm

NOT

caudal

rostral

Mittellinie

med

ial

lateral

Abb. 5: Skizze zur Erläute-rung der ∆x-Angaben. Nicht maßstabsgetreu. SC = rechter superiorer Colliculus.


II. Teil II: Neurophysiologie

Für den neurophysiologischen Teil wurden insgesamt 32 adulte Frettchen (MUSTELLA

PUTORIUS FURO) beiderlei Geschlechts im Alter von fünf bis zwölf Monaten mit einem

Körpergewicht von 450 bis 1680 g verwandt. Von den 32 Tieren waren 23 albinotisch und

neun pigmentiert. Vier pigmentierte Tiere wurden bei Marshall Farms (New Rose, NY)

erworben. Alle anderen Tiere waren aus der Zucht des Instituts für Allgemeine Zoologie und

Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum. Die pigmentierten Frettchen hatten ein braun-

schwarzes Fell und dunkle schwarze Augen, während die Albinos ein gelblich-weißes Fell

und rosa-rot leuchtende Augen besaßen. Alle Tiere waren intakt und zeigten keine

Verhaltensstörungen oder andere augenfällige Defizite. Alle Experimente waren von den

lokalen Behörden und der Ethikkommission genehmigt und ihre Durchführung erfolgte nach

dem deutschen Tierschutzgesetz und den internationalen Richtlinien für Tierversuche

„Principles and Policies of Animal Use at NIH“ (Investigator´s Handbook „Using Animal in

Intramural Research: Guidelines for Investigators“, NIH, 1985).

A. Anästhesie und Tierpräparation

Die Tiere wurden durch eine s.c. Injektion eines Ketamin/Xylazin-Gemisches [Ketamin: 40

mg/kg KG (Hostaket, 100 mg/ml), Xylazin: 0,6 mg/kg KG (Rompun, 20 mg/ml)] initial

narkotisiert, nach einem Trachealschnitt intubiert und in einem stereotaktischen Halter

befestigt (Ohrstifte, Beißstange). Ab diesem Zeitpunkt befanden sie sich auf einem

Heizkissen, ihre rektale Temperatur und ihr Puls wurden ständig überwacht und auf

37° ± 1°C bzw. 220 bis 300 / s (Oszilloskop-Modell S51B, Telequipment) gehalten. Die

künstliche Beatmung und die Aufrechterhaltung der Narkose erfolgten gleichzeitig mit

einem 3:1-Gemisch aus N2O und O2, wobei der respiratorische Druck unter 20 hPa und der

CO2-Gehalt der Expirationsluft zwischen 3,3% und 4,2% gehalten wurden (Datex Normocap

CD200 oxy, Hoyer Medizintechnik Bremen). Dem N2O/O2-Gemisch wurde mit Hilfe eines

Halothanverdampfers (Vapor, Drägerwerk Lübeck) je nach Bedarf 0,1 bis 0,3 % Halothan

(Eurim-Pharm) beimischt. Zusätzlich wurde die Aufrechterhaltung des Narkosezustands

durch weitere Ketamin-Gaben von jeweils 0,1 ml unterstützt, die in regelmäßigen Abständen

(2 bis 5 Stunden) s.c. verabreicht wurden.

Zur Kreislaufstabilisierung und Verhinderung von Schleimbildung in der Trachea wurden

0,025 mg Atropinsulfat (Atropinsulfat Braun, 0,5 mg/ml) s.c. injiziert. Mit einer weiteren s.c.

Injektion von 0,3 mg Alcuroniumchlorid (Alloferin, 1 mg/ml) erfolgte die Immobilisierung,


die im Verlauf des Experimentes durch zusätzliche Injektionen (alle 3 bis 5 Stunden)

aufrechterhalten wurde. Sinn der Immobilisierung war die Verhinderung eines langsamen

Abdriftens der Augen von der Geradeausposition, was trotz Narkose auftreten kann. Dies

erleichterte die visuelle Stimulation in relativ zueinander definierten Bereichen des

Gesichtsfeldes bei der Suche nach dem NOT (siehe unten). Weitere 0,5 ml einer

Prilocainhydrochlorid-Lösung (Xylonest, 5 mg/ml) wurden in die Kaumuskeln über dem

Schädel und in die Muskeln hinter den Ohren zur lokalen Anästhesie vor dem Beginn der

chirurgischen Eingriffe injiziert.

Kraniotomien: Die verschiedenen Ableit- und Reizorte wurden über entsprechende Kranio-

tomien zugänglich gemacht, die mit Hilfe eines Zahnarztbohrers (Chiyoda, Etelna) durchge-

führt wurden. Ihre Position und Größe werden im folgenden durch die Horsley-Clarke-

Koordinaten angegeben:

• Zur Durchführung der elektrophysiologischen Ableitungen und elektrischen Reizungen im

Prätektum diente eine Schädelöffnung im Bereich von -3,5 bis 0 mm anterior und +0,5 bis

+3 mm lateral.

• Eine weitere Schädelöffnung im Bereich von ca. -12 bis -5 mm anterior und +3 bis +10

mm lateral setzte die Oberfläche des ipsilateralen visuellen Kortex (VC) frei (dorsaler

Bereich der Areae 17 und 18, vgl. Law et al., 1988). Diese Öffnung ermöglichte zum einen

die Plazierung zweier Reizelektroden, die zur orthodromen Reizung des ipsilateralen

Prätektums vom VC dienten, und zum anderen die Ableitung von Neuronen des VC, die

vom ispilateralen NOT und in manchen Fällen auch vom ipsilateralen superioren

Colliculus (SC) auf Reizbarkeit getestet wurden.

• Eine kleinere runde Schädelöffnung im Bereich +14 bis +15 mm anterior und ca. +1,5 mm

lateral (ca. 6 mm ∅) diente der Plazierung einer Reizelektrode auf den kontralateralen

optischen Nerv (ON).

Zur Durchführung der elektrischen Reizung der ipsilateralen inferioren Olive war keine

Kraniotomie notwendig. Die IO wurde über das Foramen magnum erreicht, welches zuerst

freigelegt und dann vorsichtig geöffnet wurde, so daß der vierte Hirnventrikel unter dem

Binokular (Zeiss, OMPI 1) deutlich gesehen werden konnte.

Die Flüssigkeitsverluste, die während der im Normalfall 30 bis 40 Stunden andauernden

Experimente unvermeidbar sind, wurden durch mehrere s.c. Injektionen von jeweils 0,5 bis

1,0 ml physiologischer Lösung (alle 2 bis 5 Stunden) ausgeglichen. Alternativ wurde eine

s.c. Infusion mit einer Rate von 2 ml/h für die Dauer von 15 bis 25 Stunden eingesetzt. Die

Corneae wurden durch regelmäßiges Befeuchten mit physiologischer Lösung intakt gehalten.


B. Extrazelluläre Ableitungen und Suche nach dem NOT

Alle elektrophysiologischen Ableitungen erfolgten extrazellulär. Die eingesetzten Ableit-

elektroden waren Wolfram-in-Glas-Mikroelektroden mit einer unisolierten Spitze von ca.

6 µm Länge (1 - 6 µm ∅) und einem Widerstand von 1,5 bis 4 MΩ. Alle Ableitelektroden

wurden im Institut für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum

von Herrn H. Korbmacher hergestellt. Die Ableitelektrode war an einem Elektrodenhalter

geklemmt, der mit Hilfe eines Steppermotors (burleigh, angesteuert durch den burleigh 6000

Controller) in 0,5 µm-Schritten vorwärts und rückwärts bewegt werden konnte. Der

Steppermotor war an einem stereotaktischen Manipulator festgeschraubt, der auf dem

seitlichen Holm des stereotaktischen Halters angebracht war. Der Manipulator war in allen

drei Richtungen des Raumes kippbar, so daß die Ableitelektrode in nahezu jedem Winkel ins

Hirngewebe gefahren werden konnte. Als indifferente Elektrode diente eine Metallklammer,

die an dem freigelegten Gewebe auf dem Schädel des Tiers festgeklemmt war.

Die Erfahrung aus Vorexperimenten hatte gezeigt, daß der NOT wegen seiner kleinen

Ausmaße — wenn überhaupt — dann eher zufällig durch rein stereotaktisch plazierte

Penetrationen lokalisiert werden könnte. Deshalb erfolgte die Suche nach dem NOT-Areal

mit Hilfe der retinotopischen Karte des ipsilateralen SC. Bei jedem Tier wurde die

Retinotopie des SC grob umrissen, indem die Ableitelektrode an mehreren Orten senkrecht

in die oberflächlichen SC-Schichten eingestochen (5800 bis 7000 µm unterhalb der

kortikalen Oberfläche) und mit Hilfe einer Handlampe die rezeptiven Felder (RF) auf dem

Tangentialschirm (siehe unten) bestimmt wurden. Dabei wurde der Penetrationsort in 200 bis

300 µm Schritten zum rostrolateralen Bereich des SC hin versetzt, wo das ipsilaterale

inferiore Gesichtsfeld mit einem Azimut von ca. –30° und einer Elevation von ca. –20°

Sehwinkel repräsentiert ist (vgl. Quevedo et al.,1996). Von dieser Position aus wurde dann

die Elektrode 300 bis 500 µm lateral und / oder rostral versetzt, wo sich das NOT-Areal

befindet. Es zeigte sich, daß diese Vorgehensweise schneller und mit weniger Penetrationen

zum NOT führt als rein stereotaktische Penetrationen, die in den NOT zielen.

Zur Ableitung der VC-Zellen befand sich die Elektrode in den meisten Fällen in gekippter

Stellung, um zur Kortexoberfläche senkrechte Penetrationen zu ermöglichen.

Nahezu alle Penetrationsorte wurden unter visueller Kontrolle mit Hilfe des Binokulars

gewählt, um das Durchstechen von oberflächlichen Blutgefäßen zu vermeiden. Um einem

Abbrechen der Ableitelektrode rechtzeitig vorbeugen zu können, wurde die visuelle

Kontrolle erst aufgegeben, nachdem die Elektrode eindeutig die Dura mater passiert hatte.


C. Elektrische Stimulation

1. Reizparameter und Erläuterungen

Die elektrischen Reizpulse hatten eine Dauer von 0,1 ms und eine maximale Stromstärke von

0,5 mA. Jeder Reizpuls diente gleichzeitig als Trigger für ein Speicheroszilloskop (Tektronix,

Guernsey LTD), auf dessen Monitor der Potentialverlauf an der gerade abgeleiteten Zelle

dargestellt wurde. Die anti- und orthodromen Aktionspotentiale konnten auf diese Weise

vom Monitor abfotografiert werden und ihre Latenzen anhand der horizontalen Zeitskala der

Potentialspur am Oszilloskop abgelesen werden. Alle durch die Reizung ausgelösten

Aktionspotentiale mußten sich deutlich vom Hintergrundrauschen abheben.

Ein Aktionspotential wurde als antidrom definiert, wenn es mehrmals (mindestens viermal)

mit konstanter Amplitude und konstanter Latenz ausgelöst werden konnte. Auf dem Monitor

überlagerten sich dann die Potentialverläufe der antidromen Aktionspotentiale nach jedem

Reizpuls zu hundert Prozent. Die Potentialspuren vor und nach dem antidromen

Aktionspotential hatten einen zufälligen und unterschiedlichen Verlauf. In vielen Fällen

diente ein positiver Kollisionstest als zusätzliches Kriterium für ein antidromes

Aktionspotential (vgl. Fuller & Schlag, 1976).

Da bei einer orthodromen Reizung mindestens eine Synapse zwischen Reizort und abgeleite-

ter Zelle liegt, besitzt ein orthodrom ausgelöstes Aktionspotential eine variable Latenz, d.h.

es tritt im Gegensatz zu einem antidromen Aktionspotential innerhalb eines bestimmten

Latenzbereichs auf. Wenn — wie in der vorliegenden Arbeit — mehrmals gereizt wird,

speichert das Oszilloskop mehrere orthodrome Aktionspotentiale mit unterschiedlichen

Latenzen. Deshalb muß sowohl die kürzeste als auch die längste Latenz notiert werden. Im

Falle der vorliegenden Arbeit war dies ohnehin notwendig, weil jede Reizung des ON oder

des VC eine Mehrfachantwort, d.h. mehrere orthodrome Aktionspotentiale, auslöste. Für die

graphische Darstellung der Häufigkeitsverteilungen der verschiedenen orthodromen

Latenzen wurde nur die jeweils kürzeste Latenz gewertet. Zur graphischen Darstellung des

Zeitfensters, innerhalb dessen die Aktionspotentiale der Mehrfachantworten auftraten, wurde

die Häufigkeitsverteilung der maximalen Latenzdifferenzen (längste Latenz minus kürzeste

Latenz) gewählt.

Bei allen Reizungen dienten kleine Metallklammern, die am freigelegten Gewebe des

Versuchstiers angeklemmt waren, als indifferente Reizelektroden.


2. Reizexperimente

Von den eingangs erwähnten 32 Versuchstieren (23 albinotische und neu pigmentierte

Frettchen) wurden 16 albinotische und fünf pigmentierte Tiere für die antidrome Reizung der

NOT-Zellen von der ipsilateralen IO und für die orthodrome Reizung der NOT-Zellen vom

ipsilaterlaen VC und vom kontralateralen ON verwendet. Die restlichen sieben albinotischen

und vier pigmentierten Frettchen wurden für die antidrome Reizung des VC eingesetzt.

a) Antidrome Reizung der NOT-Neuronen von der IO

Die antidrome Reizung des Prätektums von der ipsilateralen IO wurde sowohl bei albinoti-

schen als auch bei pigmentierten Frettchen durchgeführt und diente zur Identifizierung der

einzelnen NOT-Neuronen. Von der IO antidrom reizbare Zellen des NOT-Areals wurden als

Zellen definiert, die innerhalb des neuronalen OKN-Schaltkreises visuelle Information für

die Auslösung der langsamen Phase des hOKN weiterleiten (vgl. Hoffmann et al., 1976;

Ballas & Hoffmann, 1985). Bei den Albinofrettchen konnten die NOT-Zellen nur auf diese

Weise eindeutig identifiziert werden, da sie richtungsunspezifisch waren. Deshalb wird im

Falle der Albinofrettchen erst dann von „NOT-Zellen“ gesprochen, wenn sie von der IO

antidrom reizbar waren. Nicht antidrom reizbare Zellen werden „prätektale Zellen“ genannt.

Bei den pigmentierten Frettchen konnten die NOT-Zellen auch ohne antidrome Reizung

anhand ihrer charakteristischen richtungsspezifischen Antworten auf die horizontale

optokinetische Reizung identifiziert werden (siehe unten).

Zur elektrischen Reizung der IO wurden zwei konzentrische Reizelektroden (IO-

Reizelektroden) aus Metalldrähten mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Länge von

5 cm verwendet. Beide IO-Reizelektroden waren in einem Abstand von ca. 1 mm neben-

einander an einem Elektrodenhalter befestigt und wurden gleichzeitig durch das geöffnete

Foramen magnum 1 mm lateral des Obex bei einer 45°-Neigung nach posterior 4 mm tief

eingestochen (weitere Beschreibungen dieser Vorgehensweise sind in Horn & Hoffmann,

1987 und Telkes et al., 2001 zu finden). An dieser Position wurden sie für die Dauer des

gesamten Experimentes belassen.

Bei den meisten Albinofrettchen wurden die antidrome Reizung von der IO zusammen mit

einer der beiden orthodromen Reizungen (vom VC oder ON, siehe unten) durchgeführt. Bei

einigen Tieren wurden alle drei Reizungen durchgeführt, so daß auch Zellen charakterisiert

wurden, die sowohl antidrom von der IO als auch orthodrom vom VC und vom ON reizbar

waren.


b) Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom VC

Die orthodrome Reizung der NOT-Zellen vom ipsilateralen VC wurde bei albinotischen und

pigmentierten Frettchen durchgeführt. Mit dieser Reizung wurden die Stärke und

Leitungsgeschwindigkeit des kortikalen Eingangs der zuvor von der IO antidrom

identifizierten NOT-Zellen festgestellt und zwischen den beiden Tiergruppen verglichen.

Dabei wurden auch weitere Daten aus der Literatur herangezogen, die von Klauer et al.

(1990) an pigmentierten Frettchen ermittelt wurden.

Es wurden die gleichen Reizelektroden wie für die antidrome Reizung der NOT-Neuronen

von der IO verwendet. Diese VC-Reizelektroden wurden ca. 2 mm tief in den VC an einem

Ort plaziert, an dem zuvor mit einer Ableitelektrode visuelle Aktivität mit einem RF im

frontalen Gesichtsfeld lokalisiert werden konnte.

c) Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom ON

Die orthodrome Reizung der NOT-Zellen vom kontralateralen ON wurde bei den

Albinofrettchen durchgeführt. Damit wurden die Stärke und Leitungsgeschwindigkeit des

retinalen NOT-Eingangs der zuvor von der IO antidrom identifizierten NOT-Neuronen

ermittelt und mit den entsprechenden Werten von pigmentierten Frettchen aus der Literatur

(Klauer et al., 1990) verglichen.

Die Elektrode zur Reizung des ON war eine niederohmige (0,2 bis 0,6 MΩ) Wolfram-in-

Glas-Mikroelektrode (herausragende Spitze ca. 20 µm lang und 1 - 20 µm dick) und erlaubte

auch das Ableiten von Mehrzellaktivität. Dadurch ermöglichte sie die Erkennung des ON

anhand seines elektrischen Summenpontentials, welches durch Beleuchten des

entsprechenden Auges ausgelöst wurde. Nur auf diese Weise war es möglich, die Elektrode

auf den ON zu plazieren ohne ihn zu penetrieren. Bei allen Tieren wurde der ON in einer

Tiefe von 11 bis 12,5 mm unter der Kortexoberfläche lokalisiert. Anschließend wurde die

Elektrode am Schädelknochen befestigt (Technovit 4004) und diente im weiteren Verlauf des

Experimentes als ON-Reizelektrode.

d) Antidrome Reizung kortikaler Neuronen vom NOT und SC

Diese Experimentenreihe wurde sowohl mit albinotischen als auch mit pigmentierten

Frettchen durchgeführt. Es wurden Neuronen des VC auf ihre Reizbarkeit vom ipsilateralen

NOT und bei einigen Tieren auch vom ipsilateralen SC getestet.

Das primäre Ziel dieser Experimente war die antidrome Reizung der VC-Zellen vom NOT

und die anschließende visuelle Charakterisierung dieser Zellen. Vom NOT antidrom reizbare


VC-Zellen wurden als Zellen definiert, deren Axone die kortikale Projektion zum NOT

bilden. Im Falle der Albinofrettchen wurde der NOT anhand seiner relativen Lage zum SC

und seiner charakteristischen, hohen Spontanrate elektrophysiologisch identifiziert, jedoch

nicht durch das Kriterium „antidrome Reizbarkeit von der IO“. Bei den pigmentierten

Frettchen kam als weiteres, eindeutiges Kriterium die charakteristische richtungsspezifische

Beantwortung der horizontalen optokinetischen Stimulation hinzu.

Da die NOT-Neuronen im Brachium des SC liegen, kann jeder Reizpuls im NOT auch zur

Reizung von kortikalen Fasern führen, die nicht im NOT enden, sondern lediglich am NOT

vorbeiziehen und den SC innervieren. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, daß eine vom

NOT antidrom reizbare VC-Zelle in Wirklichkeit nicht zum NOT sondern zum SC projiziert.

Aufgrund dieser Verwechslungsgefahr wurde bei einigen Tieren auch die Reizung des SC

durchgeführt und darauf geachtet, daß die SC-Reizelektrode in retinotopischer Übereinstim-

mung mit der Position der kortikalen rezeptiven Felder plaziert war. Als Zellen der

kortikoprätektalen Projektion wurden in diesem Falle nur solche VC-Zellen definiert, die

ausschließlich vom NOT antidrom reizbar waren.

Als NOT- und SC-Reizelektroden wurden niederohmige Elektroden mit den gleichen

Eigenschaften wie die ON-Reizelektrode benutzt. Mit der NOT-Reizelektrode wurde

zunächst das NOT-Areal in der oben beschriebenen Vorgehensweise lokalisiert. Nachdem

auch die SC-Reizelektrode in den rostralen Pol des SC plaziert war, wurden beide Elektroden

am Schädelknochen festzementiert (Technovit 4004) und dienten für den weiteren Verlauf des

Experimentes als Reizelektroden.

Während der Suche nach VC-Zellen, die vom NOT oder SC antidrom reizbar waren, wurden

auch einige VC-Zellen orthodrom gereizt. Die orthodrome Reizung der VC-Zellen war nicht

der Zweck des Experimentes, denn sie erfolgt nicht über die direkte VC-NOT-Verbindung.

Insofern ist sie ein Nebenprodukt der antidromen Reizung.

Am Ende des Experimetes wurden die NOT- und SC-Reizorte durch elektrolytische

Läsionen markiert, so daß ihre Position in der anschließenden Histologie verifiziert werden

konnte.


D. Visuelle Stimulation

1. Visuelle Stimulation der prätektalen Zellen

Die visuelle Charakterisierung der prätektalen bzw. NOT-Zellen erfolgte hinsichtlich ihrer

Richtungsspezifität (Vorzugsrichtung und Vorzugsstärke). Die horizontale Richtung ist die

adäquate Reizrichtung der NOT-Zellen innerhalb des hOKN-Schaltkreises. Deshalb erfolgte

die optokinetische Reizung des narkotisierten Tieres, bzw. der zu charakterisierenden Zellen

in horizontaler Richtung.

Die Reizbewegung von kontralateral nach ipsilateral in Bezug auf die abgeleitete Hirnseite

wird als ipsiversive Reizung definiert. Die Reizbewegung in die entgegengesetzte Richtung

wird dann kontraversive Reizung genannt. Eine ipsiversive und eine kontraversive

Reizbewegung definieren eine Reizperiode.

Die optokinetische Reizung erfolgte binokular mit einem schwarz-weißen Zufallspunkte-

muster (Punktgröße: 1,5 oder 3° Sehwinkel), welches mit Hilfe eines Diaprojektors

(KINDERMANN universal) und zweier Spiegel um 90° abgelenkt und auf einem Tangentialschirm

142 cm vor dem Tier projiziert wurde. Die beiden Spiegel dieses Projektionssystems waren

auf senkrecht zueinander stehenden Achsen montiert und gegeneinander beweglich. Das

Reizmuster auf dem Tangentialschirm bewegte sich in horizontaler Richtung bei Drehung

des einen Spiegels und in vertikaler Richtung bei Drehung des anderen Spiegels. Beide

Spiegel wurden durch jeweils ein Galvanometer gedreht, das seinerseits von einem variablen

Phasen-Funktionsgenerator (Modell FG-124, Elektronik Starnberg) unabhängig angesteuert

werden konnte. Die horizontale Bewegung des Reizmusters auf dem Tangentialschirm kam

durch ein Dreieckssignal zustande, welches den einen Spiegel bewegte, während der andere

Spiegel stillstand. Die Amplitude war in der Regel so gewählt, daß sich das Reizmuster

innerhalb des Gesichtsfeldbereiches von ca. –30° (ipsilaterales Gesichtsfeld) bis ca. +70°

Azimut (kontralaterales Gesichtsfeld) bewegte. Dabei war die Ruheposition des stehenden

Spiegels so gewählt, daß sich das Muster von ca. +70° bis ca. –30° Elevation erstreckte.

Durch Einstellung der Frequenz wurde die Reizgeschwindigkeit festgelegt, die in der Regel

20°/s betrug, da bei dieser Geschwindigkeit die Antwort der NOT-Zellen des Frettchens

maximal ist (Klauer et al., 1990).

2. Visuelle Stimulation der VC-Neuronen

Die VC-Zellen wurden hinsichtlich ihrer RF-Position und Richtungsspezifität (Vorzugs-

richtung und eventuell auch Vorzugsstärke) visuell charakterisiert.


Die Bestimmung der RF erfolgte mit Hilfe der Handlampe und der über die Lautsprecher

(siehe unten) hörbaren Zellaktivität. Mit der Handlampe wurden Lichtpunkte und Licht-

balken unterschiedlicher Größe und Orientierung auf dem Tangentialschirm projiziert und in

verschiedene Richtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt.

Die Richtungsspezifität der VC-Zellen wurde entweder durch Reizung mit Hilfe der

Handlampe oder mit Hilfe des Projektionssystems bestimmt. Die Handlampe erlaubte nur die

Bestimmung der Vorzugsrichtung. Durch die Reizung mit dem Projektionssystem wurde

zusätzlich auch die Vorzugsstärke bestimmt (Berechnung eines Richtungsspezifitäts-Indizes,

siehe unten). Dabei erfolgte die Reizung mit den erwähnten Zufallspunktemustern

(Punktgröße: 1,5° und 3° Sehwinkel), mit einem einzelnen Lichtpunkt (24 cm ∅; ca. 9,7 °

Sehwinkel) und / oder mit einem einzelnen Lichtbalken (47 cm × 4 cm; ca. 19° Sehwinkel ×

ca. 1,6° Sehwinkel). Der Lichtbalken war immer senkrecht zur Bewegungsrichtung

ausgerichtet. Da im VC alle Vorzugsrichtungen repräsentiert sind, wurde sowohl horizontal,

als auch vertikal, als auch genau zwischen diesen beiden Kardinalachsen (insgesamt acht

Richtungen) gereizt. Die Abfolge jeweils einer einzelnen Hin- und Herbewegung des Reizes

definierte eine Reizperiode.

3. ON-OFF-Test von Zellen des Mittelhirns

Die ON/OFF-Eigenschaften wurden sowohl von prätektalen Zellen als auch von SC-Zellen

bestimmt. Die SC-Zellen wurden bei der Suche nach dem NOT abgeleitet (siehe weiter

vorne) und befanden sich alle in den oberen visuellen Schichten des SC. Ziel dieser Unter-

suchung war es, das relative Vorkommen von ON-, OFF- und ON-OFF-Zellen im Mittelhirn

und damit indirekt auch das Vorkommen der entsprechenden retinalen Ganglienzellen zu

ermitteln. In Bezug auf die Richtungsspezifität im NOT sind die ON-Ganglienzellen von

besonderer Interesse, da sie den retinalen Eingang des NOT enthalten. Der Test wurde

entweder mit der Handlampe oder mit einem Blendenverschluß durchgeführt.

Handlampe: Mit Hilfe der Handlampe wurde zunächst die Position des RF der zu

charakterisierenden Zelle auf dem Tangentialschirm lokalisiert. Danach wurde die Zelle mit

der Handlampe visuell gereizt und in Abhängigkeit von ihrer akustisch wahrnehmbaren

Reaktion als eine ON-, OFF- oder ON-OFF-Zelle klassifiziert. Die Reizung erfolgte mit

einem stationären Lichtpunkt, der aus dem RF verschwand und wieder auftauchte

(Verdecken und Aufdecken des Lichtstrahls mit der Hand).

Bei den prätektalen Zellen des Albinofrettchens war diese Vorgehensweise in den

allermeisten Fällen nicht möglich, weil das RF nicht eindeutig bestimmt werden konnte.


Außerdem kommt bei prätektalen Zellen hinzu, daß ihre RF relativ groß sind und deshalb

schwierig als ganzes mit einem Lichtpunkt zu beleuchten. In diesen Fällen wurde nicht das

RF auf der Tangentialwand visuell gereizt, sondern das ganze kontralaterale Auge

ausgeleuchtet. Beide Varianten mit der Handlampe erlauben lediglich eine qualitative

Charakterisierung der ON/OFF-Eigenschaften.

Blendenverschluß: Zunächst wurde die Position des RF der zu charakterisierenden Zelle auf

dem Tangentialschirm mit Hilfe der Handlampe bestimmt. Anschließend wurde mit Hilfe

des oben erwähnten Projektionssystems ein Lichtpunkt auf das RF projiziert und dort

stationär gehalten. Nun wurde eine verschließbare Blende genau in den Lichtstrahl des

Projektionssystems gesetzt. Durch Öffnen des Blendenverschlusses wurde das RF beleuchtet

(„Licht-An“) und durch Schließen des Verschlusses verschwand der Lichtpunkt aus dem RF

(„Licht-Aus“). Diese Methode erlaubte auch eine quantitative Bestimmung der

Zelleigenschaften, denn das Öffnen und Schließen der Verschlusses wurde durch den oben

erwähnten Phasen-Funktionsgenerator gesteuert, so daß die Zellaktivität in Abhängigkeit des

Öffnungszustands aufgenommen und als PSTH gespeichert werden konnte (siehe unten).

4. Lichtverhältnisse

Der Helligkeitskontrast (K) zwischen den weißen und schwarzen Punkten des Reizmusters

betrug 60% bis 71% [berechnet nach der Formel K=(a-b)/(a+b)×100; a = Leuchtdichte der

weißen und b= Leuchtdichte der schwarzen Punkte]. Dabei betrug die Leuchtdichte der

weißen Punkte 6 bis 10 cd/m2 und die der schwarzen Punkte 1 bis 2,5 cd/m2. Die

Leuchtdichte in cd/m2 wurde mit dem Gerät luminance meter der Firma Minolta gemessen.

Während der visuellen Reizung waren die normale Beleuchtung des Labors ausgeschaltet

und die Fenster verdunkelt. Alle Parameter der Lichtverhältnisse wurden während des

gesamten Experimentes konstant gehalten. Sämtliche Parameter der visuellen Reizung waren

bei albinotischen Frettchen und pigmentierten Frettchen gleich.

E. Datenaufnahme und Analyse

Das abgeleitete Signal wurde konventionell verstärkt und gefiltert und zu einem Window-

Diskriminator geleitet. Am Window-Diskriminator war die obere und untere Schwelle des

Potentialfensters festgelegt, innerhalb dessen die Potentiale als Aktionspotentiale

diskriminiert und als TTL-Pulse über ein Interface einem PC (Deskpro 286, Compaq)

übermittelt wurden. Zu Beginn einer Reizperiode sendete der Phasen-Funktionsgenerator ein


Triggersignal an das Softwareprogramm (spisa3, programmiert von Herrn Dr. G. J.

Dörrscheidt im Institut für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie) des PCs, das daraufhin

mit der Registrierung der TTL-Pulse begann. Die Feuerrate der Zelle [Aktionspotentiale (=

TTL-Pulse) / s] wurde online auf dem Monitor des PCs als Peri-Stimulus-Time-Histogramm

(PSTH) dargestellt und am Ende der Aufnahme als EDV-Datei zur späteren Offline-Analyse

gespeichert. Das PSTH einer Aufnahme beinhaltete in der Regel die Zellaktivität aus 10

Reizperioden. Über einen Zweikanal-Audioverstärker (TFE-Profi-Equalizer, TFE GmbH) und

zwei Lautsprecher waren während der gesamten Dauer der Ableitungen das Rohsignal und /

oder die als Aktionspotentiale diskriminierten TTL-Pulse akustisch wahrnehmbar.

1. Richtungsspezifitäts-Indizes

Zur einheitlichen Bewertung der Richtungsspezifität der verschiedenen Zellen wurde

folgender Richtungsspezifitäts-(DS-)Index (DS-I) definiert:

DS-Indizes der prätektalen Zellen: Da die NOT-Zellen im Normalfall die ipsiversive

Reizung bevorzugen, wurde ihre Zellaktivität während der ipsiversiven Reizbewegung als

Feuerrate(Vorzugsrichtung) definiert. Die Feuerrate(Nullrichtung) ist die Zellaktivität, mit der die

kontraversive Reizung beantwortet wurde. Der Betrag des DS-Is ist ein relatives Maß für die

Vorzugsstärke. Ein DS-I von Null bedeutet, daß eine Zelle richtungsunspezifisch ist, d.h.

keine der beiden horizontalen Bewegungsrichtungen des optokinetischen Reizes bevorzugt.

Da zur visuellen Charakterisierung der prätektalen bzw. NOT-Zellen nur in die beiden

horizontalen Richtungen gereizt wurde, verrät das Vorzeichen des DS-Is auch die Vorzugs-

richtung. Ein positives Vorzeichen bedeutet, daß die ipsiversive Reizung bevorzugt wird. Ein

negativer DS-I zeigt die Bevorzugung der kontraversiven Reizbewegung an, was nicht dem

Normalfall entspricht. Definitionsgemäß kann der Wert eines DS-I nur im Bereich von –1 bis

+1 liegen. Zur graphischen Darstellung der DS-Indizes aus horizontalen Reizungen wurde

ihre Häufigkeitsverteilung im Intervall von –1 bis +1 mit einer Klassenbreite von 0,1

gewählt. Die DS-Is von NOT-Zellen, die von der IO antidrom identifiziert wurden, sind in

allen Abbildungen schraffiert dargestellt.

DS-Indizes der VC-Zellen: Die DS-Indizes der VC-Zellen zeigen nur die Vorzugsstärke an.

Denn da die visuelle Reizung in mehr als zwei Richtungen erfolgte, wurde aus allen

DS-I =Feuerrate(Vorzugsrichtung) – Feuerrate(Nullrichtung)

Feuerrate(Vorzugsrichtung) + Feuerrate(Nullrichtung)


Reizrichtungen diejenige Richtung als Vorzugsrichtung definiert, die die höchste Feuerrate

auslöste. Infolgedessen kann der DS-Index nur einen Wert zwischen 0 und +1 annehmen.

Die zur Vorzugsrichtung genau entgegengesetzte Richtung wurde als Nullrichtung definiert.

Die Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes zeigt das Vorkommen von Richtungsspezifität

(Vorzugsstärke) bei Neuronen des VC an, ungeachtet der präferierten Richtungen.

Zur graphischen Darstellung der Vorzugsrichtungen der VC-Zellen mit DS-Index wurde das

Gesichtsfeld in acht 45°-Sektoren unterteilt. Diese acht Sektoren sind [Aufzählung gegen den

Uhrzeigersinn beginnend bei der Richtung auf die abgeleitete Seite (ipsi)]: (1) Sektor 157,5°

- 202,5° (ipsi), (2) Sektor 202,5° - 247,5° (ipsi-unten), (3) Sektor 247,5 - 292,5° (unten), (4)

Sektor 292,5 - 337,5° (kontra-unten), (5) Sektor 337,5° - 22,5° (kontra), (6) Sektor 22,5° -

67,5° (kontra-oben), (7) Sektor 67,5° - 112,5° (oben) und (8) Sektor 112,5° - 157,5° (ipsi-

oben). Anschließend wurde die Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes derjenigen VC-Zellen

berechnet, deren Vorzugsrichtungen in die jeweiligen Sektoren fielen. In allen Abbildungen

sind die DS-Indizes von VC-Zellen, die auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT getestet

wurden, grau markiert. Die Teilmenge der DS-Indizes von VC-Zellen, die vom NOT

antidrom reizbar waren, sind zusätzlich schraffiert.

2. ON-OFF-Indizes

Zur Bestimmung der ON/OFF-Eigenschaften mit Hilfe des Blendenverschlusses wurden von

jeder Zelle 3 PSTH aufgenommen. Das erste PSTH dokumentiert den eigentlichen ON-OFF-

Test und beinhaltet die Aktivität von 10 Reizperioden, wobei jede Reizperiode aus einer

Beleuchtungsphase („Licht-An“-Phase) und einer Dunkelphase („Licht-Aus“-Phase) von

jeweils 1 s Dauer besteht. Das zweite PSTH dokumentiert die Spontanrate der Zelle,

während ihr RF auf dem Tangentialschirm mit dem Lichtpunkt permanent beleuchtet wurde

(Blendenverschluß im offenen Zustand). Das dritte PSTH dokumentiert die Spontanrate bei

Dunkelheit (Blendenverschluß im geschlossenen Zustand). Zur einheitlichen Bewertung der

ON/OFF-Antworten der verschiedenen Zellen wurde folgender ON-OFF-Index (ONF-I)

definiert:

trans. Feuerrate(AN) = transiente Feuerrate bei „Licht-An“ (Öffnung des Blendenverschlusses) trans. Feuerrate(AUS) = transiente Feuerrate bei „Licht-Aus“ (Schließen des Blendenverschlusses) Spontanrate(AN) = Spontanrate während permanenter Beleuchtung des RF (offener Blendenverschluß) Spontanrate(AUS) = Spontanrate während permanenter Dunkelheit (geschlossener Blendenverschluß)

ONF-I =trans. Feuerrate (AN) – Spontanrate(AN)

(trans. Feuerrate (AN) – Spontanrate(AN)) + (trans. Feuerrate (AUS) – Spotanrage(AUS))× 100


Zur Definition des ONF-I wurden nur die transienten (phasischen) ON- und OFF-Antworten

auf das Erscheinen und Verschwinden des Lichtpunktes und die Spontanraten während

andauernder Beleuchtung und Nicht-Beleuchtung des RF auf dem Tangentialschirm

berücksichtigt. Der Faktor 100 dient lediglich zur Umrechnung des ONF-I in Prozent. Damit

gibt der ONF-I an, wieviel Prozent die phasische ON-Antwort an der phasischen Gesamt-

antwort (Summe aus phasischer ON- und phasischer OFF-Antwort) ausmacht. Ein ONF-I >

50 % bedeutet, daß die ON-Antwort größer als die OFF-Antwort ist. Ein ONF-I < 50 % zeigt

eine stärkere OFF-Antwort und ein ONF-I = 50 % zeigt gleichstarke phasiche ON- und OFF-

Antworten an. Zur graphischen Darstellung der ONF-Indizes wurde ihre Häufigkeits-

verteilung mit einer Bin-Breite von 5 % gewählt.

Definitionsgemäß werden Zellen mit einem ONF-I < 0,33% als OFF-Zellen und mit einem

ONF-I ≥ 0,66% als ON-Zellen klassifiziert. Wenn 0,33% ≤ ONF-I < 0,66% gilt, werden die

Zellen als ON-OFF-Zellen klassifiziert.

3. Statistik

Da in einigen Fällen aus statistischer Sicht relativ wenige Werte vorhanden sind und / oder

extreme „Ausreißer“ auftreten und / oder asymmetrische Verteilungen vorliegen, wurde als

Mittelwert der DS-Indizes und der Reizlatenzen der Median und als Streuungsparameter das

untere (Q0,25) und obere (Q0,75) Quartil angegeben. Entsprechend wurde zum statistischen

Vergleich zweier Gruppen von DS-Indizes oder Reizlatenzen der nicht-parametrische RANG-

SUMMEN-TEST nach Mann und Whitney angewandt. Die Nullhypothese dieses Testes ist, daß

die Mediane der beiden zu vergleichenden Wertegruppen sich nicht signifikant voneinander

unterscheiden. Sie wurde bei einem P < 0,05 abgelehnt. Zur Überprüfung, ob eine

Normalverteilung vorliegt, wurde der nach Lilliefors modifizierte KOLMOGOROV-SMIRNOV-

TEST angewandt, der bei einem P ≥ 0,05 eine Normalverteilung anzeigt. Um zwei absolute

Häufigkeitsverteilungen miteinander zu vergleichen wurde der χ2-Test angewandt, der bei

einem P < 0,05 einen signifikanten Unterschied anzeigt. Alle Tests wurden mit der

Windows-Version der Statistik-Software SigmaStat 2.0 (SPSS Inc.) berechnet.

F. Histologie

Die Verifikation der richtigen Position der Ableitorte im NOT und der IO-Reizelektroden

war bei den albinotischen Frettchen von besonderer Wichtigkeit, da die NOT-Zellen nur


anhand ihrer antidromen Reizbarkeit von der IO eindeutig identifiziert werden konnten. Das

Auffinden der NOT-Ableitorte wurde bei einigen albinotischen und pigmentierten Frettchen

durch elektrolytische Läsionen erleichtert, die am letzten NOT-Ableitort durch Applikation

eines Stroms von ±10 µA für die Dauer von jeweils 10 s gesetzt wurden. Die Position der

IO- und VC-Reizelektroden wurde durch ihre dicken Einstichspuren dokumentiert. Die

Position der vom NOT antidrom identifizierten VC-Zellen wurde ebenfalls mit

elektrolytischen Läsionen markiert. In diesem Falle sollte beim Frettchen überprüft werden,

ob sich die gereizten VC-Zellen wie bei der Katze (Schoppmann, 1981) in der kortikalen

Lamina V befinden.

Am Ende der Experimente wurde das Versuchstier eingeschläfert und durch den linken

Herzventrikel mit 1 Liter 0,9%-iger NaCl-Lösung gefolgt von 1,5 Liter 4%-igem Paraform-

aldehyd in 0,1 M Phosphatpuffer (pH 7,4) und Succrose (57,6 g pro Liter Fixierlösung)

perfundiert. Nach erneuter Einspannung des Kopfes in die Stereotaxie, Öffnung des Schädels

und Entfernung der Dura mater wurde das Hirn stereotaktisch geblockt und über Nacht in

derselben Fixierlösung nachfixiert. In den folgenden Tagen wurde es zur Entwässerung für

mindestens 12 Stunden jeweils in einer 10, 20 und 30%-igen Succrose-Lösung bis zum

Absinken aufbewahrt und dann in kaltem Alkohol (Isopentan, –70° C) schockgefroren.

Anschließend wurden mit einem Gefriermikrotom (Microm HM 500 OM) 50 µm dicke

Hirnschnitte angefertigt, auf gelatinierte Objektgläser aufgezogen und für einige Tage in

einem Trockenschrank aufbewahrt. Nachdem die Schnitte trocken genug waren, wurden sie

Klüver-Barrera- und / oder Nissl-gefärbt, in Depex eingedeckelt und unter dem

Lichtmikroskop (Zeiss Axiolab) untersucht.

Folgende Serien von Hirnschnitten wurden angefertigt: a) Frontalschnitte vom Mittelhirn

und dem darüberliegenden Kortex zur Dokumentation der Ableit- und Reizorte im Prätektum

und b) Frontalschnitte vom Occipitalkortex zur Dokumentation der Position der VC-Reiz-

elektroden oder der Ableitorte, an denen zuvor VC-Neuronen vom NOT antidrom gereizt

wurden. c) Von drei Frettchen aus IO-Reizexperimenten wurden auch Sagittalschnitte vom

Hirnstamm zur Dokumentation der Position der IO-Reizelektroden angefertigt. In diesen drei

Fällen wurden die Hirnstämme ungefroren auf eine Metallplatte geklebt und mit einem

Vibratom (Micro-Cut H1200, Bio-Rad) in 100 µm dicke Scheiben geschnitten.

Die Perfusion wurde frühestens 30 Minuten nach der letzten elektrolytischen Läsion

gestartet, damit genügend Zeit für die Bildung einer erkennbaren Gliosis verstreichen

konnte, die das Wiederfinden der Läsionen ermöglichte.

Ergebnisse 37

Ergebnisse


Als erstes werden die Ergebnisse aus den hOKN-Tests vorgestellt, die vor den Muscimol-

Anwendungen durchgeführt wurden. Beginnend mit der Häufigkeitsverteilung der

Steigungsmediane aus den Kontrollaufnahmen (spontane Augenbewegungen) in

Abbildung 6 folgen die Häufigkeitsverteilungen aus den hOKN-Tests, die unter den

verschiedenen Parametern durchgeführt wurden. Da ursprünglich bei Albinofrettchen ein

asymmetrischerer monokularer hOKN als bei pigmentierten Frettchen postuliert wurde,

erfolgten zuerst die monokularen Reizungen. Deshalb werden zuerst die Ergebnisse der

monokularen Reizungen im einzelnen beschrieben.

Anschließend folgen die Ergebnisse aus der Inaktivierungsstudie (Muscimol-Experimente)

und dem Perimetrietest.

A. Spontane Augenbewegungen (vor Muscimol-Injektion)

Die Registrierung der spontanen Augenbewegungen diente als Kontrolle. Alle EOG-Spuren

der spontanen Augenbewegungen haben eine glatte Form, wenn man von den gelegentlichen

Sakkaden und Kopfbewegungen absieht, die in diesem Zusammenhang nicht von Interesse

sind und deshalb herausgeschnitten wurden. Einige EOG-Spuren verlaufen genau horizontal,

d.h. sie besitzen einen Steigungsmedian von Null. Die meisten EOG-Spuren haben

abschnittsweise Steigungen, die von Null etwas abweichen. Da sie aber während einer

Aufnahmeperiode ihr Vorzeichen zufällig ändern, werden im Durchschnitt gleichlange

Abschnitte mit einer konstanten positiven und einer konstanten negativen Steigung

aufgezeichnet. Dieser zufällige Vorzeichenwechsel führt dazu, daß die Steigungsmediane der

Spuren Null sind oder zumindest sehr nahe um den Wert Null liegen. Eine konstante

Steigung der EOG-Spur bzw. eines Spurabschnitts ist als konstante Augendrift (oder Drift

des EOG-Signals) in horizontaler Richtung zu verstehen.

In Abbildung 6 sind die Häufigkeitsverteilungen der Steigungsmediane der EOG-Spuren der

untersuchten Tiere gezeigt, die unter den verschiedenen Bedingungen der Kontrollmessun-

Ergebnisse 38

gen registriert wurden. In der linken Spalte befinden sich die Ergebnisse der Aufnahmen in

Helligkeit, d.h. die Tiere befanden sich in der stehenden, beleuchteten Trommel und konnten

auf das stationäre Zufallspunktemuster blicken. In der rechten Spalte befinden sich die

entsprechenden Ergebnisse der EOG-Aufnahmen, die in völliger Dunkelheit durchgeführt

wurden. Die oberen vier Zeilen der Abbildung 6 zeigen die Befunde der Albinofrettchen, die

unter den vier Bedingungen („binokular“, „nur rechtes sehend“ und „nur linkes Auge

sehend“ jeweils mit dem feinen Reizmuster und „binokular mit dem groben Reizmuster“)

getestet wurden. In der letzten Zeile der Abbildung 6 befindet sich das Ergebnis der

pigmentierten Tiere, die in Helligkeit nur binokular mit dem feinen Muster gemessen

wurden.

Im Falle der völligen Dunkelheit (rechte Spalte) ist es unerheblich, ob die Aufnahmen

binokular oder monokular durchgeführt wurden. Trotzdem sind auch monokulare

Aufnahmen registriert worden, um einen eventuellen Einfluß der Augenkappe auf die

Okulomotorik aufzudecken.

Die einzelnen Häufigkeitsverteilungen in Abbildung 6 zeigen in allen Fällen, daß sich die

Steigungsmediane der allermeisten Tiere zwischen –0,25 und +0,25 befinden. Der Median

dieser Steigungsmediane ist erwartungsgemäß in jeder Häufigkeitsverteilung Null. Folglich

zeigen die verteilungsfreien Tests (WILCOXON SIGNED RANK TEST und MANN-WHITNEY

RANK SUM TEST) keinen signifikanten Unterschied zwischen jeweils zwei beliebigen

Verteilungen der Abbildung 6 (in allen Fällen P > 0,05).

Vergleicht man jedoch die Steigungsmediane aus den verschiedenen Häufigkeitsverteilungen

hinsichtlich ihrer Varianzen, so stellt man bei den Albinos eine größere Varianz fest als bei

den pigmentierten Tieren. Entsprechend ergibt der LEVENE S HOMOGENEITY OF VARIANCE

TEST einen hoch signifikanten Unterschied (P < 0,0001). Dies gilt sowohl für die Aufnahmen

in Helligkeit (Vergleich der Häufigkeitsverteilungen oben-links und unten-links in Abb. 6),

als auch für die Aufnahmen in Dunkelheit (Häufigkeitsverteilungen oben-rechts und unten-

rechts in Abb. 6).

Die größere Varianz der Albinos zeigt, daß die Steigungsmediane ihrer EOG-Spuren dem

Betrag nach größere Schwankungen aufweisen. Dies bedeutet, daß ihre Augen betragsmäßig

mit signifikant größeren Geschwindigkeiten in horizontaler Richtung abdriften als die Augen

der pigmentierten Frettchen. Damit wird bei den Albinofrettchen eine okulomotorische

Instabilität dokumentiert.

Ergebnisse 39

bei Helligkeit

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

bei Dunkelheit

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

Steigungsmedian [ mV / s ]

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

alb

alb

alb

alb

pigm

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 6: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane von EOG-Spuren albinotischer und pigmentierter Frettchen, die in völliger Dunkelheit (rechte Spalte) oder in Helligkeit bei stehender Trommel (linke Spalte) registriert wurden (Messung spontaner Augenbewegungen). In allen Fällen sind die Steigungsmediane um Null verteilt und unterschei-den sich hinsichtlich ihrer Mediane nicht signifikant voneinander. Die Werte der Albinofrettchen variieren jedoch signifikant stärker als die Werte der pigmentierten Tiere. Dieser Befund zeigt die okulo-motorische Instabilität der Albinofrettchen an. Die nebenstehende Legende erläutert die Symbole. N = Anzahl der Medianwerte (entspricht der Anzahl der Tiere).

: EOG-Aufnahmen bei Helligkeit : EOG-Aufnahmen bei Dunkelheit : binokular sehend : monokular, linkes Auge sehend : monokular, rechtes Auge sehend : feines Reizmuster : grobes Reizmuster

Ergebnisse 40

B. hOKN-Test (vor Muscimol-Injektion)

1. Optokinetische Reizung der Albinofrettchen

a) Monokulare Ganzfeldreizung

Feines Reizmuster: Alle EOG-Spuren der Albinofrettchen aus den monokularen Reizungen

mit dem feinen Reizmuster weisen überraschenderweise eine glatte Form und einen nahezu

waagerechten Verlauf auf. Hinsichtlich Form und Verlauf unterscheiden sie sich nicht von

den EOG-Spuren der spontanen Augenbewegungen.

Die Häufigkeitsverteilungen der Steigungsmediane der EOG-Spuren aus diesen monokularen

hOKN-Tests der Albinofrettchen sind in Abbildung 7 (linkes Auge sehend, rechtes verdeckt)

und Abbildung 8 (rechtes Auge sehend, linkes verdeckt) gezeigt. Innerhalb einer Abbildung

zeigen die Graphiken in der linken Spalte das Ergebnis der cw-Reizung und die Graphiken in

der rechten Spalte das Ergebnis der ccw-Reizung (jeweils für die Reizgeschwindigkeiten 5,

10, 20, 50 und 100°/s). Die temporonasale (nasotemporale) Reizung ist für das linke Auge

die cw-Reizung (ccw-Reizung) und für das rechte Auge die ccw-Reizung (cw-Reizung).

Folglich entspricht die Stimulation in der linken Spalte der Abbildung 7 der Stimulation in

der rechten Spalte der Abbildung 8 und vice versa.

Wie Form und Verlauf der EOG-Spuren erwarten lassen, sind ihre Steigungmediane in allen

Fällen Null oder nah um Null verteilt. Für jede Häufigkeitsverteilung in Abbildung 7 und 8

gilt, daß sie sich weder von dem Spontanverhalten unter monokularer Bedingung (vgl. Abb.

6), noch von Null signifikant unterscheidet (WILCOXON SIGNED RANK TEST, in allen Fällen

P > 0,05).

Auch der Vergleich von jeweils zwei nebeneinander liegenden Graphiken in Abbildung 7

oder Abbildung 8 ergibt keinen signifikanten Unterschied (WILCOXON SIGNED RANK TEST,

in allen Fällen P > 0,05). Dies bedeutet, daß es keinen Unterschied zwischen der

monokularen cw- und ccw-Reizung des sehenden Auges gibt.

Damit kann festgehalten werden, daß die erwartete Asymmetrie des hOKN bei monokularer

Reizung mit dem feinen Muster ausbleibt. Nachdem die Funktion der EOG-Meßanordnung

nochmals gründlich überprüft und als funktionstüchtig befunden wurde, zwang sich die

Schlußfolgerung auf, daß die Albinofrettchen unter den getesteten Bedingungen nicht in der

Lage waren, einen monokular ausgelösten hOKN zu generieren.

Ergebnisse 41

100°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24100°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

20°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

10°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s cw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

50°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

20°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

10°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s ccw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 7: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane der EOG-Spuren der Albinofrettchen, die während monokularer (nur linkes Auge sehend) optokinetischer Ganzfeldreizung registriert wurden. Die Reizung erfolgte mit dem feinen Reizmuster und mit den Reizgeschwindigkeiten 100, 50, 20, 10 und 5°/s. Linke Spalte: Reizung in cw-Richtung, rechte Spalte: Reizung in ccw-Richtung. In allen Fällen unterscheiden sich die Steigungsmediane aus den einzelnen Häufigkeitsverteilungen nicht signifikant von Null oder von den Steigungsmedianen der einzelnen Häufigkeitsverteilungen in Abbildung 6 (Spontane Augenbewegungen derselben Tiere). Es existiert auch kein signifikanter Unterschied zwischen der cw- und ccw-Reizung. Weitere Erläuterungen im Text. Zur Bedeutung der Symbole siehe Legende in Abbildung 6. N = Anzahl der Steigungsmediane (entspricht der Anzahl der getesteten Tiere).

Ergebnisse 42

100°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24100°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s cw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s ccw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 8: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane der EOG-Spuren der Albinofrettchen, die während monokularer (nur rechtes Auge sehend) optokinetischer Ganzfeldreizung mit dem feinen Reizmuster registriert wurden. Das Ergebnis unterscheidet sich nicht signifikant vom dem Ergebnis in Abbildung 7, weshalb für beide Abbildungen dieselbe Kommentierung gilt. Weitere Erläuterungen im Text. Zur Bedeutung der Symbole siehe Legende in Abbildung 6.

Ergebnisse 43

b) Binokulare Ganzfeldreizung

Feines Reizmuster: Der Befund aus den monokularen Messungen führte notwendigerweise

zu der Frage, ob die Albinofrettchen auch unter binokularer Ganzfeldreizung einen hOKN-

Ausfall zeigen würden. Deshalb wurden mit denselben Albinofrettechen und demselben

feinen Reizmuster auch binokulare Messungen durchgeführt.

Wie die EOG-Spuren aus der monokularen Reizung, weisen auch alle EOG-Spuren aus der

binokularen Reizung mit dem feinen Reizmuster eine glatte Form und einen nahezu

waagerechten Verlauf auf. Hinsichtlich Form und Verlauf unterscheiden sie sich nicht von

den EOG-Spuren der spontanen Augenbewegungen.

Das Ergebnis dieser Messungen ist in Abbildung 9 präsentiert und zeigt, daß auch bei

binokularer Reizung mit dem feinen Zufallspunktemuster die EOG-Spuren der

Albinofrettchen Steigungsmediane liefern, die alle um den Wert Null liegen. Dies gilt für

alle getesteten Reizgeschwindigkeiten (100, 50, 20, 10 und 5°/s) und Reizrichtungen (cw und

ccw). Alle Steigungsmediane befinden sich im Bereich –0,5 bis +0,5, wobei aber die

allermeisten Werte zwischen –0,25 und +0,25 liegen und damit nah bei Null. Der Median der

Steigungsmediane in der jeder Häufigkeitsverteilung ist Null (vgl. auch Abb. 11A weiter

unten). Vergleicht man die beiden Reizrichtungen miteinander (linke und rechte Spalte der

Abb. 9), so findet man aufgrund der Binokularität erwartungsgemäß keinen Unterschied

(WILCOXON SIGNED RANK TEST, in allen Fällen P > 0,05).

Vergleicht man die Steigungsmediane der Teilabbildungen aus Abb. 9 mit den Steigungs-

medianen aus den binokularen Kontrollmessungen bei Licht oder bei Dunkelheit (Abb. 6), so

findet man ebenfalls keinen signifikanten Unterschied (WILCOXON SIGNED RANK TEST, in

allen Fällen P > 0,05). Das bedeutet, daß sich die EOG-Spuren der binokularen Ganzfeld-

reizung mit dem feinen Reizmuster nicht signifikant von den EOG-Spuren unterscheiden, die

bei stehender Trommel oder in völliger Dunkelheit binokular aufgezeichnet wurden. Auch

unterscheiden sich die einzelnen Häufigkeitsverteilungen nicht signifikant von Null (in allen

Fällen P > 0,05). Deshalb kann festgehalten werden, daß die Albinofrettchen auch bei bino-

kularer optokinetischer Reizung mit dem feinen Reizmuster einen hOKN-Ausfall zeigen.

Nach diesem Befund wurde der Entschluß gefaßt, die binokulare Ganzfeldreizung auch mit

dem groben Zufallspunktemuster durchzuführen, bei sonst konstanten Bedingungen.

Ergebnisse 44

100°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24100°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s cw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s ccw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 9: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane von EOG-Spuren der Albinofrettchen, die während binokularer optokinetischer Ganzfeldreizung registriert wurden. Die Reizung erfolgte mit dem feinen Reizmuster und den Reizgeschwindig-keiten 100, 50, 20, 10 und 5°/s. Linke Spalte: Reizung in cw-Richtung, rechte Spalte: Reizung in ccw-Richtung. Unter allen Reizbedingungen sind die Werte um Null verteilt. In keinem Fall findet man einen signifikanten Unterschied zu den spontanen Augenbewegungen (vgl. Abb. 6). Weitere Erläuterungen im Text. Zur Bedeutung der Symbole siehe Legende in Abbildung 6. N = Anzahl der Steigungsmediane (entspricht der Anzahl der unter der jeweiligen Reizbedingung getesteten Tiere).

Ergebnisse 45

Grobes Reizmuster: Die EOG-Spuren der Albinofrettchen aus den binokularen Reizungen

mit dem groben Reizmuster unterscheiden sich hinsichtlich ihrer glatten Form weder von den

Spuren aus den binokularen Reizungen mit dem feinen Reizmuster, noch von den Spuren der

spontanen Augenbewegungen. Hinsichtlich ihrer Seigung findet man jedoch zum Teil einen

signifikanten Unterschied zu den Spuren aus der Reizung mit dem feinen Muster. Die EOG-

Spuren aus der Reizung mit dem groben Muster haben größere Steigungsmediane, d.h. die

Reizung mit dem groben Muster hat eine höhere Augengeschwindigkeit ausgelöst. Dieser

Befund wird im weiteren bei der Erläuterung der Abbildung 10 und Abbildung 11

eingehender beschrieben.

In Abbildung 10 werden die Häufigkeitsverteilungen der Steigungsmediane aus den hOKN-

Tests mit dem groben Muster für die verschiedenen Reizgeschwindigkeiten und

Reizrichtungen dargestellt. Mit Ausnahme der Steigungsmediane aus der ccw-Reizung mit

100°/s (Median = –0,05), haben die Steigungsmediane in allen anderen Verteilungen in

Abbildung 10 einen Median von Null. Infolge dessen detektiert der WILCOXON SIGNED

RANK TEST nur bei der ccw-Reizung mit 100°/s einen signifikanten Unterschied zwischen

den Steigungsmedianen aus der Reizung mit dem groben (Abb. 10) und denen aus der

Reizung mit dem feinen (Abb. 9) Reizmuster (P = 0,027). Bei allen anderen

Reizgeschwindigkeiten und Reizrichtungen wird kein signifikanter Unterschied entdeckt (in

allen Fällen P > 0,05).

Es ist jedoch auffällig, daß die Steigungsmediane bei Reizung mit dem groben Muster

(Abb. 10) stärker um Null streuen als bei Reizung mit dem feinen Muster (Abb. 9). Dies

resultiert aus dem oben erwähnten Befund, daß die EOG-Spuren zu größeren

Steigungsmedianen tendieren, wenn die Albinofrettchen mit dem groben Reizmuster gereizt

werden. Außerdem fällt bei Reizung mit dem groben Muster (Abb. 10) auf, daß die

Steigungsmediane — im Gegensatz zu den Steigungsmedianen aus der Reizung mit dem

feinen Muster (Abb. 9) — bei cw-Reizung zu positiven und bei ccw-Reizung zu negativen

Werten tendieren. Der statistische Vergleich (WILCOXON SIGNED RANK TEST) zwischen den

beiden Reizrichtungen (linke und rechte Spalte in Abb. 10) ergibt einen signifikanten

Unterschied bei den Reizgeschwindigkeiten 10, 20 und 100°/s (in allen drei Fällen P < 0,05).

Bei 5 und 50°/s existiert kein signifikanter Unterschied (P = 0,249 und 0,082).

Ergebnisse 46

100°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24100°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

20°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s cw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

10°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s ccw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 10: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane von EOG-Spuren der Albino-frettchen, die während binokularer optokinetischer Ganzfeldreizung registriert wurden. Die Reizung erfolgte in diesem Falle mit dem groben Reizmuster. Unter allen Reiz-bedingungen sind die Steigungsmediane um Null verteilt. Die Steigungsmediane der Häufigkeitsverteilung oben rechts (ccw-Reizung mit 100°/s) unterscheiden sich signifikant von den Steigungsmedianen der entsprechenden Häufigkeitsverteilung in Abbildung 9. In allen anderen Fällen findet man keinen signifikanten Unterschied. Weitere Erläuterungen im Text. Zur Bedeutung der Symbole siehe Legende in Abbildung 6. N = Anzahl der Steigungsmediane (entspricht der Anzahl der unter der jeweiligen Bedingung getesteten Tiere).

Ergebnisse 47

In Abbildung 11 werden der Median, das 10%-, 25%-, 75%- und 90%-Perzentil der

Steigungsmediane aus den binokularen Reizungen mit dem feinen (Abb. 11A, entspricht der

Abb. 9) und groben (Abb. 11B, entspricht der Abb. 10) Reizmuster für jede

Reizgeschwindigkeit und Reizrichtung dargestellt. Der Vergleich zwischen Abbildung 11A

und 11B zeigt und fasst die Befunde besonders deutlich zusammen:

• Die Steigungsmediane in fast allen Häufigkeitsverteilungen in den beiden Abbildungen 9

und 10 haben einen Median von Null. Folglich unterscheiden sich die entsprechenden

Reizungen nicht hinsichtlich ihrer Steigungsmediane (mit Ausnahme der beiden ccw-

Reizungen mit 100°/s).

• Die Mediane der Steigungsmediane streuen mehr bei Reizung mit dem groben Muster.

• Die Mediane der Steigungsmediane tendieren zu positiven Werten bei cw- und zu

negativen Werten bei ccw-Reizung mit dem groben Muster. Diese Tendenz ist bei 10, 20

und 100°/s signifikant und belegt, daß die Albinofrettchen eine sehr schwache Reaktion

auf das grobe Muster zeigen: Die rein zufällige Richtungsänderung der horizontalen

Augendrift, die zuvor bei stehendem Reizmuster (spontane Augenbewegungen)

festgestellt wurde, erfolgt bei Reizung mit dem groben Muster in Abhängigkeit von der

Reizrichtung. Die Augen der Albinos tendieren bei Reizung mit dem groben Muster

dazu, in Reizrichtung abzudriften.

2. Optokinetische Reizung der pigmentierten Frettchen

a) Monokulare Ganzfeldreizung

Zur Erprobung der Methode wurden einige wenige pigmentierte Frettchen mit beiden

Reizmustern monokular getestet. Erwartungsgemäß konnte der monokulare hOKN ausgelöst

werden (vgl. Hein et al., 1990).

b) Binokulare Ganzfeldreizung

Feines Reizmuster: Abbildung 12 zeigt für die Gruppe der pigmentierten Tiere das Ergebnis

aus den binokularen Ganzfeldreizungen mit dem feinen Muster und den verschiedenen Reiz-

geschwindigkeiten. Die EOG-Spuren der pigmentierten Tiere waren Sägezahn-förmig.

Folglich ergaben sich in allen Fällen erwartungsgemäß Steigungsmediane, die je nach

hOKN-Richtung (bzw. Reizrichtung) wesentlich von Null abwichen.

Ergebnisse 48

Die Steigungsmediane in jeder Häufigkeitsverteilung in Abbildung 12 unterscheiden sich

statistisch signifikant sowohl von dem Wert Null als auch von den Steigungsmedianen der

Albinofrettchen aus binokularen Reizungen (Abb. 9 und 10) und auch von den

Steigungsmedianen aus den Messungen der spontanen Augenbewegungen der pigmentierten

Frettchen (vgl. letzte Zeile in Abb. 6; MANN-WHITNEY RANK SUM TEST, in allen Fällen P <

0,05). Vergleicht man die übereinanderstehenden Graphiken innerhalb der linken oder der

rechten Spalte, so fällt auf, daß die Steigungsmediane mit fallender Reizgeschwindigkeit zu

kleineren Beträgen tendieren. Dies zeigt eine Abhängigkeit der Augengeschwindigkeit von

der Reizgeschwindigkeit, die in Abbildung 13 deutlicher dargestellt wird. Die verschiedenen

Abb. 11: Mediane, 10%-, 25%-, 75%- und 90%-Perzentile der Steigungsmediane der Albinofrettchen aus den binokularen Reizungen. Die Häufigkeitsverteilungen dieser Steigungsmediane sind in den Abbildungen 6, 9 und 10 gezeigt. A: Reizung mit dem feinen Muster (entspricht der Abb. 9). B: Reizung mit dem groben Muster (entspricht der Abb. 10). Zusätzlich sind die entsprechenden Werte für die Spontanrate (Abb. 6) bei Licht (L) und bei Dunkelheit (D) angegeben. Mit Ausnahme eines Medians von –0,05 (grobes Reizmuster, 100ccw) sind alle anderen Mediane Null. Die Reizung mit dem groben Reizmuster führte zu einer größeren Streuung der Steigungsmediane (größere 10, 25, 75 und 90%-Perzentile) als die Reizung mit dem feinen Muster. Ein waagerechter Balken unter einer cw- und ccw-Reizung zeigt einen signifikanten Unterschied zwischen den Steigungsmedianen der beiden Reizungen an (WILCOXON SIGNED RANK TEST, P > 0,05). Die nebenstehende Legende erläutert die Position des Medians und der verschiedenen Perzentile.

75%

90%

25%

10%

Median

feines Muster

0 (D) 0 (L) 5cw 5ccw 10cw 10ccw 20cw 20ccw 50cw 50ccw 100cw 100ccwMed

ian

der

Ste

igun

gsm

edia

ne [m

V/s

]

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

grobes Muster

Reizparameter

0 (D) 0 (L) 5cw 5ccw 10cw 10ccw 20cw 20ccw 50cw 50ccw 100cw 100ccwMed

ian

der

Ste

igun

gsm

edia

ne [

mV

/s]

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

A

B

Ergebnisse 49

Reizgeschwindigkeiten sind auf der x-Achse aufgetragen. Die y-Achse zeigt den Median,

das 10%-, 25%-, 75%- und 90%-Perzentil der Steigungsmediane von allen pigmentierten

Tieren für die cw- und ccw-Reizrichtung an.

Aus diesen Befunden lassen sich folgende Schlußfolgerungen ziehen: 1. Die Methode zur

Messung der Augenbewegungen ist in der Lage beim pigmentierten Frettchen einen hOKN

zu detektieren. 2. Die Methode ist auch in der Lage zwischen unterschiedlichen

Antwortstärken (d.h. Geschwindigkeiten der langsamen hOKN-Phasen) zu unterscheiden,

was durch die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Steigungsmediane gezeigt ist.

Grobes Reizmuster: Mit dem groben Reizmuster wurden probeweise nur einige wenige

pigmentierte Frettchen getestet. Die Reizwirkung des groben Musters hatte sich nicht von

der des feinen Reizmusters unterschieden, so daß diese Messungen nicht weiter fortgesetzt

wurden und hier nicht dargestellt werden.

C. Inaktivierungsstudie und histologische Auswertung

1. hOKN-Test nach Muscimol-Injektion

Vor den Muscimol-Injektionen zeigten weder die pigmentierten noch die albinotischen

Frettchen einen Spontannystagmus (vgl. Abb. 6), wenngleich bei den albinotischen Frettchen

im Gegensatz zu den pigmentierten Frettchen eine okulomotorische Instabilität gefunden

wurde. Nach den Muscimol-Injektionen wurde bei zwei der drei albinotischen und bei dem

einen pigmentierten Frettchen ein Spontannystagmus beobachtet. In allen Fällen war der

Spontannystagmus schon bei der ersten registrierten EOG-Spur auffällig, die frühestens ca.

zwei Minuten aber spätestens ca. vier Minuten nach der Muscimol-Injektion aufgenommen

wurde. Der Spontannystagmus hatte eine langsame Phase in Richtung auf die nicht-injizierte

Seite, trat sowohl in Dunkelheit als auch bei Helligkeit auf und konnte durch mono- oder

binokulare Ganzfeldreizung in der optokinetischen Trommel nicht sichtbar beeinflußt

werden. Er dauerte mindestens zwei Stunden, war aber am nächsten Tag immer vollständig

verschwunden. Nach dreimaliger Anwendung von Muscimol, meistens an aufeinander-

folgenden Tagen, wurden die Tiere eingeschläfert und perfundiert. Ihre Gehirne wurden

gefärbt und histologisch untersucht. Bei dem dritten albinotischen Tier hatte die Muscimol-

Injektion keinen Effekt auf die okulomotorische Stabilität. Die anschließende histologische

Untersuchung der Schnitte liefert eine mögliche Erklärung dieses Befundes (siehe unten).

Ergebnisse 50

100°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24100°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

10°/s cw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

5°/s cw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

50°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

20°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

12

16

20

24

10°/s ccw

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 60

4

8

1216

20

24

5°/s ccw


-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

0

4

8

12

16

20

24

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

Abb. 12: Häufigkeitsverteilung der Steigungsmediane von EOG-Spuren pigmentierter Frettchen, die während binokularer optokinetischer Ganzfeldreizung mit dem feinen Reizmuster registriert wurden. Unter allen Reizbedingungen sind die Steigungsmediane nicht um Null verteilt, sondern signifikant größer (bei cw-Reizung) oder signifikant kleiner (bei ccw-Reizung) als Null. Sie unterscheiden sich ebenfalls signifikant von allen anderen Steigungsmedianen, die in den Abbildungen 6 bis 10 dargestellt sind. Außerdem ist eine Tendenz auffällig, nach der der Betrag der Steigungsmediane mit fallender Reizgeschwindigkeit kleiner wird. Zur Bedeutung der Symbole siehe Legende in Abbildung 6. N = Anzahl der Steigungsmediane (entspricht der Anzahl der unter der jeweiligen Bedingung getesteten Tiere).

Ergebnisse 51

In Abbildung 14 ist der Muscimol-Effekt exemplarisch für ein albinotisches (linke Spalte)

und für das pigmentierte Frettchen (rechte Spalte) dargestellt (Albinofrettchen #1 und

pigmentiertes Frettchen aus Tab. 2). Die einzelnen Teilabbildungen zeigen 5-s-lange

Ausschnitte der EOG-Spuren, die vor und nach der Applikation von Muscimol

aufgenommen wurden. Die binokulare optokinetische Reizung erfolgte in der beleuchteten

Trommel mit dem groben Reizmuster mit einer Reizgeschwindigkeit von 50°/s in

horizontaler cw- und ccw-Richtung. Die Aufnahmen in Dunkelheit erfolgten außerhalb der

Trommel in einem völlig abgedunkelten Raum. Beim Albinofrettchen wurde auf der linken

Seite injiziert, weshalb der Spontannystagmus eine langsame Folgephase nach rechts hat,

während beim pigmentierten Tier die rechte Seite injiziert wurde und der ausgelöste

Spontannystagmus eine langsame Phase nach links zeigt. Bei beiden Tieren wurde der

Spontannystagmus nicht durch die optokinetische Reizung beeinflusst. Einen Tag nach der

Muscimol-Injektion zeigten beide Tiere das gleiche Verhalten wie vor der Inaktivierung,

woraus abgeleitet werden kann, daß die Wirkung des Muscimols abgeklungen und keine

permanente Schädigung entstanden war. Die Farbstoff-Injektion beim Albinofrettchen zeigte

keinen Effekt (Kontrolle).

Abb. 13: Abhängigkeit der Augengeschwindigkeit von der Reizgeschwindigkeit bei den pigmentierten Frettchen während binokularer Ganzfeldreizung mit dem feinen Muster. Definitionsgemäß sind die Steigungsmediane positiv bei Reizung in cw-Richtung und negativ bei Reizung in ccw-Richtung. Entsprechend verhält sich das Vorzeichen ihres Medians. x-Achse: verschiedene Reizgeschwindigkeiten (5, 10, 20, 50, 20 und 100°/s) und Spontanrate bei Dunkelheit [(0°/s (D)] und Licht [(0°/s (D)]. y-Achse: EOG-Median, 10%-, 25%-, 75%- und 90%-Perzentil (vgl. Legende der Abb. 11).

Plot 1

Reizgeschwindigkeit

0°/s 0°/s 5°/s 10°/s 20°/s 30°/s 40°/s 50°/s 60°/s 70°/a 80°/s 90°/s 100°/s

Med

ian

der

Ste

igu

ng

smed

ian

e [ m

V /

s ]

-6

-4

-2

0

2

4

6

cw

ccw

(D) (L)

Ergebnisse 52

binokular, 50°/s albinotisches Frettchen (Muscimol-Injektion links)

pigmentiertes Frettchen (Muscimol-Injektion rechts)

: EOG-Aufnahme bei Helligkeit : EOG-Aufnahme bei Dunkelheit : Reizung in cw-Richtung : Reizung in ccw-Richtung

5 s 5 s

1 mV

vor Muscimol

vor Muscimol

nach Muscimolspontan

Licht

nach Muscimolspontan

Dunkelheit

nach Muscimol

nach Muscimol

nächster Tag

nächster Tag

nach Farbstoffspontan

Licht

nach Farbstoffspontan

Dunkelheit

nach FarbstoffLicht

nach Farbstoff

Licht

0,0

0,10

3,40

-5,00

-4,25

-3,15

4,25

3,80

4,90 -2,70

2,95

0,0

0,0 -4,05

5,60

-3,30

0,10

0,0

-0,10

-0,25

Abb. 14: EOG-Spuren aufgenommen vor und nach einseitiger Inaktivierung des NOT mit Muscimol. Die Zahl oben rechts in jeder Teilabbildung gibt den Steigungsmedian der abgebildeten EOG-Spur an.

Ergebnisse 53

2. Histologische Dokumentation der Injektionsorte

Die implantierten Injektionskanülen hinterließen im Kortex Einstichspuren, die auf den

Hirnschnitten mit bloßen Augen sichtbar waren. Bei den zwei albinotischen und dem einen

pigmentierten Frettchen, die infolge der Muscimol-Injektion einen Spontannystagmus

gezeigt hatten, wurde unter dem Lichtmikroskop sichtbar, daß die Spitzen der Injektions-

kanülen zwar in der Nähe des Prätektums plaziert gewesen waren, das Prätektum selbst aber

nicht berührt bzw. mechanisch zerstört hatten. Dieser Befund spricht für die Reversibilität

des Muscimol-Effekts.

Tabelle 2 listet die implantierten Tiere und das jeweilige Ergebnis der Muscimol- und der

Farb-Injektionen auf. Die Entfernung ∆x gibt in rostrocaudaler (anterior-posterior)

Richtung den Abstand zwischen dem Injektionsort (Spitze der Injektionskanüle) und dem

rostralen Rand des SC (bzw. rostralem Ende des NOT) an. Ein positives (negatives) ∆x

bedeutet, daß der Injektionsort rostral (caudal) des vorderen SC-Rands liegt (vgl. Abb. 5). In

mediolateraler Richtung kann die Entferung zwischen NOT und Injektionsort weniger

genau angegeben werden, da die laterale NOT-Grenze auf den Nissl- und/oder Klüver-

Barrera gefärbten Schnitten nicht erkennbar ist (vgl. Material und Methoden). Unter Zuhilfe-

nahme der Hirnschnitt-Abbildungen aus Zhang & Hoffmann, 1993 läßt sich jedoch

schlußfolgern, daß die Injektionsorte zwischen 0 und maximal 300 µm vom NOT entfernt

waren.

Tab. 2: Ergebnis der Inaktivierungsstudie. Die Muscimol-Injektionen haben bei den Albinos #1 und #2 und dem pigmentierten Frettchen einen Effekt (Spontannystagmus) gezeigt. Bei Albino #3 haben die Muscimol-Injektionen keinen Spontannystagmus ausgelöst. Keine der Farbstoff-Injektionen hat einen Effekt auf die Okulomotorik gehabt. Tier implantierte

Hirnseite Muscimol-

Effekt ∆x Farb-Injektion Effekt der Farb-

Injektion Albino #1 links ja +200 µm roter Marker nein

Albino #2 links ja +50 µm Granular Blue nein

Albino #3 links nein +600 µm roter Marker nein

Pigm. rechts ja –250 µm Granular Blue nein

Ergebnisse 54

Abb. 15: Position der implantierten Injektionskanüle. Es werden zwei schwarz-weiße Fotografien von Nissl-gefärbten frontalen Hirnschnitten eines Albinofrettchens gezeigt. A: Die Schnittebene verläuft durch das rostrale Ende des linken (l-SC) und rechten superioren Colliculus (r-SC). Auf der linken Seite sieht man die Zerstörung des Kortexgewebes, die durch die Kanüle verursacht wurde (umrandet durch die weiße, gestrichelte Linie). B: Mittelpunkt der Kanüle (ca. 450 µm weiter rostral als die Schnittebene in A). Die Zerstörung des Kortex ist auf dieser Schnittebene wesentlich größer und vollständiger. In dieser Schnittebene ist der SC und das NOT-Areal nicht mehr zu sehen. Abkürzungen: l-SC = linker SC, r-SC = rechter SC, HC = Hypocampus, CC = Corpus callosum, NOT = rostrales Ende des NOT-Areals, d = dorsal, v = ventral.

Foto-Nr. 3.15 22.07.1999.aF Schnitt-Nr. 2-26-2

Foto-Nr. 3.7 22.07.1998.aF Schnitt-Nr. 2-25-1

l-SC r-SC

A

B

CC

CC

HC

Kortex

NOT

Kortex

d

v

v

d

HC

1 mm

1 mm

CGL

CGL

Ergebnisse 55

In der Abbildung 15 werden beispielhaft zwei Fotografien von 50 µm dicken Frontalschnit-

ten des Albinofrettchens #2 gezeigt, aus denen sich die Position der implantierten Injektions-

kanüle rekonstruieren läßt. Die Injektionskanüle war 13 Tage in der linken Hirnseite in senk-

rechter Stellung implantiert. Der Hirnschnitt in Abbildung 15A verläuft durch das Mittelhirn

und den darüberliegenden Kortex, in dem sich die Kanüle befand. Die Schnittebene geht

durch den rostralen Bereich des SC, der unten rechts auf dem Foto zu sehen ist. Auf der dor-

salen Seite sind die beiden Hemisphären des Kortex cerebri sichtbar, die durch das Corpus

callosum miteinander verbunden sind. Der helle Pfeil zeigt auf die Position des zu inaktivie-

renden NOT, welcher sich lateral des linken SC befindet. Im Kortex darüber ist kortikales

Gewebe sichtbar, das durch die Injektionskanüle zerstört wurde (weiß gestrichelt umrissener

Bereich). Der Mittelpunkt der Kanüle (bzw. Injektionszentrum) befand sich allerdings nicht

genau in dieser Position, sondern ca. 450 µm weiter rostral, wo die Zerstörung des Kortex

am größten ist (Abb. 15B). Die in Abbildung 15B gezeigte Schnittebene liegt 50 µm (∆x +50

µm) vor der rostralen SC-Grenze, so daß der SC hier nicht mehr zu sehen ist. Der

Injektionsort befindet sich auf der Oberfläche des Mittelhirns direkt unter der Einstichspur.

3. Farb-Injektionen

Aus Tabelle 2 geht hervor, welcher Fluoreszenz-Farbstoff bei welchem Tier injiziert wurde.

Keine der Farb-Injektionen hatte einen Effekt auf die okulomotorische Stabilität. Insofern

sind diese Injektionen auch als Kontrollinjektionen aufzufassen. In der anschließenden

Untersuchung der Hirnschnitte unter dem Fluoreszenz-Mikroskop konnten die Injektionsorte

relativ leicht bestimmt werden, da sie sehr viel stärker gefärbt waren als das umliegende

Gewebe. Dadurch wurde die Lage der Injektionsorte (∆x-Werte) bestätigt, die schon anhand

der Einstichspuren ermittelt wurden.

Granular Blue ist besonders gut vom Gewebe aufgenommen worden, so daß die Injektionen

zu einer weit verbreiteten Färbung des gesamten Mittelhirns geführt haben. Dabei findet man

auch das Prätektum der nicht-injizierten Seite gefärbt. Allerdings ist das Prätektum der

injizierten Seite stärker gefärbt als das der nicht-injizierten Seite. Insgesamt ist die

Fluoreszenz auf der injizierten Seite sehr viel stärker als auf der nicht-injizierten Hirnseite.

Außerdem befindet sich auf der prätektalen Oberfläche der injizierten Seite sehr viel mehr

Granular Blue als auf der gegenüberliegenden Seite. Unter der Annahme, daß sich das

Muscimol in ähnlicher Weise ausgebreitet hat, kann davon ausgegangen werden, daß das

Prätektum der injizierten Seite stärker mit Muscimol durchdrungen und somit auch stärker

inaktiviert wurde als auf der gegenüberliegenden Seite.

Ergebnisse 56

Die Injektionen von roter Textmarkertinte haben zu einer sehr schwachen Färbung der Zellen

des Mittelhirns und speziell des Prätektums geführt. Der meiste Farbstoff befindet auf der

prätektalen Oberfläche und nicht im Gewebe. Das deutet auf eine schlechte Aufnahme des

Farbstoffs durch das Gewebe hin. Bei Albino #1 findet man eine schwache Färbung des Prä-

tektums der injizierten Seite, während bei Albino #3 überhaupt keine Färbung zu sehen ist.

Das völlige Ausbleiben einer Färbung bei Albino #3 zeigt, daß die Injektion der roten

Textmarkertinte gänzlich mißglückt war. Dies könnte auf eine Verstopfung des

Führungsröhrchens zurückzuführen sein, was auch das Ausbleiben des Muscimol-Effektes

bei diesem Tier erklären könnte. Der wahrscheinlichste Grund jedoch für die Wirkungslosig-

keit des Muscimols bei diesem Albino ist die sehr viel größere Entfernung zwischen dem

Injektionsort und dem NOT (∆x = 600 µm).

D. Ergebnis des Perimetrietests

Insgesamt wurden fünf albinotische (Tier #10, #16, #39, #40 und #41) und vier pigmentierte

Frettchen (Tier #33, #35, #37 und #38) unter binokularer und monokularer Bedingung im

Perimetrietest untersucht. Die Ergebnisse werden als Fallbeispiele in den Abbildungen

16 - 20 graphisch dargestellt. Ein horizontaler Balken unter der x-Achse symbolisiert bei

monokularer Bedingung die Abdeckung des entsprechenden Auges. Die genauen Prozent-

sätze positiv beantworteter Durchläufe können den Tabellen 3 und 4 entnommen werden. Da

sich die Daten aus den beiden Testvarianten (mit und ohne Plexiglasröhre, vgl. Material und

Methoden) nicht unterschieden haben, wurden sie zusammengefaßt.

Die beiden Albinofrettchen #10 und #16 (Abb. 16 und Tab. 3) wurden nur mit dem linken

Auge ohne Unterteilung des R60°-Sektors monokular getestet. Alle anderen Frettchen

wurden mit beiden Augen monokular getestet, wobei der 60°-Sektor kontralateral zum

sehenden Auge in die beiden Teilsektoren 30-45° und 45-60° unterteilt wurde.

Alle neun Tiere wurden auch im hOKN-Test eingesetzt. Die fünf Albinos zeigten einen

hOKN-Ausfall. Bei den vier pigmentierten Tieren konnte der hOKN ausgelöst werden.

Bei den verschiedenen Versuchstieren wurde eine ungleich starke Motivation beobachtet,

was sich in den unterschiedlich hohen Trefferquoten in 0°-Richtung (randomisierte Durch-

läufe ohne Reizpräsentation zwischen den Durchläufen mit Reizpräsentation) widerspiegelt.

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Individuen hinsichtlich Kooperationsbereit-

schaft und Lernfähigkeit waren in der Regel schon zu Beginn der Trainingsphasen auffällig.

Ergebnisse 57

1. Binokulare Messungen

Unter binokularen Bedingungen haben beide Tiergruppen in den allermeisten Sektoren 80%,

in einigen Fällen sogar weit über 90% der Durchläufe positiv beantwortet (Tab. 3 und 4 und

obere Reihen der Abb. 16 - 20). Ausnahmen stellen die beiden Albinofrettchen #39 und #41

dar, die im 60°- und 90°-Sektor der rechten Gesichtsfeldhälfte geringere Trefferquoten

erzielten [Tier #39: 72% im R60°- und 52% im R90°-Sektor (vgl. Abb. 17 und Tab. 3); Tier

#41: 65% im R60°- und 69% im R90°-Sektor (vgl. Abb. 18 und Tab. 3)]. Offensichtlich sind

diese beiden Albinofrettchen in ihrer Sehfähigkeit innerhalb des R30°- und R90°-Sektors

gestört. Bei Zusammenbetrachtung aller neun Fallbeispiele (fünf albinotische und vier

pigmentierte Frettchen) ist jedoch die Schlussfolgerung zulässig, daß sich die beiden Tier-

gruppen unter binokularer Bedingung im Perimetrietest nicht voneinander unterscheiden.

Damit kann festgestellt werden, daß sich die Albinofrettchen unter binokularen Bedingungen

genauso gut visuell orientieren können wie ihre pigmentierten Artgenossen.

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°0 20 40 60 80 100020406080100

R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Albino #10 Albino #16

Abb. 16: Trefferquoten der Albinofrettchen #10 und #16 im Perimetrietest. Unter binokularer Bedingung (obere Reihe) erreichen beide Tiere in allen sechs Gesichtsfeldsektoren eine relativ hohe positive Trefferquote. Unter monokularer Bedingung erreichen sie in den Sektoren innerhalb der Gesichtsfeldhälfte des sehenden Auges eine ähnlich hohe Trefferquote wie in den binokularen Messungen, während die Trefferquoten innerhalb der Sektoren kontralateral zum sehenden Auge unter 5% liegen. Die dunklen Punkte in den Sektoren, auf die die Pfeil-spitzen zeigen, geben die Anteile der positiv beantworteten Durchläufe in % an (vgl. Tabelle 3). Die schwarzen Balken in der unteren Reihe symbolisieren die Abdeckung des rechten Auges. Die Bedeutung der anderen Symbole kann der Legende in Abbildung 6 entnommen werden.

Ergebnisse 58

2. Monokulare Messungen

Unter monokularer Bedingung unterscheiden sich die beiden Tiergruppen ebenfalls nicht,

wenn der visuelle Reiz innerhalb der ipsilateralen Gesichtsfeldhälfte des sehenden Auges

präsentiert wird. Sowohl die Albinos als auch die pigmentierten Frettchen erzielten in diesen

Fällen ähnlich hohe Trefferquoten von über 80%, in vielen Sektoren sogar 100%.

Albino #39 Albino #40

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Abb. 17: Trefferquoten der Albinofrettchen #39 und #40 im Perimetrietest. Unter binokularer Bedingung erreichen beide Tiere eine relativ hohe positive Trefferquote. Das Tier #39 fällt auf, da es mit dem rechten Auge innerhalb des rechten 60°- und 90°-Sektors besonders niedrige Trefferquoten erzielt. Unter monokularer Bedingung wird in allen Sektoren innerhalb der Gesichtsfeldhälfte des sehenden Auges eine ähnlich hohe Trefferquote erreicht wie in den binokularen Messungen, wobei der Defekt des rechtes Auges des Tieres #39 wieder sichtbar wird. Kontralateral zum sehenden Auge wird eine Trefferquote von maximal 14% erreicht (Tier #40 mit dem rechten Auge im R30°-Sektor). Die einzelnen Trefferquoten können der Tabelle 3 entnommen werden.

Ergebnisse 59

Die Beeinträchtigung im R60°- und R90°-Sektor bei den beiden Albinofrettchen #39 und

#41 (vgl. Abb. 17 und Abb. 18) macht sich auch unter monokularer Bedingung bemerkbar.

Das Albinofrettchen #39 erzielt hier mit dem rechten Auge eine niedrigere Trefferquote als

unter binokularer Bedingung. Im Gegensatz dazu beobachtet man beim Albinofrettchen #41

eine Verbesserung des rechten Auges, wenn das linke Auge abgedeckt ist.

Bei Reizpräsentation im 30°- und 60°-Sektor (bzw. in den beiden Teilsektoren 30-45° und

45-60°) innerhalb der Gesichtsfeldhälfte kontralateral zum sehenden Auge werden

erhebliche Unterschiede zwischen den beiden Tiergruppen sichtbar.

Die höchste Trefferquote in einem 30°-Sektor kontralateral zum sehenden Auge hat unter

den Albinos das Tier #41 (18% mit dem rechten Auge im L30°-Sektor, vgl. Abb. 18). Alle

anderen Albinos erzielten unter monokularer Bedingung in den 30°-Sektoren kontralateral

zum sehenden Auge Trefferquoten von unter 18%, in vielen Fällen von 0%. Die

pigmentierten Frettchen erzielten dagegen eine Trefferquote von mindestens 44% im 30°-

Sektor kontralateral zum sehenden Auge (Tier #33, L30°-Sektor, vgl. Abb. 19). In vielen

Fällen wurde sogar eine wesentlich höhere Trefferquote erreicht, die zwischen 78% (Tier

#37 mit dem linken Auge im R30°-Sektor) und 100% (Tier #38 mit dem rechten Auge im

L30°-Sektor) liegt. Aus diesen Befunden ergibt sich die Schlußfolgerung, daß das frontale

Gesichtsfeld, welches auf die temporale Hemiretina projiziert wird, bei den Albinofrettchen

funktionell unterdrückt ist.

Bei den monokularen Messungen mit den drei Albinofrettchen #39, #40 und #41 und allen

vier pigmentierten Frettchen wurde der 60°-Sektor kontralateral zum sehenden Auge in die

Teilsektoren 30-45° und 45-60° unterteilt. Die Albinofrettchen antworteten, wenn überhaupt,

im 30-45°-Teilsektor positiv [Albino #40 im linken 30-45°-Sektor mit dem rechten Auge

(Abb. 17) und Albino #41 im rechten 30-45°-Teilsektor mit dem linken Auge, Abb. 18]. Im

45-60°-Sektor hat keiner der Albinos auf den visuellen Reiz reagiert. Die pigmentierten

Frettchen zeigten in diesen beiden Teilsektoren folgendes Sehvermögen: Im 30-45°-

Teilsektor wurden immer mehr Duchläufe positiv beantwortet als im 45-60°-Teilsektor.

Dieser Unterschied zwischen den beiden Teilsektoren ist bei den beiden Tieren #35 und #37

besonders groß, bei denen die Trefferquote von mehr als 60% im rechten 30-45°-Teilsektor

steil auf weit unter 50% im rechten 45-60°-Teilsektor fällt. Dieser Befund bestätigt die

Erwartungen, die sich auf elektrophysiologischen Befunden stützen, nach denen sich das

binokulare Gesichtsfeld des Frettchens um ca. 38° in jeder Gesichtsfeldhälfte (Law et al.,

1988; Quevedo et al., 1996) erstreckt (vgl. Abb. 4C). Folglich gehört ungefähr die Hälfte des

30-45°-Sektors zum binokularen Gesichtsfeld und deshalb sollten die pigmentierten

Ergebnisse 60

Frettchen eine höhere Trefferquote in diesem Teilsektor erreichen als im 45-60°-Teilsektor,

der außerhalb des binokularen Gesichtsfeldes liegt und deshalb theoretisch überhaupt nicht

mit dem kontralateralen Auge gesehen werden sollte.

Tab. 3: Ergebnis des Perimetrietests für die Albinofrettchen: Anteil positiv beantworteter Durchläufe in Prozent unter bino- und monokularer Testbedingung. Die Albinos #10 und #16 wurden nur mit dem linken Auge sehend monokular getestet. Die graphische Darstellung der einzelnen Ergebnisse ist in den Abb. 16 - 18 gezeigt. Abkürzungen: bino = binokular, mono = monokular, l = nur linkes Auge sehend, r = nur rechtes Auge sehend.

Albino #10 Albino #16 Albino #39 Albino #40 Albino #41

mono mono mono mono mono bino

l r

bino

l r

bino

l r

bino

l r

bino

l r

L90° 93 100 80 100 92 100 0 98 100 0 91 100 0

45-60° 0 0 0 L60°

30-45° 98 100 94 100

100 100

0

98 100

12

100 100

0

L30° 100 86 96 100 98 97 6 100 100 13 98 100 18

0° 77 100 91 100 76 98 95 93 100 100 96 95 91

R30° 97 7 98 0 98 0 91 100 14 100 93 7 100

30-45° 0 0 4 R60°

45-60° 98 0 96 5

72

0

46 100

0

100 65

0

93

R90° 80 0 91 3 52 0 17 100 0 100 69 0 80

Tab. 4: Ergebnis des Perimetrietests für die pigmentierten Frettchen: Anteil positiv beantworteter Durchläufe in Prozent unter bino- und monokularer Testbedingung mit jedem Auge. Die graphische Darstellung der einzelnen Ergebnisse ist in den Abbildungen 19 und 20 gezeigt. Abkürzungen wie in Tabelle 3.

Pigm. #33 Pigm. #35 Pigm. #37 Pigm. #38

mono mono mono mono bino

l r bino

l r bino

l r bino

l r

L90° 94 100 4 99 92 4 96 94 0 92 100 5

45-60° 31 25 37 42 L60°

30-45° 97 100

44 99 96

61 100 100

75 94 100

78

L30° 98 92 44 100 100 89 100 100 86 99 100 100

0° 98 89 79 97 100 96 100 82 91 98 94 90

R30° 99 49 100 95 80 99 100 78 98 100 88 100

30-45° 15 48 37 43 R60°

45-60° 96

7 100 100

14 100 100

21 100 100

3 100

R90° 90 0 96 99 5 97 82 0 95 100 4 85

Ergebnisse 61

Albino #41

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Abb. 18: Trefferquoten des Albinofrettchens #41 im Perimetrietest: Dieses Tier zeigt ein ähnliches Verhalten wie die Albinofrettchen #39 und #40. Unter monokularer Bedingung erzielt es mit dem rechten Auge eine maximale Trefferquote von 18% im L30°-Sektor. Die einzelnen Quoten können der Tabelle 3 entnommen werden.

Ergebnisse 62

Pigm. #33

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Pigm. #35

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Abb. 19: Trefferquoten der pigmentierten Frettchen #33 und #35 im Perimetrietest: Unter binokularer Bedingung erreichen beide Tiere eine relativ hohe positive Trefferquote. Unter monokularer Bedingung erzielen sie, im Vergleich zu den Albinofrettchen, eine wesentlich höhere Trefferquote innerhalb des 30°- und 60°-Sektors kontralateral zum sehenden Auge. Ihre Sehfähigkeit fällt zwischen dem 30-45°- und dem 45-60°-Teilsektor kontralateral zum sehenden Auge relativ schnell ab. Die einzelnen Quoten können der Tabelle 4 entnommen werden.

Ergebnisse 63

Pigm. #38 Pigm. #37

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

0 20 40 60 80 100020406080100R 90°

R 60°

R 30°

0°

L 30°

L 60°

L 90°

Abb. 20: Trefferquoten der pigmentierten Frettchen #37 und #38 im Perimetrietest: Beide Tiere zeigen qualitativ das gleiche Verhalten wie die pigmentierten Frettchen #33 und #35 (vgl. Abb. 19). Die einzelnen Trefferquoten können der Tabelle 4 entnommen werden.

Ergebnisse 64


A. Histologische Verifikation

Insgesamt wurden die Gehirne von 10 albinotischen und 5 pigmentierten Frettchen

histologisch aufgearbeitet. Das Ziel der histologischen Auswertung war die Bestätigung der

richtigen Position der verschiedenen Ableit- und Reizorte. Alle elektrophysiologischen

Daten von Tieren, bei denen dieses Ziel nicht erreicht wurde, wurden in der Auswertung

nicht berücksichtigt.

Für alle Experimente kann festgestellt werden, daß die anschließende Auswertung der

Histologie immer das zuvor im elektrophysiologischen Experiment dokumentierte Ergebnis

bestätigte. Dies bedeutet, daß immer die richtige Position des Ableit- und / oder des

Reizortes gefunden werden konnte, wenn zuvor die erwünschten, hier vorgestellten elektro-

physiologischen Daten erhoben werden konnten. In den Fällen, in denen die richtige Position

des Ableit- und / oder Reizortes nicht bestätigt wurde, konnten auch im vorausgegangenen

elektrophysiologischen Experiment keine spezifischen Daten erhoben werden. Im konkreten

Fall bedeutet dies, daß beispielsweise immer dann prätektale Zellen des Albinos von der IO

antidrom gereizt werden konnten, wenn die anschließende Histologie bestätigte, daß

mindestens eine der beiden IO-Reizelektroden auch tatsächlich in der IO plaziert war. In

Bezug auf die NOT-Läsionen kann entsprechend festgestellt werden, daß immer dann von

der IO antidrom reizbare Zellen gefunden werden konnten, wenn anschließend die NOT-

Läsionen tatsächlich im NOT-Areal lokalisiert wurden. Zeigte aber die Histologie, daß beide

Reizelektroden die IO verfehlt hatten oder daß die NOT-Läsion nicht im NOT-Areal plaziert

war, so konnten zuvor auch keine prätektalen Zellen antidrom gereizt werden.

Ein Teil der elektrophysiologischen Daten stammt von Tieren, bei denen keine elektrolyti-

schen NOT-Läsionen gesetzt wurden. In diesen Fällen konnten auf den Hirnschnitten nur

solche Penetrationsspuren identifiziert werden, die in das NOT-Areal führten, jedoch keine

Penetrationsspuren in größerer Entfernung vom NOT-Areal außerhalb des benachbarten SC.

Ein weiterer, kleiner Teil der elektrophysiologischen Daten stammt von Tieren, deren Hirne

nicht histologisch untersucht wurden. In diesen Fällen wird jedoch aufgrund der wieder-

holten Erfahrung mit den histologisch untersuchten Tieren unterstellt, daß die Ableit- und

Reizorte richtig gewesen sein müssen, sonst hätten die entsprechenden elektrophysiolo-

gischen Daten nicht erhoben werden können.

Ergebnisse 65

1. NOT-Ableitorte, IO- und VC-Reizorte

In Tabelle 5 ist die Anzahl der histologisch aufgearbeiteten Gehirne aufgelistet, in denen die

richtige Position der Ableit- und Reizorte dokumentiert wurde. Die Tiere stammten aus der

Experimentenreihe, in der die NOT-Zellen von der ipsilateralen IO antidrom und vom

ipsilateralen VC und kontralateralen ON orthodrom elektrisch gereizt wurden.

Es wurden insgesamt acht Gehirne untersucht. Sechs stammen von albinotischen und zwei

von pigmentierten Frettchen. Bei einem Albinofrettchen wurde die Position des NOT-

Ableitortes durch eine Läsion und bei einem zweiten Albinofrettchen sowohl durch eine

Läsion als auch durch Penetrationsspuren bestätigt. Bei einem anderen Albinofrettchen

wurde keine NOT-Läsion gesetzt und die Identifizierung des NOT-Ableitortes erfolgte nur

durch Penetrationsspuren, die ins NOT-Areal ziehen. Von einem weiteren Albinofrettchen

wurde nur der Hirnstamm histologisch untersucht und die Position der IO-Reizelektroden

bestätigt. Bei den letzten 2 Albinofrettchen wurden Penetrationsspuren entdeckt, die ins

NOT-Areal ziehen. Außerdem wurden bei diesen beiden Tieren die richtige Position der IO-

Reizelektroden und die Position der VC-Reizelektroden dokumentiert. Bei beiden

pigmentierten Frettchen wurde die richtige Position des NOT-Ableitortes durch

elektrolytische Läsionen bestätigt.

Tab. 5: Histologische Untersuchung der Frettchenhirne. Im NOT gefundene elektrolytische Läsionen und Penetrationsspuren verifizieren post mortem die richtige Position der NOT-Ableitorte, d.h. der Orte, an denen prätektale Zellen von der IO antidrom und vom VC und ON orthodrom gereizt wurden. Bei einigen Albinofrettchen wurden keine Läsionen gesetzt. In diesen Fällen konnten Penetrationsspuren entdeckt werden, die in das NOT-Areal ziehen. Albino = albinotische Frettchen, pigm. = pigmentierte Frettchen, N = Anzahl der histologisch untersuchten Hirne albinotischer und pigmentierter Frettchen, Pen-Spuren = Penetrationsspuren, IO = Oliva inferior, VC = visueller Kortex, Σ = Gesamtanzahl der untersuchten Hirne, — = Bestätigung nicht möglich, weil entweder nicht histologisch untersucht oder keine Läsionen gesetzt. Tier N Bestätigung des NOT-Ableitortes Bestätigung der IO-Reizorte

Albino 1 Läsion im NOT —

Albino 1 Läsion und Pen-Spuren im NOT —

Albino 1 Pen-Spuren im NOT —

Albino 1 — Pen-Spuren in der IO

Albino 2 Pen-Spuren im NOT Pen-Spuren in der IO

pigm. 2 Läsion im NOT —

Σ 8 7 3

Ergebnisse 66

Abbildung 21A zeigt die schwarz-weiße Fotografie eines Formol-fixierten Frettchengehirns.

Der rostrale Bereich des Gehirns ist direkt vor dem medialen Ansatz des cruciaten Sulcus

(CRS) abgeschnitten. Die Pfeile zeigen auf die Orte, wo die Penetrationen zur Ableitung des

NOT (a) gesetzt wurden, und wo die VC- (b) und IO-Reizelektroden (c) plaziert waren. Das

Kleinhirn wurde entfernt, um die Einstichorte der IO-Reizelektroden sichtbar werden zu

lassen. Die VC-Reizelektroden waren auf der linken Hirnseite im caudalen Bereich des

lateralen Gyrus plaziert. Gemäß Law et al. (1988) befinden sie sich in Area 17 in der Nähe

der Area 18. Orientiert man sich an den Abbildungen von Redies et al. (1990), so befinden

sie sich genau auf der Grenze der Areae 17 und 18. Bevor die VC-Reizelektroden ca. 2500

µm tief in den Kortex eingefahren wurden, konnte an dieser Stelle die visuelle Aktivität

mehrerer Neuronen abgeleitet werden. Diese VC-Neuronen befanden sich in verschiedenen

Tiefen zwischen 250 und 2500 µm und hatten rezeptive Felder im zentralen Bereich des

Gesichtsfeldes. Die elektrische Reizung an dieser Stelle konnte prätektale Zellen orthodrom

reizen, die auch von der IO antidrom und / oder vom ON orthodrom reizbar waren.

Abbildung 21B ist eine Umrißzeichnung des Frettchengehirns aus der Perspektive von oben

und soll die Lokalisierung der Penetrationsorte aus Abbildung 21A erleichtern.

NOT-Ableitorte: In Abbildung 22 wird die schwarz-weiße Fotografie eines Nissl-gefärbten

Frontalschnittes eines Albinofrettchens gezeigt. Der Schnitt verläuft durch den rostralen SC.

Die Fotografie dokumentiert die Position einer NOT-Läsion, die sich in der „Kerbe“

zwischen dem linken SC (l-SC) und dem linken lateralen Genikulatum (CGL) befindet. Am

Läsionsort wurden NOT-Zellen von der ipsilateralen IO antidrom identifiziert.

Abbildung 23 zeigt die Rekonstruktion des Mittelhirns eines Frettchens. Das Hirn wurde in

diesem Falle von caudal (posterior) nach rostral (anterior) in 50 µm dicke Frontalschnitte

geschnitten. Es sind die Umrisse jedes vierten Schnittes hintereinander angeordnet. Der SC

erstreckt sich auf beiden Hirnseiten in rostrocaudaler Richtung über ca. 3,6 mm und ist als

Hügel erkennbar (Umriß-Nr. 2 bis 18). Auf dem 15. Umriß beginnt seitlich des SC das

Genikulatum, welches nach anterior hin an Volumen gewinnt. Die Sternchen, die sich

seitlich des vorderen SC-Abschnitts in der „Kerbe“ zwischen SC und Genikulatum befinden

(Schnitt-Nr. 14 bis 17), markieren den prätektalen Bereich, in dem die NOT-Läsionen und

NOT-Penetrationsspuren bei den verschiedenen Versuchstieren aus Tabelle 5 gefunden

wurden. Dieser Bereich stimmt mit der in der Literatur angegebenen Position des NOT

eindeutig überein (Zhang & Hoffmann, 1993).

Ergebnisse 67

Abb. 21: A: Fotografie eines Formol-fixierten Frettchenhirns (Draufsicht). Der vordere Hirnabschnitt ist rostral des cruciaten Sulcus abgeschnitten (vgl. gestrichelte Linie in B). Der linke Pfeil (a) zeigt auf eine große oberflächliche Verletzung des Kortex, die durch das mehrmalige Penetrieren zur Ableitung des NOT verursacht wurde. Der mittlere Pfeil (b) zeigt auf die zwei Einstichorte (relativ große, nebeneinanderliegende dunkle Punkte im linken lateralen Gyrus) der beiden VC-Reizelektroden und der rechte Pfeil (c) auf die zwei Einstichorte der beiden IO-Reizelektroden (dunkle Punkte auf der Oberfläche des Hirnstamms). B: Umrisszeichnung eines Frettchenhirns (Draufsicht). Abkürzungen: AS = ansinater Sulcus, ASG = anteriorer sygmoider Gyrus, CB = Kleinhirn, CNG = coronaler Gyrus, CNS = coronaler Sulcus, CRS = cruciater Sulcus, LG = lateraler Gyrus, LS = lateraler Sulcus, MD = Medulla, PEG = posteriorer ectosylvischer Gyrus, PSG = posteriorer sygmoider Gyrus, SSG = suprasylvischer Gyrus, SSS = suprasylvischer Sulcus.

Foto-Nr. 28 05-03-1999.aF

1 cm

a

b

c

A

CRS

ASLS

SSS

ASG

PSG

CNG SSG PEG

MD

CB LG

CNS

B

Ergebnisse 68

Abb. 23: Rekonstruktion des Frettchen-Mittelhirns. Es ist der Umriß jedes viertenHirnschnitts einer 50 µm-Frontalschnitt-Serie dargestellt, so dass der Abstand zwischen zwei Umrissen 200 µm beträgt. Insgesamt sind 4,4 mm in anterior-posterior-Richtung rekonstruiert. Jeder zweite Umriß ist numeriert. Die Sternchen ( ) seitlich des rechten und linken rostralen SC-Abschnitts (SC) markieren den prätektalen Bereich, in dem die NOT-Läsionen (NOT-Ableit- und NOT-Reizorte) bei den verschiedenen Versuchstieren gefunden wurden. Die Position der SC-Läsionen wird durch die schwarzen Punkte ( ) angezeigt. Die gepunkteten Linien markieren die ungefähre Abgrenzung des lateralen Genikulatums (CGL). Der Maßstab bezieht sich nur auf die mediolaterale Ausdehnung der Rekonstruktion.

rostral

caudal

1 mm

SC SC

2

4

6

8

10

12 14

16 18

20

22

CGL CGL

Abb. 22: Schwarz-weiße Fotografie eines 50 µm dicken, Nissl-gefärbten Frontalschnitts durch den rostralen SC-Abschnitt und das linke NOT-Areal eines Albinofrettchens. Zu sehen sind der linke (l-SC) und der rechte SC (r-SC), der darüberliegende Kortex und das caudale Ende des linken lateralen Genikulatums (CGL). Lateral des l-SC wurde eine NOT-Läsion (NOT) gesetzt, die sich in der „Kerbe“ zwischen l-SC und dem linken Genikulatum befindet. Im Kortex über dem NOT-Areal ist ein heller Bereich sichtbar (Pfeil), der durch das wiederholte Penetrieren mit der NOT-Ableitelektrode verursacht wurde. d = dorsal, v = ventral.

Foto-Nr. 2-36 25-07-2000.aF 2,5x-Objektiv

Kortex

l-SC r-SC

NOT

CGL

A

1 mm V

d

Ergebnisse 69

IO-Reizorte: Aus Abbildung 24 geht die Position der IO-Reizelektroden hervor bei einem

Albinofrettchen. Gezeigt wird die schwarz-weiße Fotografie eines 100 µm dicken, Nissl-

gefärbten Sagittalschnittes durch den linken Hirnstamm. Beide IO-Reizelektroden haben

Einstichspuren im Gewebe hinterlassen, die sich makroskopisch erkennen lassen. Die Spuren

erstrecken sich von dorsal nach rostroventral (entsprechend der 45°-Neigung der

Reizelektroden, vgl. Material und Methoden). Die IO erscheint aufgrund ihrer hohen

Zelldichte besonders dunkel. Der Umriß der IO ist gepunktet hervorgehoben. Die rostrale

Penetrationsspur zieht sich durch den rostralen Abschnitt der IO, während die caudale Spur

die IO verfehlt. Bei diesem Tier konnten durch die elektrische Reizung prätektale Zellen

antidrom gereizt und damit als zur IO projizierende NOT-Zellen identifiziert werden.

2. NOT- und SC-Reizorte und VC-Ableitorte

In der Tabelle 6 sind alle Versuchstiere aufgelistet, bei denen die NOT- und SC-Reizorte

durch elektrolytische Läsionen im NOT-Areal und im rostralen Bereich des SC verifiziert

wurden. Die Läsionen im VC dokumentieren die Position der richtungsspezifischen VC-

Abb. 24: Fotografie eines Nissl-gefärbten Sagittalschnitts durch den linken Hirnstamm eines Albinofrettchens. Die beiden Pfeile zeigen auf die Penetrationsspuren (Pfeile) der beiden IO-Reizelektroden (∅ 0,3 mm). Die IO befindet sich im ventralen Abschnitt des Hirnstamms und ist als dunkle, sehr dicht gepackte Zellansammlung mit ovaler Form zu erkennen (gepunkteter Umriß). Abkürzungen: d = dorsal, v = ventral, c = caudal und r = rostral.

Foto-Nr. 5.24 24.02.1999.aF

Hirnschnitt-Nr. 1-8-2 (IO und zwei Einstichspuren)

d

c

v

r

1 mm

Ergebnisse 70

Zellen, die vom NOT antidrom und mit dem Zufallspunktemuster visuell reizbar waren.

Insgesamt wurden sieben Hirne untersucht, die von vier albinotischen und drei pigmentierten

Frettchen stammten.

Tab. 6: Anzahl der histologisch untersuchten Frettchengehirne aus den Reizexperimenten, in denen der NOT und der SC elektrisch gereizt wurden. In allen Fällen befinden sich die „NOT-Läsionen“ im NOT-Areal. Die Läsionen im SC wurden im rostralen Abschnitt des SC lokalisiert und markieren die Repräsentation des zentralen Gesichtsfeldes. Die Läsionen im VC markieren die Position der VC-Zellen, die vom NOT antidrom reizbar waren, und dokumentieren, daß sich diese Neuronen in der Lamina V befinden. Abkürzungen wie in Tabelle 5. Tier N Bestätigung des

NOT-Reizortes Bestätigung des SC-Reizortes

Position der NOT-antidromen VC-Zellen

Albino 1 Läsion im NOT — 2 Läsionen in der Lamina V

pigm. 1 Läsion im NOT — —

Albino 1 Läsion im NOT — 2 Läsionen in der Lamina V

Albino 1 Läsion im NOT Läsion im SC —

Albino 1 Läsion im NOT Läsion im SC Läsion in der Lamina V

pigm. 2 Läsion im NOT Läsion im SC —

Σ 7 7 3 3

NOT- und SC-Reizorte: Die Position der NOT-Läsionen, die die NOT-Reizorte markieren,

unterscheidet sich nicht von der Position der NOT-Läsionen, die die NOT-Ableitorte

markieren (Abb. 22 und 23). Die SC-Läsionen befinden sich in Bezug auf die NOT-Läsionen

weiter medial und weiter caudal. Ihre Position ist in Abbildung 23 durch die beiden dunklen

Punkte angegeben. In diesem Bereich des SC war das frontale Gesichtsfeld repräsentiert.

VC-Ableitorte: Abbildung 25 zeigt eine Läsion im linken visuellen Kortex eines Albino-

frettchens. Zwei VC-Neuronen wurden an diesem Ort vom ipsilateralen NOT antidrom

identifiziert. Beide Neuronen reagierten auf die visuelle Reizung mit dem großflächigen

Zufallspunktemuster richtungsspezifisch. Die Läsion (dunkle Pfeile) befindet sich auf der

ventralen Seite (v) des visuellen Kortex in der Lamina V (helle Pfeile). Die Zuordnung der

Läsion zur Lamina V wurde mit Hilfe der Abbildungen von Rockland, (1985) gemacht.

Gemäß Rockland (1985) und Law et al. (1988) befindet sich die Läsion in der Area 17. Dies

stellt den Normalbefund dar und spricht dafür, daß der VC des Albinofrettchens eine intakte,

zum Mittelhirn projizierende Schicht V besitzt.

Ergebnisse 71

Abb. 25: Schwarz-weiße Fotografien eines 50 µm dicken, Nissl-gefärbten Frontalschnitts durch den linken Occipitalkortex eines Albinofrettchens. A, B und C zeigen mit zunehmender Vergrößerung unterschiedlich große Ausschnitte desselben Hirnschnittes. Die dunklen Pfeile sind auf die elektrolytische VC-Läsion gerichtet, die sich größtenteils in der kortikalen Schicht V (helle Pfeile) befindet. Abkürzungen: d = dorsale Oberfläche des VC, v = ventrale Oberfläche des VC, m = medial und l = lateral.

Foto-Nr. 2-24 25-07-2000.aF 2,5x-Objektiv

Foto-Nr. 2-26 25-07-2000.aF 10x-Objektiv

Foto-Nr. 2-25 25-07-2000.aF

5x-Objektiv

1 mm

0,5 mm

0,5 mm

A

B

C

m

v

l

d

Ergebnisse 72

B. Physiologie

1. Lokalisation des NOT-Areals und der NOT-Neuronen

Die allermeisten NOT-Zellen wurden sowohl bei den albinotischen als auch bei den pigmen-

tierten Tieren im Bereich von –1 bis –2,5 mm anterior und +2,5 bis +3,0 mm lateral

(Horsley-Clarke-Koordinaten) in einer Tiefe von 6500 bis 7500 µm unter der kortikalen

Oberfläche lokalisiert. Sie befanden sich in einem länglichen Band entlang des

rostrolateralen SC-Randes, welches sich bei den einzelnen Versuchstieren ca. 700 µm in

rostrocaudaler und ca. 200 µm in mediolateraler Richtung erstreckte. Damit wird die von

Klauer et al. (1990) angegebene Position des Frettchen-NOT bestätigt. In Bezug auf die

Oberfläche des Prätektums befanden sich die NOT-Zellen in einer relativ geringen Tiefe von

ca. 100 bis 250 µm, was mit den histologischen Befunden von Zhang & Hoffmann (1993)

und Telkes et al. (2001) übereinstimmt. Aus Abbildung 26 wird die relative Position des

NOT zum benachbarten SC und die relative Position dieser beiden Hirnstrukturen innerhalb

des Horsley-Clarke-Koordinatensystems deutlich. Die y-Achse entspricht der anterior-

posterioren Achse und die x-Achse der mediolateralen Achse des Horsley-Clarke-Systems

(Interaurallinie). Die eingezeichneten Punkte stellen das Penetrationsschema aus einem

konkreten Experiment mit einem Albinofrettchen dar. Innerhalb des NOT-Areals konnten

Zellen von der IO antidrom gereizt werden. Das Dreieckssymbol markiert die elektrolytische

Läsion, die am Ende des Experimentes gesetzt wurde.

Es kam selten vor, daß innerhalb einer Penetration mehrere NOT-Zellen gefunden werden

konnten. Bei den meisten erfolgreichen Penetrationen konnte nur eine NOT-Zelle abgeleitet

werden. Wurde eine Penetration unmittelbar neben einer erfolgreichen Penetration plaziert,

so führte diese Vorgehensweise meistens nicht zum nochmaligen Erfolg. Diese Beobachtun-

gen stehen mit den anatomischen Befunden in Einklang, nach denen die von der ipsilateralen

IO retrograd markierten NOT-Zellen keine dicht gepackten Ansammlungen bilden, sondern

vielmehr ein lockeres großmaschiges Netzwerk (Telkes et al., 2001).

Ergebnisse 73

2. Umgebung der NOT-Neuronen

Aufgrund der kleinen Ausdehnung des NOT kam es oft vor, daß er mit der Elektrode verfehlt

und in seine Umgebung eingestochen wurde. Aufgrund der Verstreuung der einzelnen NOT-

Zellen innerhalb des NOT kam sogar vor, daß keine antidromen Aktionspotentiale abgeleitet

werden konnten, obwohl sich die Elektrode innerhalb des NOT befand. Dabei wurden

zwangsläufig immer wieder Neuronen aus der prätektalen Umgebung der von der IO

reizbaren NOT-Zellen grob charakterisiert. Diese Neuronen waren nicht Gegenstand dieser

Arbeit und wurden deshalb nicht konsequent untersucht. So weit aber ihre Eigenschaften

anhand ihrer hörbar gemachten Aktivität (siehe Material und Methoden) und ihrer visuellen

Aktivierbarkeit beurteilt werden können, haben sie sich nicht zwischen albinotischen und

pigmentierten Frettchen unterschieden. Damit kann im allgemeinen und subjektiv festgestellt

werden, daß es keinen Unterschied zwischen den beiden Tiergruppen hinsichtlich der

Physiologie der unmittelbaren Umgebung der antidrom reizbaren NOT-Zellen gibt.

Ein spezieller Zelltyp in der Nähe der antidrom identifizierten NOT-Zellen sind die

sogenannten Jerk-Zellen, die bei beiden Tiergruppen gefunden wurden. Das Auffinden von

Jerk-Zellen war ein sicheres Indiz dafür, daß sich in der Nähe auch von der IO antidrom

Abb. 26: Zweidimensionales Penetrationsschema im Horsley-Clarke-Koordinatensystem bei einem Albinofrettchen. Die ausgefüllten runden Punkte sind Penetrationsorte im rostralen Abschnitt des rechten superioren Colliculus (SC). Die leeren runden Punkte markieren die Penetrationsorte, die als Prätektum charakterisiert wurden. Das NOT-Areal (ca. 700 µm lang und ca. 200 µm breit) ist gepunktet umrissen. Die Position der NOT-Läsion ist durch das Dreieckssymbol angegeben.

medial lateral

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0ca

udal

ros

tral

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

SC-PenetrationenPrätectum / NOT-ArealNOT-Läsion

SC

NOT-Areal

Ergebnisse 74

reizbare NOT-Zellen befinden würden. Die Jerk-Zellen befanden sich gelegentlich zwischen,

meistens aber 200 bis 500 µm unterhalb der NOT-Zellen. Damit findet man beim Frettchen

die gleiche relative Position zwischen NOT- und Jerk-Zellen wie bei der Katze (Ballas &

Hoffmann, 1985; Schweigart & Hoffmann, 1992; Schmidt, 1996). Die Jerk-Zellen

beantworteten sehr schnelle ruckartige Bewegungen des Zufallspunktemusters mit einer

kurzen hochfrequenten Salve von Aktionspotentialen. Sie wurden nur in horizontaler

Richtung visuell getestet und beantworteten sowohl die Reizbewegung nach ipsiversiv als

auch nach kontraversiv. Über eine eventuelle, schwache Bevorzugung einer Richtung, die

anhand ihrer hörbaren Antwort nicht detektiert werden konnte, kann keine Aussage gemacht

werden, da ihre Aktivität nicht mit dem PC registriert wurde.

3. Allgemeine Charakterisierung der prätektalen und der NOT-Neuronen

Bei 93 Zellen wurde das Prädikat „diffus visuell“ protokolliert. Die tatsächlich abgeleitete

Anzahl solcher Zellen liegt jedoch wesentlich höher, kann aber nicht angegeben werden, da

nicht alle Zellen diesbezüglich explizit charakterisiert wurden. Solche Zellen reagierten mit

einer Aktivitätsänderung auf die Änderungen der Beleuchtung des gesamten Labors oder des

frontalen Gesichtsfeldes und insbesondere auf die Beleuchtung des kontralateralen Auges

mit Hilfe der Handlampe. Sie reagierten jedoch nicht auf eine Bewegung im Gesichtsfeld des

Tieres, weder auf die Bewegung des Reizmusters, noch auf die Bewegung von Objekten.

Aufgrund dieser Eigenschaften war es nicht möglich, die genaue Ausdehnung ihrer RF auf

dem Tangentialschirm zu bestimmen. Diese Beschreibung gilt auch für fast alle Zellen, die

aufgrund ihrer antidromen Reizbarkeit von der IO als NOT-Zellen definiert wurden.

Im Gegensatz zu den NOT-Zellen des Albinofrettchens reagierten die NOT-Zellen des

pigmentierten Frettchens auf eine großflächige horizontale Bewegung innerhalb ihres

rezeptiven Feldes. Sie wurden sowohl durch die Bewegung des Zufallspunktemusters, als

auch durch die Bewegung von großen Objekten moduliert (vgl. Abb. 28).

4. ON/OFF-Eigenschaften von Neuronen im Mittelhirn

a) ON/OFF-Eigenschaften von prätektalen und NOT-Neuronen

Die Bestimmung der ON/OFF-Eigenschaften von prätektalen Zellen wurde nur bei Albino-

frettchen durchgeführt. Mit Hilfe des Blendenverschlusses wurden zwei prätektale Zellen

charakterisiert, die nicht von der IO reizbar waren. Die ONF-Is dieser beiden Zellen waren

61% und 56%, so daß sie definitionsgemäß (vgl. Material und Methoden) als ON-OFF-

Ergebnisse 75

Zellen angesehen werden können. Durch Beleuchten des kontralateralen Auges mit der

Handlampe oder das Wegnehmen der Beleuchtung (Abdecken des Lichtstrahls) wurden

insgesamt weitere 25 Zellen (100%) des Albinofrettchens als ON-, OFF oder ON-OFF-

Zellen klassifiziert:

• 20% (fünf von 25) dieser Zellen waren ON-Zellen. Sie wurden alle auf Reizbarkeit von der

IO getestet und waren auch alle antidrom reizbar. Damit projizieren alle ON-NOT-Zellen

zur ipsilateralen IO. Eine Zelle wurde auch auf Reizbarkeit vom VC und vom ON getestet

und war in beiden Fällen orthodrom aktivierbar. Die restlichen vier Zellen wurden

diesbezüglich nicht getestet.

• 40% (zehn von 25) waren ON-OFF-Zellen. Acht von diesen wurden auf Reizbarkeit von

der IO untersucht. Sechs waren antidrom reizbar und zwei waren nicht reizbar. Die

restlichen zwei Zellen wurden weder auf Reizbarkeit von der IO, noch vom VC oder ON

untersucht. Damit projizieren die meisten ON-OFF-Zellen des NOT ebenfalls zur

ipsilateralen IO.

• Die übrigen 40% (zehn von 25) der Zellen waren OFF-Zellen. Acht von diesen wurden auf

Reizbarkeit von der IO untersucht. Von diesen acht Zellen war eine Zelle antidrom reizbar

und sieben Zellen waren nicht reizbar. Damit projizieren die meisten OFF-Zellen des NOT

nicht zur IO. Von den sieben nicht zu IO projizierenden Zellen wurden zwei Zellen auch

auf Reizbarkeit vom ON und eine Zelle sowohl auf Reizbarkeit vom ON als auch vom VC

getestet. Alle drei Zellen waren nur vom ON orthodrom reizbar. Die restlichen zwei Zellen

aus der Gruppe der zehn OFF-Zellen wurden weder auf Reizbarkeit von der IO, noch vom

VC oder ON untersucht.

b) ON/OFF-Eigenschaften von SC-Neuronen

Die Bestimmung der ON/OFF-Eigenschaften von Zellen des superioren Colliculus wurde

• sowohl qualitativ als auch quantitativ mit Hilfe des Blendenverschlusses und

• sowohl bei albinotischen als auch bei pigmentierten Frettchen durchgeführt.

Insgesamt wurden 57 SC-Zellen der Albinofrettchen und 25 SC-Zellen der pigmentierten

Frettchen hinsichtlich ihrer ON/OFF-Eigenschaften untersucht.

Von den 57 Zellen der Albinofrettchen wurden acht SC-Zellen nur qualitativ mit Hilfe der

Handlampe untersucht. Davon wurden sieben als ON-OFF-Zellen und eine Zelle wurde als

OFF-Zelle charakterisiert. Die restlichen 49 SC-Zellen der albinotischen und alle 25 SC-

Zellen der pigmentierten Frettchen wurden mit dem Blendenverschluß untersucht, so daß

Ergebnisse 76

ihre ONF-Indizes berechnet werden konnten. Gemäß den festgelegten Klassifizierungs-

kriterien wurden folgende Quoten an ON-, OFF- oder ON-OFF-Zellen gefunden:

• 2% (eine von 49) der SC-Zellen der Albinofrettchen reagierten stärker bei „Licht-An“ als

bei „Licht-Aus“ mit einem ONF-I ≥ 66%. Definitionsgemäß wird diese Zelle als ON-Zelle

klassifiziert. Bei den pigmentierten Frettchen konnte keine einzige SC-Zelle aus der

vorhandenen Stichprobe von 25 Zellen als ON-Zelle eingestuft werden. Da bei den Albino-

frettchen nur 2% ON-Zellen gefunden wurden, scheinen sich die beiden Tiergruppen kaum

voneinander zu unterscheiden.

• 80% (39 von 49) der SC-Zellen der Albinofrettchen und 84% (21von 25) der SC-Zellen der

pigmentierten Frettchen haben einen ONF-Index, der zwischen 33% und 66% liegt. Diese

Zellen werden definitionsgemäß als ON-OFF-Zellen klassifiziert. Damit wird gezeigt, daß

die ON-OFF-Zellen in beiden Tiergruppen in gleichen prozentualen Größenordnungen

vorkommen.

• 18% (neun von 49) der SC-Zellen der Albinofrettchen und 16% (vier von 25) SC-Zellen

der pigmentierten Frettchen haben stärker bei „Licht-Aus“ als bei „Licht-An“ reagiert mit

einem ONF-I < 33%. Definitionsgemäß werden sie als OFF-Zellen eingestuft. Damit findet

man bei beiden Tiergruppen in etwa gleich viele OFF-Zellen.

In Abbildung 27 wird die Häufigkeitsverteilung der 49 ONF-Indizes der Albinofrettchen und

die der 25 ONF-Indizes der pigmentierten Frettchen gezeigt. Die ONF-I der Albinofrettchen

haben einen Median von 48% (Q0,25 = 35%; Q0,75 = 51%) und die der pigmentierten

Frettchen einen Median von 43% (Q0,25 = 40%; Q0,75 = 47%). Der RANG-SUMMEN-TEST

zeigt keinen signifikanten Unterschied zwischen den ONF-Indizes der beiden Tiergruppen

(P = 0,275). Es wird festgestellt, daß die beiden Tiergruppen gleich viele ON-, OFF- und

ON-OFF-Zellen in den oberen Schichten des SC besitzen. Gleichwohl fällt beim

Albinofrettchen eine leichte Tendenz zu mehr bzw. stärkeren OFF-Antworten auf, was sich

im leicht höheren Medianwert widerspiegelt.

5. DS-Indizes und antidrome Identifizierung der NOT-Neuronen

Aufgrund der Eigenschaft „diffus visuell“ konnte an den allermeisten PSTH der NOT-Zellen

des Albinofrettchens keine Richtungspräferenz beobachtet werden. Die Abwesenheit der

Richtungsspezifität stimmte mit dem akustisch unveränderten Geräusch des Rohsignals bzw.

der unveränderten Frequenz des TTL-Signals überein.

Ergebnisse 77

Abbildung 28 zeigt das repräsentative PSTH je einer NOT-Zelle eines albinotischen und

eines pigmentierten Frettchens und veranschaulicht ihr eklatant unterschiedliches

spo ipsi kontra

Albino

Pigmentiert

A

B

Abb. 28: PSTH von jeweils einer NOT-Zelle eines albinotischen (A) und eines pigmentierten (B) Frettchens. Beide Zellen konnten elektrisch von der ipsi-lateralen IO antidrom gereizt werden. Von beiden Zellen wurden 10 Reiz-perioden aufgenommen. A: Die NOT-Zelle des Albinos wird durch die visuelle Reizung nicht moduliert, hat einen DS-Index von Null und wird als richtungs-unspezifisch klassifiziert. B: Im Gegen-satz zur Zelle des Albinofrettchens wird die NOT-Zelle des pigmentierten Frettchens stark moduliert. Sie hat einen DS-I von ca. 0,8 und bevorzugt die normale, d.h. ipsiversive Reizrichtung. y-Achse: Feuerrate in Aktionspotentiale / s; x-Achse: Zeit bzw. Dauer der Reizperioden. Eine Reizperiode dauert insgesamt 5 s [2 s kontraversive (kontra), 2 s ipsiversive Reizung (ipsi) und 1 s Aufnahme der Spontanrate bei stehendem Reizmuster (spo)].

Abb. 27: Häufigkeitsverteilung der ONF-Indizes von 49 SC-Zellen des albinotischen und 25 SC-Zellen des pigmentierten Frettchens. In beiden Tiergruppen werden mehr SC-Zellen mit stärkeren OFF-Antworten (ONF-I < 50%) gefunden. Beim Albino-frettchen beträgt der Median der ONF-Indizes 48% und beim pigmentierten Frettchen 43%. Diese Differenz ist nicht statistisch signifikant (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,275). Die senkrechten, gestrichelten Linien teilen das gesamte Antwortspektrum definitionsgemäß in einen OFF-, ON-OFF- und ON-Bereich.

Albinos

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

N

0

2

4

6

8

10

12

14

Pigm.

ONF-I [%]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

N

0

2

4

6

8

10

12

14

N = 49

N = 25

OFF ON-OFF ON

N

N

Ergebnisse 78

Antwortverhalten während horizontaler optokinetischer Reizung. Beide Zellen waren von

der ipsilateralen IO antidrom reizbar. Die NOT-Zelle des Albinofrettchens (Abb. 28A) läßt

sich durch die kontra- (kontra) und ipsiversive (ipsi) Bewegung oder durch das

Stehenbleiben des Reizmusters (spo) nicht beeinflussen, d.h. sie ändert während der ganzen

Reizperiode nicht ihre Spontanrate. Im Gegensatz dazu beobachtet man eine starke

Modulation der NOT-Zelle des pigmentierten Tieres (Abb. 28B). Die Reizbewegung in

Vorzugsrichtung (ipsi) wird von dieser NOT-Zelle mit einer ca. sechsmal höheren Feuerrate

beantwortet als die entgegengesetzte Reizbewegung in Nullrichtung (kontra). Weiterhin ist

auffällig, daß bei Reizung in Nullrichtung ihre Feuerrate unter der Spontanrate liegt, d.h.

diese NOT-Zelle wird durch die kontraversive Reizbewegung inhibiert. Eine solche

Inhibition wurde jedoch nicht bei allen richtungsspezifischen NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens beobachtet.

a) Albinofrettchen

Es wurden insgesamt 198 prätektale Zellen von 16 Albinofrettchen abgeleitet, die aufgrund

ihrer charakteristisch hohen Spontanaktivität und ihrer relativen Lage zum SC und zu Jerk-

Zellen als potentielle NOT-Zellen angesehen werden konnten. Von den 198 Zellen waren

193 Zellen visuell aktivierbar und fünf Zellen nicht. Die Gruppe der 193 visuellen Zellen

beinhaltet die schon erwähnten, explizit als „diffus visuell“ charakterisierten 93 Zellen.

Die ersten 26 der 198 Zellen wurden in frühen Experimenten an vier Tieren abgeleitet, als

noch nicht bekannt war, daß die NOT-Zellen der Albinofrettchen richtungsunspezifisch sind.

Deshalb wurde bei diesen Experimenten noch nicht von der ipsilateralen IO antidrom

gereizt. Da die Erwartung, eine hörbare Richtungsbevorzugung zu finden, nicht erfüllt

wurde, wurden von den meisten dieser richtungsunspezifischen prätektalen Zellen keine

PSTH registriert (Ausnahme fünf Zellen). Die restlichen 172 Zellen wurden auf antidrome

Reizbarkeit von der IO getestet, wobei 58% (99 von 172) Zellen antidrom reizbar und 42%

(73 von 172) Zellen nicht reizbar waren. Von den meisten dieser 172 Zellen existieren

ebenfalls keine PSTH, da die Ableitungen instabil waren.

Von den 99 Zellen, die von der IO antidrom reizbar waren, waren 94 Zellen visuell

aktivierbar. Die übrigen 5% (fünf von 99) Zellen waren die oben erwähnten fünf nicht

visuell aktivierbaren Zellen. Ihre antidromen Latenzen waren: 2,5 ms; 5,5 ms; 1,5 ms; 1,0 ms

und 2,2 ms. Da sie durch Licht nicht gereizt werden konnten, erübrigten sich PSTH-

Aufnahmen. Folglich war auch keine DS-I-Berechnung möglich, so daß diese Zellen nicht in

der Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes (siehe unten Abb. 29A) aufgeführt sind.

Ergebnisse 79

Aus der Gesamtgruppe der 198 prätektalen Zellen konnten 42 Zellen ausreichend lange

abgeleitet werden, so daß die Berechnung ihres DS-Indizes möglich war. Diese 42 visuellen

Zellen stammen von zwölf verschiedenen Individuen. Wie schon das PSTH der Beispielzelle

in Abbildung 28A erwarten läßt, haben die meisten dieser 42 Zellen einen DS-Index nahe bei

Null (Median 0,0; Q0,25 = -0,02; Q0,75 = 0,09), was keine oder nur eine sehr schwache

Richtungspräferenz anzeigt. In Abbildung 29A ist die Häufigkeitsverteilung ihrer DS-Indizes

gezeigt. Fünf von diesen 42 prätektalen Zellen wurden nicht auf antidrome Reizbarkeit von

der IO getestet (nt), da sie aus frühen Experimenten stammen, in denen das Kriterium

"antidrome Reizbarkeit von der IO" zur eindeutigen Identifizierung der NOT-Zellen des

Albinofrettchens noch nicht angewandt wurde. Die restlichen 37 Zellen (100%) wurden auf

antidrome Reizbarkeit von der IO getestet, von denen 19% (sieben von 37) nicht reizbar

(IO-) und 81% (30 von 37) reizbar (IO+) waren. Diese 30 Zellen können somit mit

Sicherheit als potentielle Neuronen im neuronalen Schaltkreis des hOKN betrachtet und

definitionsgemäß auch als NOT-Zellen bezeichnet werden. Die DS-Indizes dieser

antidromen NOT-Zellen haben einen Median von 0,00 (Q0,25 = -0,02; Q0,75 = 0,03) und sind

in Abbildung 29A durch die Schraffierung hervorgehoben. Ein DS-Index von Null bedeutet,

daß eine Zelle keine der beiden horizontalen Reizrichtungen bevorzugt und damit

richtungsunspezifisch ist. Die DS-Indizes der fünf nicht getesteten bzw. der sieben

getesteten aber nicht reizbaren prätektalen Zellen unterscheiden sich nicht statistisch

signifikant von den DS-Indizes der 30 antidromen NOT-Zellen (RANG-SUMMEN-TEST,

P = 0,338 bzw. P = 0,194).

Nur zwei antidrom reizbare NOT-Zellen haben einen von Null stark abweichenden DS-I, der

allerdings negativ ist (–0,62 und –0,30). Diese beiden Zellen zeigen also eine Vorzugs-

richtung, die der normalen ipsiversiven Vorzugsrichtung der NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens entgegengesetzt ist. Sie wurden bei demselben Individuum abgeleitet.

In Abbildung 29B ist die Häufigkeitsverteilung der 99 antidromen Latenzen des

Albinofrettchens dargestellt. Sie besitzen einen Median von 2,00 ms (Q0,25 = 1,30 ms, Q0,75 =

2,50 ms) mit einer minimalen Latenz von 0,8 ms und einer maximalen Latenz von 8,5 ms.

Die Latenzen der 30 NOT-Zellen mit DS-Index aus Abbildung 29A sind schraffiert

hervorgehoben und haben einen Median von 2,00 ms (Q0,25 = 1,20 ms, Q0,75 = 2,50 ms) mit

einer minimalen Latenz von 0,9 ms und einer maximalen Latenz von 4,5 ms. Zwischen den

schraffierten und nicht schraffierten Latenzen existiert kein signifikanter Unterschied (RANG-

SUMMEN-TEST, P = 0,351). In Abbildung 30 werden typische, von der IO ausgelöste

antidrome Aktionspotentiale von zwei NOT-Zellen des Albinofrettchens gezeigt. In

Ergebnisse 80

Abbildung 30A sind drei und in Abbildung 30B vier auf den Beginn des Reizpulses (t = 0)

ausgerichtete Potentialspuren dargestellt. Bei beiden NOT-Zellen besitzen die antidromen

Aktionspotentiale in allen Spuren den gleichen Verlauf und die gleiche Latenz (1,2 ms in

Abb. 30A und 2,1 ms in Abb. 30B).

DS-Index

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8-1.0 0.0 1.00

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20 24 IO+5 IO- & 8 nt

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8-1.0 0.0 1.0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20 30 IO+7 IO- & 5 nt

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20 30 IO+ mit DS-I 69 IO+ ohne DS-I

Latenz [ms]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20 24 IO+ mit DS-IC D

A B

N N

N N

Abb. 29: Häufigkeitsverteilungen der DS-Indizes (A, C) und antidromen Reizlatenzen von der IO (B, D) von prätektalen bzw. NOT-Zellen des albinotischen (A, B) und pigmentierten (C, D) Frettchens. A: DS-Indizes von insgesamt 42 prätektalen Zellen des Albinofrettchens. Unter den antidromen Zellen fallen zwei Zellen aufgrund ihres besonders stark negativen DS-Index (-0,62 und –0,30) auf. B: 99 IO+ Reizlatenzen des Albinofrettchens. Die 30 Latenzen der Zellen mit DS-I aus A sind schraffiert. C: DS-Indizes von insgesamt 37 NOT-Zellen des pigmentierten Frettchens. D: IO+ Reizlatenzen aus C. Die DS-Indizes in A unterscheiden sich hoch signifikant von den DS-Indizes in C. Die antidromen Reizlatenzen in B unterscheiden sich nicht signifikant von den Latenzen in D. y-Achsen (N): Anzahl der DS-I in A und C, Anzahl der antidromen Latenzen in B und D. Abkürzungen: IO+ = von der IO antidrom reizbar, IO- = von der IO nicht reizbar, nt = nicht auf Reizbarkeit von der IO getestet.

Ergebnisse 81

Abb: 30: Typische antidrome Aktionspotentiale (Pfeile) von der IO, die an zwei NOT-Zellen zweier Albinofrettchen registriert wurden. Die Potentialverläufe wurden mit einem Fotoapparat vom Monitor des Speicheroszilloskops abfotografiert. Die senkrechten, gepunkteten Linien auf der linken Seite markieren den Zeitpunkt der Reizapplikation (Reizbeginn bei t = 0). A: Das antidrome Aktionspotential der ersten Zelle taucht mit einer Latenz von 1,2 ms auf. Gezeigt werden drei auf t = 0 ausgerichtete Potentialspuren. Die Zelle wurde auch auf Reizbarkeit vom kontralateralen ON und vom ipsilateralen VC getestet und war in beiden Fällen orthodrom reizbar (siehe Abb. 31 und 38B). B: Das antidrome Aktionspotential der zweiten Zelle hat eine Latenz von 2,1 ms. Gezeigt werden 4 auf t = 0 ausgerichtete Potentialspuren. Auch diese Zelle wurde auf Reizbarkeit vom kontralateralen ON und vom ipsilateralen VC getestet, war aber in beiden Fällen nicht orthodrom reizbar. Abszisse: Zeitachse; Ordinate: extrazellulär abgeleitetes Zellpotential.

I. Foto-Nr. 10

23+24.02.1999.aF

Pen-Nr. 14 Tiefe 9163

IO-antidromer Spike (2,3 ms)

1 ms

B

t = 0

II. Foto-Nr. 0

23+24.02.1999.aF


IO-antidromer Spike (1,2 ms)

1 ms

A

t = 0

Ergebnisse 82

b) Pigmentierte Frettchen

37 NOT-Zellen wurden von fünf pigmentierten Frettchen abgeleitet. Alle diese Zellen

zeigten eine Präferenz für die ipsiversive Bewegung des Zufallspunktemusters. Die

ipsiversive Reizung führte bei allen 37 NOT-Zellen zu einer Erhöhung der Entladungsrate,

während die kontraversive Reizung die meisten Zellen inhibierte oder zumindest nicht

erregte. Entsprechend haben alle NOT-Zellen des pigmentierten Frettchens einen positiven

DS-Index. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit den Ergebnissen von Klauer et al. (1990),

die das physiologische Verhalten der NOT-Zellen des pigmentierten Frettchens eingehender

beschrieben.

Abbildung 29C zeigt die Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes der 37 charakterisierten

NOT-Zellen. Alle DS-Indizes sind positiv und ihr Median beträgt 0,29 (Q0,25 = 0,19; Q0,75 =

0,40). Von diesen 37 Zellen wurden 29 Zellen (100%) auf antidrome Reizbarkeit von der IO

getestet. 83% (24 von 29) der Zellen waren antidrom reizbar (IO+, schraffierte Zellen) und

der Median ihrer DS-Indizes beträgt 0,28 (Q0,25 = 0,15, Q0,75 = 0,38). Ein DS-I von 0,33

bedeutet, daß die ipsiversive Reizbewegung mit doppelt so vielen Aktionspotentialen

beantwortet wird wie die kontraversive Reizbewegung. Damit kann festgehalten werden, daß

alle zur IO projizierenden NOT-Zellen der pigmentierten Frettchen eindeutig richtungs-

spezifisch sind und die ipsiversive Reizrichtung bevorzugen. Die Häufigkeitsverteilung der

24 antidromen Reizlatenzen ist in Abb. 29D gezeigt. Die Latenzen befinden sich im Bereich

von 1,0 bis 8,2 ms mit einem Median von 1,55 ms (Q0,25 = 1,05 ms, Q0,75 = 3,50 ms).

Die übrigen 17% (fünf von 29) der prätektalen Zellen waren nicht antidrom reizbar (IO-).

Ihre DS-Indizes unterscheiden sich nicht signifikant von den Indizes der 24 IO+ Zellen

(RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,933). Die restlichen acht aus der Gruppe der 37 Zellen

stammen aus frühen Experimenten und wurden nicht getestet (nt). Ihre DS-Indizes

unterscheiden sich ebenfalls nicht von den DS-Indizes der 24 IO+ Zellen (RANG-SUMMEN-

TEST, P = 0,147).

c) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen

Die 30 DS-Indizes der von der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen der Albinofrettchen

(schraffierte Zellen in Abb. 29A) unterscheiden sich hoch signifikant (RANG-SUMMEN-TEST,

P < 0,0001) von den 24 DS-Indizes der richtungsspezifischen NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens, die ebenfalls von der IO antidrom identifiziert wurden (schraffierte DS-I in

Abb. 29C). Somit findet man bei den Albinofrettchen signifikant weniger (fast keine)

richtungsspezifische NOT-Zellen. Ein Vergleich zwischen der Gesamtgruppe von 42 DS-

Ergebnisse 83

Indizes der Albinofrettchen mit den entsprechenden 37 DS-Indizes der pigmentierten

Frettchen ergibt einen ähnlich hoch signifikanten Unterschied (RANG-SUMMEN-TEST, P <

0,0001). Damit wird das physiologische Korrelat zur optokinetischen Blindheit der

Albinofrettchen und zur morphologischen Unreife ihrer NOT-Zellen (Telkes et al., 2001)

nachgewiesen.

Der statistische Vergleich der 99 bzw. 30 antidromen Reizlatenzen des Albinofrettchens

(Abb. 29B) mit den entsprechenden Latenzen des pigmentierten Frettchens (Abb. 29D) zeigt

keinen signifikanten Unterschied hinsichtlich der Mediane an (RANG-SUMMEN-TEST,

P = 0,965 bzw. P 0,610). Es fällt jedoch auf, daß die NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens zu kürzeren Latenzen tendieren als die NOT-Zellen des Albinofrettchens.

6. Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom VC

Sowohl beim albinotischen als auch beim pigmentierten Frettchen löste die elektrische

Reizung des ipsilateralen VC immer eine Mehrfachantwort der prätektalen bzw. NOT-Zellen

aus. Die Mehrfachantwort bestand in den allermeisten Fällen aus zwei bis drei orthodromen

Aktionspotentialen, wobei die Anzahl der Potentiale bei den einzelnen NOT-Zellen konstant

war. Zwischen dieser qualitativen Beschreibung und der ensprechenden Beschreibung in

Klauer et al. (1990) findet man erwartungsgemäß keinen Unterschied.

Abbildung 31 zeigt beispielhaft das Antwortverhalten einer NOT-Zelle eines

Albinofrettchens auf die elektrische Reizung des VC. Diese Zelle war auch von der IO

antidrom (siehe Abb. 30A) und vom ON orthodrom (vgl. Abb. 38B) reizbar. Gezeigt werden

insgesamt vier Antworten, d.h. vier Potentialspuren, die alle auf den Reizbeginn (t = 0)

ausgerichtet sind. Sie wurden vom Monitor des Speicheroszilloskops abfotografiert. Jede

Spur zeigt eine Mehrfachantwort, die aus 3 orthodromen Aktionspotentialen besteht, so daß

insgesamt zwölf Aktionspotentiale gezeigt werden, die innerhalb eines ca. 5 ms langen

Zeitfensters (ca. 2,2 bis 7,2 ms) auftauchen. Das dritte Aktionspotential jeder

Mehrfachantwort besitzt eine etwas längere Latenz (6,6 bis 7,2 ms) und sondert sich damit

zeitlich ab. Die jeweils ersten beiden Aktionspotentiale der Mehrfachantworten liegen

innerhalb des Zeitfensters 2,2 bis 5,2 ms.

Ergebnisse 84

a) Albinofrettchen

Insgesamt wurden 72 prätektale Zellen von sechs Albinofrettchen auf ihre orthodrome

Reizbarkeit vom VC getestet. Diese sechs Albinos sind eine Teilmenge der zwölf Tiere, von

denen die DS-Indizes in Abbildung 29A ermittelt wurden. 46 Zellen (64%) waren reizbar,

die restlichen 26 (36%) waren nicht reizbar. Die Häufigkeitsverteilung der jeweils kürzesten

Latenzen der reizbaren Zellen ist in Abbildung 32A dargestellt. Nicht alle 72 getesteten

prätektalen Zellen waren jedoch auch von der IO antidrom reizbar, so daß sie mit Sicherheit

als potentielle Neuronen im hOKN angesehen werden können. Aus 49 von der IO antidrom

reizbaren NOT-Zellen des Albinofrettchens, die auch auf orthodrome Reizbarkeit vom

ipsilateralen VC getestet wurden, waren 31 Zellen (63%) orthodrom aktivierbar. Damit ist

gezeigt, daß beim Albinofrettchen 63% der von der IO antidrom identifizierten,

richtungsunspezifischen NOT-Zellen kortikalen Eingang bekommen. Die Gegenrechnung

Abb: 31: Typische orthodrome Aktionspotentiale, die nach Reizung des VC bei demselben NOT-Neuron wie in Abbildung 30A registriert wurden. Gezeigt werden vier Potentialspuren (vier Reizpulse), die alle zeitlich auf den Reizbeginn ausgerichtet sind. Der Reizbeginn (t = 0) ist durch die senkrechte, gepunktete Linie auf der linken Seite markiert. Jeder einzelne Reizpuls löste bei dieser Zelle drei orthodrome Aktionspotentiale aus, die innerhalb eines ca. 5 ms langen Zeitfensters (von ca. 2,2 ms bis ca. 7,2 ms) registriert wurden. Die ersten beiden Aktionspotentiale jeder Mehrfachantwort bilden eine frühe Gruppe (ca. 2,2 – 5,2 ms Latenz) und das dritte Aktionspotential eine späte Gruppe (ca. 6,6 – 7,2 ms Latenz). Diese Zelle war sowohl antidrom von der IO (Abb. 30A) als auch orthodrom vom ON (Abb. 38B) reizbar. Abszisse: Zeit in ms; Ordinate: extrazellulär abgeleitetes Potential.

III. Foto-Nr. 7

23+24.02.1999.aF


VC-orthodrome Spikes

1 ms

t = 0

Ergebnisse 85

besagt, daß von den 72 prätektalen Zellen 23 Zellen nicht von der IO reizbar waren. Von

diesen 23 Zellen waren 15 Zellen ebenfalls vom VC aktivierbar. Dies bedeutet, daß 65% (15

von 23) der prätektalen, nicht zur IO projizierenden Zellen ebenfalls einen VC-Eingang

bekommen. Diese 15 Zellen befinden sich innerhalb des NOT-Areals, d.h. zwischen den

verstreuten, von der IO antidrom identifizierbaren NOT-Zellen. In Abbildung 32A sind die

jeweils kürzesten orthodromen Latenzen der 31 von der IO antidrom identifizierten NOT-

Zellen schraffiert hervorgehoben und befinden sich im Bereich von 2,0 bis 7,5 ms mit einem

Median von 3,0 ms (Q0,25 = 2,6 ms; Q0,75 = 4,0 ms).

In Abbildung 32B ist die Häufigkeitsverteilung der Latenzdifferenzen (längste Latenz minus

kürzeste Latenz) derselben NOT-Zellen dargestellt. Es zeigt sich, daß die orthodromen

Aktionspotentiale der Mehrfachantworten sich innerhalb eines maximalen Zeitfensters

befinden, dessen mediane Breite 2,0 ms (Q0,25 = 1,5 ms; Q0,75 = 4,0 ms) betrug. Die

Latenzdifferenzen der 31 von der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen sind analog der

Abbildung 32A schraffiert hervorgehoben.

b) Pigmentierte Frettchen

Die orthodrome Reizung des NOT vom VC wurde auch bei einem pigmentierten Frettchen

durchgeführt. Dieses pigmentierte Tier gehörte zu der Gruppe der fünf Tiere, von denen die

DS-Indizes in Abbildung 29C berechnet wurden. Von diesem Tier konnten 14 vom VC

orthodrom reizbare NOT-Zellen abgeleitet werden, die alle richtungsspezifisch und von der

IO antidrom reizbar waren. Demnach sind bei diesem Tier 100% der NOT-Zellen vom VC

orthodrom reizbar. Im Gegensatz zu diesem Befund geben Klauer et al. (1990) einen

entsprechenden Prozentsatz von 65% (33 von 51) an. Dieser Unterschied wird in der

Diskussion aufgegriffen.

In Abbildung 32C sind die kürzesten orthodromen Latenzen der 14 NOT-Zellen im Bereich

von 2,0 bis 5,5 ms verteilt (Median = 3,25 ms; Q0,25 = 3,0 ms; Q0,75 = 4,0 ms; schraffierte

Latenzen). Zusätzlich zu den 14 Latenzen dieses einen pigmentierten Tieres sind weitere 33

orthodrome Latenzen nicht-schraffiert dargestellt. Diese wurden von Klauer et al. (1990)

entnommen und stammen von richtungsspezifischen NOT-Zellen, die nicht auf Reizbarkeit

von der IO getestet wurden. Ihre Häufigkeitsverteilung deckt sich mit der Häufigkeits-

verteilung der in der vorliegenden Arbeit ermittelten 14 Latenzen. Die entsprechenden

Latenzdifferenzen sind in Abbildung 32D verteilt und besitzen einen Median von 2,0 ms

(Q0,25 = 1,5 ms; Q0,75 = 4,0 ms).

Ergebnisse 86

c) Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen

Die 31 orthodromen Latenzen vom VC, die an antidrom reizbaren NOT-Zellen des

Albinofrettchens (schraffierte Latenzen in Abb. 32A) ermittelt wurden, unterscheiden sich

nicht signifikant (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,844) von den entsprechenden 14 Latenzen des

pigmentierten Frettchens (schraffierte Latenzen in Abb. 32C).

Abb. 32: Häufigkeitsverteilung der orthodromen Reizlatenzen vom VC (A, C) und der entsprechenden Latenzdifferenzen (B, D) der prätektalen bzw. NOT-Zellen des albinotischen (A, B) und pigmentierten Frettchens (C, D). Die schraffiert markierten Latenzen und Latenzdifferenzen sind von NOT-Zellen, die von der IO antidrom reizbar waren. A: Vom Albinofrettchen waren 46 von 72 getesteten prätektalen Zellen orthodrom reizbar. Die schraffierten 31 Latenzen stammen von antidromen NOT-Zellen und bilden eine Teilmenge aus 49 auf Reizbarkeit von der IO getesteten prätektalen Zellen. B: Häufigkeitsverteilung der maximalen Latenzdifferenzen (längste minus kürzeste Latenz) aus A. C: Von einem pigmentierten Frettchen wurden 14 NOT-Zellen orthodrom vom VC gereizt, die alle auch von der IO antidrom reizbar (IO+) und richtungsspezifisch (DS+) waren. Die übrigen 33 Latenzen in C wurden zu Vergleichszwecken der Literatur entnommen (Klauer et al., 1990). Diese Zellen sind laut Klauer et al. (1990) richtungsspezifische (DS+) NOT-Zellen, die aber nicht auf Reizbarkeit von der IO getestet wurden. D: Häufigkeitsverteilung der maximalen Latenzdifferenzen aus B. y-Achsen: Anzahl der Latenzen in A und C, Anzahl der Latenzdifferenzen in B und D.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

31 IO+ 15 IO-

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

1631 IO+15 IO-

Latenz [ms]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

1614 IO+ & DS+33 DS+ (Klauer et al., 1990)

Latenzdifferenz [ms]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

14 IO+ & DS+ 0 IO-

C D

A B

N N

N N

Ergebnisse 87

Betrachtet man die Verteilung aller 47 orthodromen Latenzen des pigmentierten Frettchens

(Summe aus 14 eigenen und 33 Latenzen aus Klauer et al., 1990) so befinden sie sich im

Bereich von 1 bis 6,5 ms. Ein statistischer Vergleich dieser Gesamtgruppe von 47 Latenzen

mit den 31 Latenzen des Albinofrettchens ist nur mit dem χ2-TEST möglich. Der Grund dafür

ist, daß Klauer et al. (1990) nicht die einzelnen Latenzwerte zur Verfügung stellen, sondern

die absoluten Häufigkeiten. Der χ2-TEST liefert ein P = 0,804 und zeigt damit eine fehlende

Signifikanz für einen Unterschied zwischen den beiden Häufigkeitsverteilungen (schraffierte

Verteilung in Abb. 32A und gesamte Verteilung in Abb. 32C). Somit finden wir bei beiden

Tiergruppen kortikale NOT-Eingänge, die sich hinsichtlich ihrer Leitungsgeschwindigkeit

nicht voneinander unterscheiden.

Zwischen den in Abbildung 32B schraffierten Latenzdifferenzen des albinotischen

Frettchens und den entsprechenden Differenzen des pigmentierten Frettchens in

Abbildung 32D läßt sich ebenfalls kein signifikanter Unterschied feststellen (RANG-

SUMMEN-TEST, P = 0,087).

7. Antidrome Reizung der VC-Neuronen vom NOT und / oder SC

Die rezeptiven Felder der untersuchten VC-Zellen befanden sich im zentralen Gesichtsfeld

der Versuchstiere innerhalb des Bereichs –10° bis +25° Sehwinkel Azimut und +20° bis

–15° Sehwinkel Elevation.

a) Anzahl der untersuchten VC-Neuronen

(1) Albinofrettchen

Insgesamt wurden sieben Albinofrettchen untersucht. Bei einem Albinofrettchen wurde

keine elektrische Reizung durchgeführt. Bei drei Tieren wurde der NOT elektrisch gereizt

und bei den übrigen drei Tieren wurde sowohl der NOT als auch der SC gereizt.

Insgesamt wurden 123 visuelle Zellen des VC untersucht. Von 86 Zellen wurden die DS-

Indizes berechnet (Abb. 33A). Von den restlichen 37 Zellen wurden keine DS-Indizes

berechnet, weil sie entweder nicht lange genug abgeleitet werden konnten oder durch die

Reizung mit der Handlampe eindeutig als richtungsunspezifisch identifiziert wurden.

§ Von den 123 Zellen wurden 78 Zellen auf Reizbarkeit vom NOT getestet und 45 Zellen

nicht getestet. Von den getesteten Zellen waren 30 Zellen (38% von 78) antidrom

(NOTanti+), 20 Zellen (26% von 78) orthodrom (NOTortho+) und 28 Zellen (36% von 78)

gar nicht (NOT–) reizbar.

Ergebnisse 88

§ Von den 78 auf Reizbarkeit vom NOT getesteten Zellen wurden 19 Zellen auch auf Reiz-

barkeit vom SC getestet. Keine der 19 Zellen war antidrom reizbar (SCanti+). Vier (21%

von 19) Zellen waren orthodrom (SCortho+) und 15 Zellen (79% von 19) waren überhaupt

nicht (SC–) vom SC reizbar.

§ Eine Zelle war sowohl vom NOT als auch vom SC orthodrom aktivierbar.

(2) Pigmentierte Frettchen

Insgesamt wurden 63 VC-Zellen von vier pigmentierten Frettchen untersucht (Abb. 33B).

Bei einem der vier pigmentierten Tiere wurde nur der NOT elektrisch gereizt. Von diesem

Tier konnte nur eine VC-Zelle abgeleitet werden. Bei den drei anderen Tieren wurde sowohl

der NOT, als auch der SC elektrisch gereizt. Deshalb wurden fast genau so viele VC-Zellen

auf Reizbarkeit vom NOT wie auch auf Reizbarkeit vom SC getestet. Von 16 VC-Zellen

wurden die DS-Indizes berechnet.

§ Von den 63 Zellen des VC wurden 62 Zellen auf Reizbarkeit vom NOT getestet. 14 Zellen

(23% von 62) waren NOTanti+, fünf Zellen waren (8% von 62) NOTortho+ und 43 Zellen

(69% von 62) NOT–.

§ Von den 62 auf Reizbarkeit vom NOT getesteten VC-Neuronen wurden 61 Neuronen auch

auf Reizbarkeit vom SC getestet. Davon waren elf (18% von 61) SCanti+, drei Zellen (5%

von 61) SCortho+ und 47 Zellen (77% von 61) SC–.

§ Zwei VC-Neuronen waren sowohl vom NOT als auch vom SC antidrom reizbar. Eine Zelle

war von beiden Reizorten orthodrom reizbar.

b) Richtungsspezifität und Vorzugsstärke im VC

Im Rahmen der Untersuchung des kortikalen NOT-Eingangs hinsichtlich seines

Informationsgehaltes sollten zunächst folgende Fragen beantwortet werden:

• Besitzt das Albinofrettchen richtungsspezifische Neuronen im visuellen Kortex?

• Besitzt das Albinofrettchen verhältnismäßig genau so viele richtungsspezifische VC-

Neuronen wie das pigmentierte Frettchen?

• Besitzen beide Tiergruppen relativ gleich viele vom NOT antidrom reizbare VC-Neuronen?

• Haben die richtungsspezifischen VC-Neuronen bei beiden Tiergruppen gleich hohe DS-

Indizes?

• Besitzen beide Tiergruppen richtungsspezifische VC-Neuronen, die sowohl die Bedingung

„antidrome Reizbarkeit vom NOT“ als auch die Bedingung „visuell reizbar mit dem

großflächigen Zufallspunktemuster“ erfüllen?

Ergebnisse 89

Zur Beantwortung dieser Fragen wurden die DS-Indizes der untersuchten VC-Neuronen

benötigt, jedoch nicht ihre Vorzugsrichtungen. Deshalb werden in Abbildung 33 die

Häufigkeitsverteilungen der 86 DS-Indizes des albinotischen (A) und der 16 DS-Indizes des

pigmentierten (B) Frettchens unabhängig von der Vorzugsrichtung gezeigt.

(1) Albinofrettchen

Beim Albinofrettchen sind die 86 DS-Indizes im gesamten Bereich zwischen 0 und 1 verteilt

mit einem Median von 0,36 (Q0,25 = 0,22; Q0,75 = 0,60). 55% (47 von 86) der VC-Zellen

haben einen DS-I ≥ 0,33 (Abb. 33A). Ein DS-I von 0,33 zeigt an, daß die Zelle bei Reizung

in ihrer Vorzugsrichtung um 100% stärker feuert als bei Reizung in ihrer Nullrichtung. Dies

bedeutet, daß 55% der VC-Zellen des Albinofrettchens eine Vorzugsrichtung haben, die sie

mindestens um 50% stärker beantworten als die entgegengesetzte Nullrichtung.

Damit ist die erste Frage beantwortet: Das Albinofrettchen besitzt richtungsspezifische

Zellen im visuellen Kortex.

Von diesen 86 VC-Zellen wurden 41 Zellen auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT getestet.

Die DS-Indizes dieser 41 Zellen sind in Abbildung 33A grau markiert. Davon waren 32%

(13 von 41) antidrom reizbar (NOT+) und 68% (28 von 41) nicht reizbar (NOT–). Die NOT+

Zellen sind in Abbildung 33A durch die Schraffierung hervorgehoben und befinden sich in

der kortikalen Schicht V, wie die Histologie zeigte (vgl. Abb. 25). Es ist auffällig, daß unter

den NOT+ Zellen auch solche Zellen zu finden sind, die einen relativ hohen DS-I besitzen

(z.B. > 0,2) und folglich eindeutig richtungsspezifisch sind. 54 % (7 von 13) der NOT+

Zellen haben einen DS-I ≥ 0,33.

Damit wird festgestellt, daß beim Albinofrettchen die Projektion der kortikalen Schicht V

auf den NOT unter anderem von richtungsspezifischen Zellen gebildet wird.


Die 16 DS-Indizes des pigmentierten Frettchens sind zwischen 0 und 0,7 verteilt und haben

einen Median von 0,21 (Q0,25 = 0,09; Q0,75 = 0,34). Für 38% (6 von 16) der DS-Indizes gilt ≥

0,33. Dieser Prozentsatz liegt unter dem korrespondierenden Wert des Albinofrettchens

(55%). Somit findet man in der kleinen Stichprobe beim pigmentierten Frettchen relativ

weniger richtungsspezifische VC-Zellen als beim albinotischen Frettchen.

Alle 16 VC-Zellen des pigmentierten Frettchens sind auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT

getestet (NOT-getestet), weshalb alle DS-Indizes in Abbildung 33B grau markiert sind.

Davon waren sechs (38% von 16) Zellen antidrom reizbar (NOT+, schraffierte DS-Indizes).

Ergebnisse 90

Somit liegt beim pigmentierten Frettchen der Prozentsatz der vom NOT antidrom reizbaren

VC-Zellen in einer ähnlichen Größenordnung wie beim Albinofrettchen (32% von 41). Aus

dieser Übereinstimmung wird die Schlussfolgerung gezogen, daß sich albinotische und

pigmentierte Frettchen hinsichtlich der Stärke ihrer kortikoprätektalen Projektion nicht

unterscheiden. Damit wird der entsprechende Befund aus der orthodromen Reizung der

NOT-Zellen vom VC bestätigt (siehe oben).

50% (3 von 6) der NOT+ VC-Zellen haben einen DS-I ≥ 0,33. Der analoge Prozentsatz des

Albinofrettchens ist 54%. Dies deutet darauf hin, daß sich die richtungsspezifischen, zum

NOT projizierenden VC-Zellen in beiden Tiergruppen hinsichtlich ihrer Vorzugsstärke nicht

unterscheiden.

(3) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen

Die 86 DS-Indizes der Albinofrettchen (Abb. 33A) unterscheiden sich signifikant von den

entsprechenden 16 DS-Indizes der pigmentierten Frettchen in Abbildung 33B (RANG-

Abb. 33: Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes von VC-Neuronen des albinotischen (A) und pigmentierten Frettchens (B). A: Die DS-Indizes der 86 VC-Neuronen des Albinofrettchens besitzen einen Median von 0,36. 41 dieser Zellen wurden auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT getestet, von denen 13 antidrom reizbar waren. B: Beim pigmentierten Frettchen wurde der DS-Index von insgesamt 16 VC-Zellen berechnet (Median = 0,21). Alle 16 Zellen wurden auch auf Reizbarkeit vom NOT getestet. Sechs Zellen waren antidrom reizbar. Die DS-Indizes in A unterscheiden sich statistisch signifikant von den entsprechenden Werten in B (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,013). Vergleicht man nur die schraffierten DS-Indizes miteinander, so findet man beim Albinofrettchen 54% (sieben von 13) und beim pigmentierten Frettchen 50 % (drei von sechs) der DS-Indizes ≥ 0,33. y-Achsen (N): Anzahl der DS-Indizes.

gesamt auf Reizbarkeit vom NOT getestet vom NOT antidrom reizbar

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20N = 13 / 41 / 86

N

A

DS-Index 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20N = 6 / 16 / 16

DS-Index

N

B

Ergebnisse 91

SUMMEN-TEST, P = 0,013). Dieser Befund spiegelt sich auch in den unterschiedlich großen

Medianen und Quartilen (siehe oben) wider. Somit kann festgestellt werden, daß die

richtungsspezifischen VC-Zellen des Albinofrettchens stärker eine Richtung bevorzugen als

die entsprechenden Zellen des pigmentierten Frettchens.

c) Anti- und orthodrome Reizlatenzen im VC

Die elektrische Reizung des NOT konnte prinzipiell sowohl zu einer antidromen, als auch zu

einer orthodromen Aktivierung der VC-Zellen führen. Die antidrome Reizung erfolgt

definitionsgemäß über eine direkte Faserverbindung, während die orthodrome Reizung in

diesem Falle über eine Umschaltung im Thalamus erfolgen kann. Bei den einzelnen Zellen

wurde allerdings entweder eine antidrome oder eine orthodrome Aktivierung beobachtet.

Abbildung 34 zeigt beispielhaft das vom NOT antidrom ausgelöste Aktionspontial einer VC-

Zelle eines Albinofrettchens, die positiv auf den Kollisionstest reagierte. Sowohl im oberen

Teil als auch im unteren Teil der Abbildung sind jeweils vier Potentialspuren gezeigt, die

vom Monitor des Speicheroszilloskops abfotografiert wurden. Alle Spuren sind auf den

Reizbeginn (t = 0) ausgerichtet. Die oberen Spuren zeigen zunächst den Kollisionstest: Das

antidrome Aktionspotential ist nicht zu sehen, weil der Reizpuls durch ein spontanes

Aktionspotential (Auslösepotential) mit einer Verzögerung von 1 ms ausgelöst wird. Diese

Verzögerung ist kürzer als die Latenz des antidromen Aktionspotentials (1,3 ms), so daß das

spontane Auslösepotential mit dem antidromen Aktionspotential auf dem Axon kollidiert.

Infolgedessen löschen sich die beiden Aktionspontentiale aus und das antidrome Aktions-

potential kann nicht mehr rechtzeitig an der VC-Ableitelektrode bzw. auf dem Monitor

erscheinen. Als anschließend der Reizpuls extern durch den Experimentator ausgelöst wurde,

blieb die Kollision aus und das antidrome Aktionspotential erschien mit derselben Latenz

und Form wieder (Abb. 34 untere Spuren) wie vor dem Kollisionstest (hier nicht gezeigt).

(1) Albinofrettchen

Insgesamt wurden 30 VC-Zellen des Albinofrettchens vom ipsilateralen NOT antidrom

gereizt. Die Häufigkeitsverteilung der antidromen Latenzen wird in Abbildung 35A gezeigt.

Die kürzeste Latenz ist 1,0 ms und die längste Latenz 8,0 ms. Der Median beträgt 1,4 ms

(Q0,25 = 1,3 ms; Q0,75 = 2,2 ms).

Weitere 20 Neuronen des VC des Albinofrettchens waren vom NOT orthodrom reizbar. In

Abbildung 35B ist die Häufigkeitsverteilung der jeweils kürzesten orthodromen Reizlatenzen

Ergebnisse 92

gezeigt. Die kürzeste Latenz ist 1,0 ms und die längste Latenz 3,5 ms. Der Median beträgt

2,0 ms (Q0,25 = 1,5 ms; Q0,75 = 2,5 ms).


Beim pigmentierten Frettchen konnten 14 VC-Neuronen vom ipsilateralen NOT antidrom

(Abb. 35C) und 5 VC-Neuronen orthodrom (Abb. 35D) gereizt werden. Die antidromen

Reizlatenzen befinden sich im Bereich zwischen 1,2 ms (kürzeste Latenz) und 2,9 ms

(längste Latenz) mit einem Median von 1,4 ms (Q0,25 = 1,4 ms; Q0,75 = 1,6 ms). Die

orthodromen Latenzen befinden sich zwischen 1,5 und 2,6 ms mit einem Median von 2,3 ms

(Q0,25 = 2,0 ms; Q0,75 = 2,5 ms).

(3) Statistischer Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen

Die 30 antidromen Latenzen von VC-Zellen des Albinofrettchens (Abb. 35A) unterscheiden

sich nicht signifikant von den 14 in Abbildung 35C dargestellten Latenzen des pigmentierten

Frettchens (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,554). Damit findet man zwischen albinotischen und

pigmentierten Frettchen keinen Unterschied hinsichtlich der Leitungsgeschwindigkeit der

Abb. 34: Typisches antidromes Aktionspotential einer VC-Zelle des Albino-frettchens nach elektrischer Reizung des NOT und positiver Kollisionstest. Obere Spuren: Der Reizpuls wird durch ein spontanes Aktionspotential (Auslösepotential, Pfeil a) mit einer Verzögerung von 1 ms ausgelöst. Das antidrome Aktionspotential ist nicht zu sehen, weil es mit dem spontanen Aktionspotential kollidiert und sich die beiden Potentiale gegenseitig auslöschen (positiver Kollisionstest). Untere Spuren: Wenn der Reizpuls extern (nicht durch ein Auslösepotential) mit 1 ms Verzögerung ausgelöst wird, kommt keine Kollision zustande und das antidrome Aktionspotential (Pfeil b) erscheint in allen vier Spuren. Abszisse: Zeit in ms; Ordinate: extrazellulär abgeleitetes Potential.

IV. Foto-Nr. 6

24+25.07.2000.aF

Pen-Nr. C1 Tiefe 6366 µm

a) Kollisionstest positiv (antidromer Spike ist weg)

A

1 ms

t = -1 t = 0

a

b

Ergebnisse 93

kortikoprätektalen Fasern. Dies bestätigt den entsprechenden Befund aus der orthodromen

Reizung der NOT-Zellen vom VC (vgl. Abb. 32A mit

Abb. 32C).

Die orthodromen Reizlatenzen vom NOT (Abb. 35B und D) unterscheiden sich ebenfalls

nicht signifikant zwischen den beiden Tiergruppen (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,683).

d) Antidrome Reizbarkeit der VC-Neuronen und visuelle Reize

(1) Albinofrettchen

Von den 30 vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen wurden fünf Zellen nur mit einem

Lichtpunkt (24 cm ∅) visuell gereizt, so daß keine Aussage darüber gemacht werden kann,

Abb. 35: Antidrome (A, C) und orthodrome (B, D) Reizlatenzen von VC-Neuronen des albinotischen (A, B) und des pigmentierten (C, D) Frettchens, die nach elektrischer Reizung des NOT registriert wurden. Als orthodrome Latenzen sind die jeweils kürzesten Latenzen aufgetragen. N = Gesamtanzahl der Latenzen bzw. der vom NOT-Areal aktivierten VC-Zellen. y-Achsen (N): Anzahl der Latenzen.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N = 30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N = 20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N = 14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N = 5

C D

A B

N N

N N

Latenz [ms] Latenz [ms]

Ergebnisse 94

ob sie auch mit dem Lichtbalken und Zufallspunktemuster reizbar waren. Weitere 24 Zellen

waren mit dem Lichtbalken und 14 von diesen auch mit dem großen Zufallspunktemuster

visuell reizbar. Von diesen 14 Zellen wurde eine Zelle als richtungsunspezifisch

charakterisiert. Von den restlichen 13 Zellen wurde der DS-Index berechnet (schraffierte DS-

Indizes in Abb. 33A).


Von den 14 vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen waren neun Zellen nur mit dem

Lichtbalken und fünf Zellen auch mit dem Zufallspunktemuster visuell reizbar. Die sechs in

Abbildung 33B schraffierten DS-Indizes stammen von diesen fünf Zellen und von einer der

neun Zellen.

Damit kann festgestellt werden, daß sowohl die pigmentierten als auch die albinotischen

Frettchen richtungsspezifische VC-Zellen besitzen, die sowohl das Kriterium „antidrome

Reizbarkeit vom NOT“ als auch das Kriterium „visuell reizbar mit dem großflächigen

Zufallspunktemuster“ erfüllen.

e) Vorzugsrichtungen der VC-Neuronen

Unterscheiden sich die beiden Tiergruppen hinsichtlich der Vorzugsrichtungen der zum NOT

projizierenden VC-Neuronen? Zur Beantwortung dieser Frage ist lediglich eine eindeutige

Zuordnung der Vorzugsrichtung in einen der acht Sektoren des Gesichtsfeldes notwendig,

was auch mit der Handlampe ausreichend genau vorgenommen werden konnte. Deshalb

werden hier zusätzlich zu den Vorzugsrichtungen der VC-Zellen mit DS-Index auch die

Vorzugsrichtungen der richtungsspezifischen Zellen, die nur mit der Handlampe untersucht

wurden, berücksichtigt.

(1) Albinofrettchen

In Abbildung 36A sind die 86 DS-Indizes, die in Abbildung 33A unabhängig von der

Vorzugsrichtung dargestellt wurden, nach ihrer Vorzugsrichtung gruppiert. Jede

Teilabbildung zeigt die Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes von denjenigen VC-Zellen,

deren Vorzugsrichtung innerhalb eines der acht 45°-Sektoren fällt. Die Position einer

Teilabbildung entspricht der Position des 45°-Sektors (vgl. Material und Methoden). Die DS-

Indizes von VC-Zellen, die auf Reizbarkeit vom NOT getestet wurden, sind weiterhin grau

und die von antidromen (NOT+) Zellen weiterhin schraffiert hervorgehoben. Man findet in

jedem Sektor DS-Indizes, d.h. im VC des Albinofrettchens sind alle Vorzugsrichtungen

Ergebnisse 95

repräsentiert. Innerhalb eines jeden Sektors befinden sich sowohl niedrige als auch höhere

DS-I-Werte, d.h. alle Vorzugsrichtungen werden gleich stark bevorzugt.

0 unten

oben 0

0

0 kontra

0 1

ipsi 5

0

B Abb. 36: Vorzugsrichtungen der VC-Zellen des Albinofrettchens, die auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT getestet wurden. A: Aufspaltung der 86 DS-Indizes aus Abbildung 33A in die acht Sektoren des Gesichtsfeldes (ipsi, ipsi-unten, unten, kontra-unten, kontra, kontra-oben, oben, ipsi-oben). Jede Teilabbildung stellt die Häufigkeitsverteilung der DS-Indizes von VC-Zellen dar, deren Vorzugsrichtungen innerhalb des entsprechenden Sektors fallen. B: Vorzugs-richtungen der sechs vom NOT antidrom reizbaren Zellen, die nur mit der Handlampe untersucht wurden.

A

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 3 / 4 / 12

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 2 / 7 / 12

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 5 / 11

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 3 / 3

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 3 / 6 / 12

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 10 / 15

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 0 / 1 / 7

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 2 / 5 / 14


ipsi kontra

oben

unten

Ergebnisse 96

Es ist auffällig, daß die 13 schraffierten DS-Indizes sich nicht in einem bestimmten Sektor

anhäufen. Vielmehr findet man in fast allen Sektoren schraffierte DS-Indizes (mit Ausnahme

des Sektors kontra-unten, was aber angesichts der relativ kleinen Datenmenge als Zufall

angesehen werden kann). Diese Verteilung zeigt, daß die Vorzugsrichtungen der vom NOT

antidrom reizbaren VC-Zellen gleichverteilt sind, d.h. daß alle Vorzugsrichtungen unter

diesen VC-Zellen repräsentiert sind.

Innerhalb eines Sektors können die schraffierten DS-Indizes sowohl niedrige als auch höhere

Werte haben. Dieser Befund zeigt, daß die Vorzugsstärken der vom NOT antidrom reizbaren

VC-Zellen ebenfalls gleichverteilt sind, d.h. die zum NOT projizierenden VC-Zellen können

unabhängig von der bevorzugten Richtung sowohl schwach als auch stark

richtungsspezifisch sein.

In Abbildung 36B sind die Vorzugsrichtungen von weiteren sechs vom NOT antidrom

reizbaren (NOTanti+), richtungsspezifischen VC-Zellen (DS) des Albinofrettchens

angegeben. Von diesen Zellen wurden keine DS-Indizes berechnet, so daß keine Aussage

über ihre Vorzugsstärke möglich ist. Ihre Vorzugsrichtung wurde mit der Handlampe

bestimmt. Von den sechs Zellen bevorzugten fünf die ipsiversive (ipsi) Richtung und eine

Zelle die Richtung nach ipsi-unten.


Die Verteilung der 16 DS-Indizes (vgl. Abb. 33B) der pigmentierten Frettchen in die acht

Sektoren des Gesichtsfeldes ist in Abbildung 37A gezeigt. Unter diesen 16 Zellen findet man

nicht alle Vorzugsrichtungen repräsentiert und mehr als die Häfte der VC-Zellen haben eine

horizontale Vorzugsrichtung. Dies bedeutet jedoch nicht, daß dieser Befund für die gesamte

Zellpopulation des pigmentierten Frettchens repräsentativ ist. Denn von den meisten Zellen

wurden keine Aufnahmen gemacht, wenn aus der Reizung mit der Handlampe hervorging,

daß sie keine horizontale Richtung bevorzugten. Der Grund für die Auswahl der beiden

horizontalen Richtungen lag darin, möglichst viele Zellen mit ipsi- und kontraversiver

Vorzugsrichtung auf antidrome Reizbarkeit vom NOT zu testen. Damit sollte möglichst

schnell ermittelt werden, ob alle zum NOT projizierenden VC-Zellen des pigmentierten

Frettchens nur die ipsiversive Richtung bevorzugen. Das erzielte Ergebnis in Abbildung 37A

erlaubt jedoch keine Aussage, weil die Anzahl der Zellen mit DS-I sehr klein ist.

Ergebnisse 97

1 unten

oben 0

1

2 kontra

1 0

ipsi 1

0

B Abb. 37: Vorzugsrichtungen der VC-Zellen des pigmentierten Frettchens, die auf Reizbarkeit vom ipsilateralen NOT getestet wurden. A: Aufspaltung der 16 DS-Indizes aus Abbildung 33B in die acht Sektoren des Gesichtsfeldes. B: Vorzugs-richtungen der sechs vom NOT antidrom reizbaren (NOTanti+) Zellen, die nur mit der Handlampe untersucht wurden. Darstellungsform und Abkürzungen sind die gleichen wie für das Albinofrettchen in Abbildung 36.

A

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 10 / 15

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 0 / 0 / 0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 0 / 0 / 0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 0 / 0 / 0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 6 / 6

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 2 / 4 / 4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 1 / 2 / 2

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 0 / 1 / 1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

1

2

3

4

5

N = 2 / 3 / 3

ipsi kontra

oben

unten


Ergebnisse 98

Weitere 29 richtungsspezifische VC-Zellen des pigmentierten Frettchen wurden mit der

Handlampe untersucht. Von diesen wurden 28 Zellen auf Reizbarkeit vom NOT getestet.

Sechs Zellen waren NOTanti+, zwei Zellen waren NOTortho+ und 20 Zellen waren überhaupt

nicht reizbar (NOT-). Von besonderem Interesse sind in diesem Falle die Vorzugsrichtungen

der NOTanti+ Zellen, die in Abbildung 37B dargestellt werden. Von den sechs NOTanti+

Zellen bevorzugte nur eine Zelle die ipsiversive Richtung. Von den übrigen fünf Zellen

bevorzugten zwei Zellen die kontraversive Richtung und jeweils eine Zelle die Richtung

nach unten, nach kontra-oben und nach kontra-unten. Dieser Befund spricht eindeutig gegen

die Hypothese, nach der alle vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen des pigmentierten

Frettchens die ipsiversive Richtung bevorzugen.

Insgesamt kann aus den Abbildungen 37A und B geschlossen werden, daß die

Vorzugsrichtungen der zum NOT projizierenden VC-Zellen des pigmentierten Frettchens,

wie zuvor auch beim Albinofrettchen festgestellt, gleichverteilt sind.

f) Vom NOT und SC reizbare VC-Neuronen

(1) Albinofrettchen

Unter den 19 VC-Zellen, die bei drei Albinofrettchen auf Reizbarkeit sowohl vom SC als

auch vom NOT getestet wurden, befand sich keine einzige Zelle, die von beiden Reizorten

antidrom reizbar war. Eine Zelle war von beiden Orten orthodrom aktivierbar mit einer

Latenz von 2,5 ms nach Reizung des NOT und 3,0 ms nach Reizung des SC. Sie wurde mit

Hilfe der Handlampe als richtungsunspezifische Zelle charaktierisiert.

(2) Pigmentiertes Frettchen

Von den 61 VC-Zellen der drei pigmentierten Frettchen, die auf Reizbarkeit sowohl vom

NOT als auch vom SC getestet wurden, waren 3% (zwei von 61) in beiden Fällen antidrom

reizbar. Die erste Zelle bevorzugte die Richtung nach kontraversiv und besaß eine antidrome

Latenz von 2,7 ms nach Reizung des NOT und eine antidrome Latenz von 3,0 ms nach

Reizung des SC. Ihr DS-Index konnte nicht berechnet werden. Die zweite Zelle bevorzugte

ebenfalls die Richtung nach kontraversiv und besaß einen DS-I von 0,16. Ihre antidromen

Latenzen waren 2,6 ms (nach Reizung des NOT) und 2,7 ms (nach Reizung des SC). Es

erscheint einerseits wahrscheinlich, daß es sich bei diesen beiden VC-Zellen um Zellen

handelt, deren Axone sich aufzweigen und sowohl den NOT als auch den SC innervieren.

Andererseits aber findet man im SC viele richtungsspezifische Neuronen mit einer

kontraversiven Vorzugsrichtung und diese beiden VC-Zellen bevorzugten ebenfalls die

Ergebnisse 99

kontraversive Richtung. Deshalb erscheint es wahrscheinlicher, daß sie nur den SC

innervieren.

Eine dritte VC-Zelle war sowohl vom NOT als auch vom SC orthodrom aktivierbar. Ihre

kürzesten orthodromen Latenzen waren 2,4 ms (nach Reizung des NOT) und 2,5 ms (nach

Reizung des SC). Sie bevorzugte die ipsiversive Reizung mit einem DS-I von 0,64.

(3) Vergleich zwischen den beiden Tiergruppen

Sowohl beim albinotischen als auch beim pigmentierten Frettchen wurden relativ wenige

VC-Zellen abgeleitet, die sowohl vom NOT als auch vom SC reizbar waren. Insofern hätte

ein statistischer Vergleich der Latenzen keine Aussagekraft. Es ist jedoch auffällig, daß die

antidromen und orthodromen Latenzen vom NOT immer etwas kürzer sind als die

entsprechenden Latenzen vom SC. Dies deutet darauf hin, daß sowohl der antidrome Weg

als auch alle möglichen orthodromen Wege zwischen VC und NOT kürzer sind als die

entsprechenden Wege zwischen VC und SC.

8. Orthodrome Reizung der NOT-Neuronen vom ON

Der retinale Eingang des NOT wurde nur beim Albinofrettchen untersucht. Zum Vergleich

mit entsprechenden Daten vom pigmentierten Frettchen werden die Ergebnisse aus Klauer et

al. (1990) herangezogen.

Insgesamt wurden 66 prätektale Zellen von fünf Albinofrettchen auf Reizbarkeit vom

kontralateralen ON getestet. Diese fünf Individuen waren eine Teilmenge aus der Gruppe der

sechs Tiere, bei denen die prätektalen Zellen auch auf Reizbarkeit vom VC getestet wurden.

86% (57 von 66) der Zellen waren vom kontralateralen ON orthodrom reizbar und reagierten

typischerweise mit einer Mehrfachantwort, die aus zwei bis fünf Aktionspotentialen bestand.

Abbildung 38 zeigt beispielhaft zwei typische orthodrome Antworten von zwei NOT-Zellen,

die von unterschiedlichen Albinofrettchen registriert wurden.

In Abbildung 38A werden zwei auf den Zeitpunkt des Reizbeginns (t = 0) ausgerichtete

Spuren von Potentialverläufen gezeigt, die an der ersten Zelle registriert wurden. Beide

Potentialverläufe zeigen zwei orthodrome Aktionspotentiale vom ON mit ca. 1,8 ms und

ca. 3,3 ms Latenz. Diese Zelle wurde auf Reizbarkeit von der ipsilateralen IO getestet und

war nicht antidrom reizbar. Auf Reizbarkeit vom ipsilateralen VC wurde sie nicht getestet.

Ihre relativ kurze orthodrome Latenz ist typisch für die Gruppe prätektaler, nicht zur IO

projizierender Zellen (siehe unten).

Ergebnisse 100

Abb. 38: Typische orthodrome Aktionspotentiale von zwei prätektalen Zellen zweier Albinofrettchen, die nach Reizung des ON registriert wurden. Die senkrechten, gepunkteten Linien auf der linken Seite markieren den Zeitpunkt der Reizapplikation (Reizbeginn bei t = 0). A: Diese prätektale Zelle antwortet auf die Reizung des kontralateralen ON mit zwei Aktionspotentialen, die innerhalb eines ca. 1,5 ms langen Zeitfensters liegen. Das frühe Aktionspotential taucht mit einer Latenz von ca. 1,8 ms und das späte Aktionspotential mit einer Latenz von ca. 3,3 ms auf. Es werden zwei zeitlich übereinander gelagerte Potentialspuren (Applikation von zwei Reizpulsen) gezeigt (Reizdauer = 0,1 ms, Reizstärke = 54 µA). Diese Zelle wurde nicht auf Reizbarkeit vom VC getestet. Sie wurde auf Reizbarkeit von der ipsilateralen IO getestet und war nicht reizbar. B: Diese Zelle reagiert ebenfalls mit einer Mehrfachantwort, die aus zwei Aktionspotentialen mit einer Latenz von 6 - 8 ms besteht. Gezeigt werden drei Potentialspuren. Diese Zelle war sowohl von der IO antidrom (siehe Abb. 30A) als auch vom VC orthodrom (siehe Abb. 31) reizbar. Abszisse: Zeit in ms; Ordinate: extrazellulär abgeleitetes Potential.

V. Foto-Nr.

1 ms

t = 0

A

VI. Foto-Nr.

1 ms

t = 0

B

Ergebnisse 101

In Abbildung 38B werden drei ebenfalls auf t = 0 ausgerichtete Potentialspuren der zweiten

prätektalen Zelle des Albinofrettchens gezeigt. In diesem Falle besitzen die orthodromen

Aktionspotentiale vom ON eine Latenz von mindestens 6,0 ms. Diese Zelle war von der IO

antidrom reizbar. Ihre relativ lange orthodrome Latenz ist typisch für die zur IO

projizierenden NOT-Zellen (siehe unten).

Die Häufigkeitsverteilung der jeweils kürzesten orthodromen Latenzen der 57 reizbaren

prätektalen Zellen ist in Abbildung 39A gezeigt. Aus der Gesamtmenge der 66 auf

Reizbarkeit vom ON getesteten prätektalen Zellen wurden 60 Zellen auch auf antidrome

Reizbarkeit von der IO getestet. Von den 60 Zellen waren 24 Zellen antidrom reizbar und 36

nicht reizbar. Diese 24 antidromen Zellen, die definitionsgemäß zum hOKN-Schaltkreis

gehören, werden 100% gesetzt. Von diesen 24 Zellen konnten 92% (22) auch vom

kontralateralen ON aktiviert werden. Die entsprechenden Prozentsätze für das pigmentierte

Frettchen lassen sich aus Klauer et al. (1990) entnehmen. Klauer et al. (1990) konnten 90%

(46 von 51) der richtungsspezifischen NOT-Zellen vom optischen Chiasma orthodrom reizen

und folglich 10% nicht reizen.

Desweiteren kann an dieser Stelle festgehalten werden, daß die 24 von der IO antidrom

reizbaren und auf Reizbarkeit vom ON getesteten NOT-Zellen auch auf Reizbarkeit vom VC

getestet wurden. Zwanzig von diesen waren vom VC orthodrom reizbar. Die Schnittmenge

aus beiden orthodromen Reizungen besteht jedoch aus 19 Zellen, d.h. 79% (19 von 24) der

zur IO projizierenden NOT-Zellen des Albinofrettchens waren sowohl vom kontralateralen

ON als auch vom ipsilateralen VC orthodrom aktivierbar. Die gleichzeitige Aktivierbarkeit

einzelner NOT-Zellen vom ON und vom VC war aufgrund von vorausgegangenen

Markierungsexperimenten (Zhang, 1991; Zhang & Hoffmann, 1993) zu erwarten. Denn diese

Experimente zeigen eine beträchtliche räumliche Überlappung von retinalen und kortikalen

Terminalien innerhalb des NOT.

Die 22 Latenzen der von der IO identifizierten NOT-Zellen des Albinofrettchens befinden

sich mit einem Median von 6,0 ms (Q0,25 = 5,0 ms; Q0,75 = 6,5 ms) zwischen 5,0 ms (kürzeste

Latenz) und 8,0 ms (längste Latenz). In Abbildung 39A sind sie durch die Schraffur hervor-

gehoben. Die entsprechenden Latenzen von richtungsspezifischen NOT-Zellen des

pigmentierten Frettchens liegen im Bereich 5,5 bis 8,5 ms (Abb. 39C mit N = 15,

entnommen aus Klauer et al., 1990). Ein Vergleich der 22 Latenzen des Albinofrettchens mit

den 15 Latenzen des pigmentierten Frettchens zeigt keinen signifikanten Unterschied

zwischen den beiden Verteilungen an (χ2-TEST, P = 0,248).

Ergebnisse 102

Von den 36 nicht von der IO reizbaren Zellen waren 35 (97 %) Zellen vom ON orthodrom

reizbar.

In Abbildung 39A fällt auf, daß die 57 orthodromen Latenzen des Albinofrettchens nicht

normalverteilt sind (KOLMOGOROV-SMIRNOV-TEST, P < 0,001). Vielmehr bilden sie zwei

Gruppen. Die erste Gruppe fällt in den Bereich 2,0 bis 4,5 ms (Median = 2,25 ms; Q0,25 =

Abb. 39: Häufigkeitsverteilung der kürzesten orthodromen Reizlatenzen vom ON (A, C) und der größten Latenzdifferenzen (B) von prätektalen bzw. NOT-Zellen des albinotischen (A, B) und pigmentierten Frettchens (C). A: Von 66 auf Reizbarkeit vom ON getesteten prätektalen Zellen des Albinofrettchens waren 57 Zellen aktivierbar. Die schraffierten 22 Latenzen stammen von antidrom identifizierten (IO+) NOT-Zellen. Von den übrigen 35 Zellen waren zwei Zellen nicht von der IO antidrom reizbar (IO-) und 33 Zellen wurden nicht auf Reizbarkeit von der IO getestet (nt). B: Häufigkeitsverteilung der Latenzdifferenzen (längste Latenz minus kürzeste Latenz) derselben Zellen, deren Latenzen in A dargestellt sind. C:Orthodrome Latenzen von 15 richtungsspezifischen NOT-Zellen (DS+) des pigmentierten Frettchens, die nicht in eigenen Experimenten gemessen, sondern aus Klauer et al. (1990)entnommen wurden. Klauer et al. (1990) testeten diese Zellen nicht auf Reizbarkeit von der IO. x-Achsen (N): Latenzen (A, C) und Latenzdifferenzen (B); y-Achsen: Anzahl der Latenzen in A und C, Anzahl der Latenzdifferenzen in B.

Latenz [ms]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

1615 DS+ (Klauer et al., 1990)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

2

4

6

8

10

12

14

1622 IO+2 IO- & 33 nt

C

A

Latenzdifferenz [ms]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

24

6

810

1214

1618

20

2224

26

22 IO+ 2 IO- & 33 nt

B

N

N N

Ergebnisse 103

1,80 ms; Q0,75 = 2,50 ms) und die zweite Gruppe in den Bereich 5,0 bis 8,5 ms (Median =

6,00 ms; Q0,25 = 5,00 ms; Q0,75 = 6,50 ms). Die in Abbildung 38 gezeigten Spuren der

orthodromen Aktionspontentiale zweier prätektaler Zellen des Albinofrettchnes zeigen

Beispiele für die erste (A) und zweite (B) Latenzgruppe. Die zweite Gruppe wird

hauptsächlich von den erwähnten Latenzen der zur IO projizierenden NOT-Zellen

(schraffierte Latenzen) und einiger prätektaler Zellen gebildet, die entweder nicht zur IO

projizieren oder gar nicht auf Reizbarkeit von der IO getestet wurden. Die Gruppenbildung

läßt die Schlußfolgerung zu, daß es offensichtlich zwei Typen von retinalen

Ganglienzellfasern mit unterschiedlicher Leitungsgeschwindigkeit gibt, die auf prätektale

Neuronen projizieren. Dabei werden die zur IO projizierenden NOT-Zellen nur von Fasern

mit der niedrigeren Leitungsgeschwindigkeit kontaktiert.

Bei der Gruppe der kürzeren Latenzen fällt auf, daß keine einzige Latenz schraffiert ist

(Abb. 39A). Dies bedeutet, daß diese Latenzen an prätektalen Zellen gemessen wurden, die

nicht von der IO antidrom reizbar waren. Hieraus wird offensichtlich, daß der zweite

Ganglienzell-Typ mit den dickeren und deshalb schneller leitenden Axonen nicht auf NOT-

Zellen projiziert, die ihrerseits die IO innervieren.

In Abbildung 39B wird die Häufigkeitsverteilung der Latenzdifferenzen (längste Latenz

minus kürzeste Latenz) derselben Zellen dargestellt. So vermittelt sie einen Eindruck von der

zeitlichen Streuung der Aktionspotentiale der Mehrfachantworten der prätektalen und der

NOT-Zellen. Bei den meisten Zellen findet man eine Latenzdifferenz zwischen 1 und 1,5 ms

(Median 1,3 ms; Q0,25 = 1,0 ms; Q0,75 = 2,0 ms). Die Latenzdifferenzen der von der IO

antidrom identifizierten NOT-Zellen sind schraffiert hervorgehoben.

Diskussion 104

Diskussion


A. Die Meßmethode

1. Wahl des EOGs und EOG-Auswertung

Die ursprüngliche Hypothese war, daß der monokulare hOKN des Albinofrettchens aufgrund

der Reduktion der ipsilateralen retinofugalen Projektionen asymmetrischer als beim

pigmentierten Frettchen ist. Diese Hypothese ging von der Annahme aus, daß das

Albinofrettchen einen deutlichen hOKN wie auch andere albinotische Säugerspezies machen

kann. Außerdem implizierte der Begriff „asymmetrisch“ einen quantitativen Unterschied.

Aufgrund der Erwartung, daß dieser Unterschied sehr augenfällig und deshalb auch ohne

exakte quantitative, d.h. ohne kalibrierte Augenbewegungsmessungen detektierbar sein

würde, fiel die Entscheidung auf das unkalibrierte EOG, zumal es relativ schnell und einfach

durchführbar ist. Es stellte sich aber sehr schnell heraus, daß Albinofrettchen überhaupt

keinen hOKN zeigen. Von diesem Augenblick an änderte sich zwangsläufig die Intention der

EOG-Messungen. Der Zweck war nicht mehr, eine Asymmetrie des monokularen hOKN zu

beobachten, sondern vielmehr die Auslösbarkeit des hOKN bei den Albinofrettchen zu

testen. Dieser Zweck konnte durch das unkalibrierte EOG erst recht schnell und einfach

erfüllt werden, weshalb die Meßmethode beibehalten wurde.

Zu den allgemeinen Problemen des EOGs (Nicht-Linearität und natürliche Fluktuationen des

zu messenden Potentials, Rauschen und Drift, vgl. Collewijn, 1999) kommt in der

vorliegenden Arbeit hinzu, daß die EOG-Elektroden nicht bei allen Tieren exakt an der

gleichen relativen Position um die Augen plaziert werden konnten. Auch das macht einen

quantitativen Vergleich zwischen den EOG-Spuren zweier Tiere unzulässig. Ein solcher

Vergleich ist selbst zwischen den EOG-Spuren eines Tieres ungenau, wenn sie in

verschiedenen Sitzungen (d.h. an verschiedenen Tagen) registriert wurden, denn die EOG-

Diskussion 105

Elektroden waren nicht permanent implantiert und mussten vor jeder Sitzung neu

eingestochen werden.

Im Bewußtsein der Problematik des unkalibrierten EOG wurde der Entschluß gefaßt, auch

pigmentierte Individuen zu testen, obwohl bekannt war, daß sie sehr wohl optokinetische

Augenbewegungen machen können (Hein et al., 1990). Durch diese Messungen wurden aber

EOG-Spuren von pigmentierten Frettchen mit derselben Methode aufgenommen wie die der

Albinofrettchen. Auf die gleiche Art und Weise konnte Hahnenberger (1977) einen

deutlichen Unterschied zwischen dem monokularen hOKN von albinotischen und dem von

pigmentierten Kaninchen dokumentieren. Dieser Unterschied äußerte sich darin, daß die

albinotischen Kaninchen monokular nur die Reizung in temporonasaler, aber überhaupt nicht

in nasotemporaler Richtung beantworteten. Die pigmentierten Kaninchen beantworteten

beide Richtungen mit unterschiedlicher Stärke. Bei den Frettchen ist der Unterschied

zwischen der albinotischen und der pigmentierten Gruppe noch augenfälliger, denn bei

Albinos bleibt der hOKN komplett aus.

2. Sensitivität des unkalibrierten EOGs

Es hat sich gezeigt, daß das eingesetzte EOG trotz fehlender Kalibrierung in der Lage ist,

auch sehr feine qualitative Unterschiede zu detektieren, wenn genügend statistisch auswert-

bares Datenmaterial zur Verfügung steht. Dies wird durch die Feststellung der okulomotori-

schen Instabilität der Albinofrettchen dokumentiert, die möglich ist, obwohl es für die

Frettchen aufgrund ihres Verhaltenshabitus unmöglich ist, ihre Augen völlig ruhig zu halten.

Infolge dessen liefern sie in den allermeisten Fällen kein völlig konstantes EOG-Potential,

was zu einer gewissen Streuung der Steigungsmediane um den Wert Null führt (vgl. Abb. 6).

Trotz dieser Streuung, die sowohl bei pigmentierten als auch bei albinotischen Tieren

unvermeidbar ist, konnte der signifikante Unterschied in der Varianzgröße festgestellt

werden und damit die okulomotorische Instabilität der Albinos belegt werden.

Darüberhinaus zeigen die Augenbewegungsmessungen der pigmentierten Frettchen, daß das

unkalibrierte EOG unterschiedliche Antwortstärken relativ zueinander in Beziehung setzen

und damit detektieren kann. Dies ist durch die Abhängigkeit der Steigungsmediane von der

Reizgeschwindigkeit in Abbildung 13 dokumentiert. Über die absolute Folgegüte des hOKN

kann aufgrund der Meßmethode keine Aussage gemacht werden. Die Reizgeschwindigkeit

von 50°/s lieferte im Falle der pigmentierten Tiere in der Regel EOG-Spuren mit einem

höheren Steigungsmedian als die Reizgeschwindigkeit von 5°/s, d.h. die Reizgeschwindig-

keit von 50°/s löste — in Übereinstimmung mit Hein et al. (1990) — eine höhere

Diskussion 106

Augengeschwindigkeit aus. Aus Hein et al. (1990) wissen wir aber auch, daß die absolute

Folgegüte des hOKN bei 5°/s Reizgeschwindigkeit wesentlich höher ist als bei 100°/s.

B. Augendrift oder Spontannystagmus beim Albinofrettchen?

Bei albinotischen Formen der Spezies Kaninchen (Collewijn et al., 1978), Ratte (Precht &

Cazin, 1979) und Mensch (Collewijn et al., 1985) wird ein Spontannystagmus beobachtet.

Dieser Spontannystagmus ist aus langsamen Folgephasen und schnellen Rückstellsakkaden

zusammengesetzt, deren Amplitude und Frequenz so hoch sind, daß seine EOG-Spuren eine

— wenn auch ziemlich ungeregelmäßig — gezackte (Sägezahn-)Form haben.

Die Untersuchung der spontanen Augenbewegungen des Frettchens (vgl. Abb. 6) hat bei den

Albinofrettchen ebenfalls eine okulomotorische Instabilität sichtbar werden lassen. Die

Detektion dieser Instabilität war nur durch einen statistischen Vergleich mit den entsprechen-

den Daten vom pigmentierten Frettchen möglich. Denn die „motorische Unruhe“ der Augen

des Albinofrettchens war in ihrer Amplitude Geschwindigkeit und Frequenz so gering, daß

sie mit bloßem Auge nicht am Verlauf der EOG-Spuren erkannt werden konnte. Optisch läßt

sich am Verlauf der EOG-Spuren sicherlich kein Unterschied zwischen dem albinotischen

und dem pigmentierten Frettchen feststellen. Ein weiterer Unterschied zum oben erwähnten

Spontannystagmus der anderen albinotischen Spezies ist, daß an der okulomotorischen

Instabilität der Albinofrettchen keine unterschiedlichen Phasen wie langsame Folgephasen

und schnelle Rückstellsakkaden unterschieden werden können. Aus diesem Grunde wurde

bei der Darstellung dieses Befundes im Ergebnisteil auf den Begriff „Spontannystagmus“

verzichtet und lediglich von einem signifikant stärkeren Abdriften der Augen beim

Albinofrettchen gesprochen.

Die Augendrift des Albinofrettchens führt zu folgender Frage: Wie sind die Informations-

signale beschaffen, die einerseits vom gestörten temporalen Retinabereich (siehe Ergebnis

des Perimetrietests) und andererseits von der vermeintlich intakten nasalen Hemiretina

gleichzeitig denselben kontralateralen NOT erreichen.

C. Optokinetische Blindheit des Albinofrettchens

Während die pigmentierten Frettchen bei optokinetischer Ganzfeldreizung einen eindeutigen

hOKN generieren, der schon in der Publikation von Hein et al. (1990) detaillierter und

quantitativ beschrieben ist, zeigten Albinofrettchen unter den gleichen Reizbedingungen und

Lichtverhältnissen kein als hOKN definierbares Verhalten. Das Kriterium für ein „als hOKN

Diskussion 107

definierbares Verhalten“ war eine reizabhängige Sägezahn-förmige EOG-Spur (bestehend

aus langsamen Folgephasen und schnellen Rückstellsakkaden) mit einem Steigungsmedian,

der wesentlich von Null abweicht, so daß sich auch die Gesamtheit der Steigungsmediane

aus den EOG-Spuren der getesteten Tiere statistisch signifikant von Null unterscheidet. Die

reizabhängige Augendrift der Albinofrettchen, die nur in den binokularen hOKN-Tests mit

dem groben Reizmuster beobachtet wurde und bei den Reizgeschwindigkeiten 10, 20 und

100°/s signifikant war (siehe Abb. 11B), kann nicht als OKN definiert werden. Auch wenn

man sie als eine langsame Folgephase mit einer extrem geringen Folgegüte verstehen will,

muß man feststellen, daß sie nicht durch schnelle Rückstellsakkaden in entgegensetzter

Richtung unterbrochen wird. Folglich erfüllt das Albinofrettchen das obige Kriterium nicht

und wird aus diesem Grunde als „optokinetisch blind“ bezeichnet.

Die unterschiedlichen Reizwirkungen der beiden Reizmuster zeigen, daß das

okulomotorische Verhalten stark von den Reizparametern abhängt. Deshalb sollen zunächst

die Reizparameter in Bezug auf ihre Effektivität diskutiert werden.

1. Reizparameter

Die optokinetische Blindheit des Albinofrettchens erinnert an das Ergebnis von Precht &

Cazin (1979), die ebenfalls einen kompletten Ausfall des hOKN bei der Albinoratte (Wistar)

feststellten. Die optokinetische Ganzfeldreizung hatten sie damals mit einem Muster aus

senkrechten, alternierenden schwarzen und weißen Streifen durchgeführt. Ihre Feststellung

wurde jedoch sechs Jahre später von der gleichen Forschergruppe revidiert (Sirkin et al.,

1985). Die Arbeitsgruppe berichtete nun, daß Ratten des selben albinotischen Stammes

(Wistar) wie auch Albinoratten des Stammes Sprague-Dawley doch einen hOKN machten,

wenn sie mit einem projizierten Lichtpunktemuster (Größe der Lichtpunkte: ca. 10°

Sehwinkel) gereizt würden. In diesem Falle zeigten die Albinoratten im Vergleich zu den

pigmentierten Ratten zwar eine abnorme, doch eindeutige optokinetische Reaktion. Insofern

konnte nicht mehr von einem kompletten Ausfall des hOKN bei Albinoratten die Rede sein.

Sirkin et al. (1985) stellten ebenfalls fest, daß die Auslösbarkeit des hOKN bei ihren

Albinoratten extrem abhängig war vom projizierten Lichtpunktemuster. Denn bei Reizung

mit einem Muster aus gemalten schwarzen Punkten (Punktgröße: 3,6° Sehwinkel) auf

weißem Hintergrund blieb der hOKN bei 13 von 14 Albinoratten im Gegensatz zu den

pigmentierten Ratten komplett aus. Die eine Albinoratte, die die Ausnahme darstellte,

reagierte auf das gemalte Muster erst, nachdem die Lichtintensität herabgesetzt worden war

(siehe unten).

Diskussion 108

Deshalb muß die Frage gestellt werden, ob in der vorliegenden Arbeit die adäquaten

Reizmuster und Lichtverhältnisse gewählt wurden, bzw. ob die Nichtauslösbarkeit des

hOKN auf eine uneffektive Reizung beruhte. Diesbezüglich ist folgendes anzumerken:

• Das uneffektive Reizmuster von Precht & Cazin (1979) war ein vertikal gestreiftes

schwarz-weißes Muster. Im Gegensatz dazu wurden die Frettchen mit Punktemustern

gereizt, die sich bei Sirkin et al. (1985) insgesamt als effektivere Reizmuster

herausgestellt hatten. Insofern sind die in der vorliegenden Arbeit eingesetzten

Reizmuster eher mit den effektiven Reizmustern von Sirkin et al. (1985) vergleichbar.

• Hinsichtlich der Punktgröße unterscheiden sich die in der vorliegenden Arbeit

eingesetzten schwarz-weißen Zufallspunktemuster nicht wesentlich von den beiden

Mustern (Lichtpunktemuster und Muster aus gemalten schwarzen Punkten) von Sirkin et

al. (1985). Die Punkte des groben Zufallspunktemusters (ca. 10,7° Sehwinkel) haben die

gleiche Größe wie die Lichtpunkte des projizierten Musters (ca. 10° Sehwinkel) von

Sirkin et al. (1985). Das feine Zufallspunktemuster (Punktgröße: ca. 2,3° Sehwinkel) ist

mit dem (weniger effektiven) gemalten Punktmuster von Sirkin et al. (1985)

(Punktgröße: ca. 3,6° Sehwinkel) ebenfalls vergleichbar.

• Ein Unterschied zwischen dem groben Reizmuster und dem sehr effektiven Lichtpunkte-

muster von Sirkin et al. (1985) besteht darin, daß das grobe Muster gemalt war und nicht

aus Lichtpunkten bestand. Dieser Unterschied scheint besonders wichtig zu sein, da erst

die Qualität „Licht“punkte das projizierte Muster von Sirkin et al. (1985) zu einem

effektiven Reizmuster machte. Insofern könnte beanstandet werden, daß die optokineti-

sche Blindheit der Albinofrettchen beobachtet wurde, weil die beiden Reizmuster nicht

aus Lichtpunkten bestanden. Um diesem Einwand vorzubeugen, wurden einige

Albinofrettchen auch mit dem Planetarium gereizt. Die optokinetische Reizung mit dem

Planetarium konnte bei den Albinofrettchen, im Gegensatz zu den pigmentierten

Frettchen, ebenfalls keinen hOKN auslösen (in der vorliegenden Arbeit nicht dargestellt).

Dies spricht dafür, daß die Ursache des hOKN-Ausfalls bei den Albinofrettchen nicht in

einer uneffektiven optokinetischen Reizung, sondern in einem neuronalen Defekt zu

suchen ist (siehe Teil II der vorliegenden Arbeit).

• Aus Sirkin et al. (1985) geht hervor, daß auch die Lichtverhältnisse während der opto-

kinetischen Reizung entscheidend für die Auslösbarkeit einer optokinetischen Reaktion

bei Albinoratten sind. Denn alle Albinoratten reagierten auf die Reizung mit dem

Lichtpunktemuster, wenn die mittlere Lichtmenge 3,5 Lumen/Fuß2 (= 37,66 Lumen/m2)

Diskussion 109

betrug. Das auf weißem Hintergrund gemalte Reizmuster aus schwarzen Punkten war bei

gleicher Beleuchtung bei keinem der Tiere effektiv. Dieses gemalte Muster wurde aber

bei einer Albinoratte zu einem effektiven Reizmuster, wenn die Beleuchtung auf ca. 2

Lumen/Fuß2 herabgesetzt wurde. Insofern muß auch die Frage gestellt werden, ob die

Beleuchtung der Albinofrettchen in der optokinetischen Trommel nicht zu stark war. Zur

Zeit kann jedoch kein quantitativer Vergleich zwischen den Lichtverhältnissen bei Sirkin

et al. (1985) und den Lichtverhältnissen bei den Frettchen gemacht werden. Der Grund

hierfür ist, daß die Lichtmengen mit unterschiedlichen Methoden gemessen wurden und

Sirkin et al. (1985) nicht alle Angaben machen, die für eine Umrechnung der einen

Einheit in die andere notwendig sind. Das eigene Meßgerät (Minolta luminance meter)

maß die Leuchtdichte der Musteroberfläche in der Einheit Candela/Fläche, während

Sirkin et al. (1985) die Beleuchtungsstärke in der Einheit Lumen/Fläche angeben.

2. Optokinetische Augenbewegungen bei hypopigmentierten Säugern

Bei den meisten bis jetzt untersuchten albinotischen Säugern lösen Ganzfeldreizungen im

Gegensatz zu den hier untersuchten Albinofrettchen optokinetische Augenbewegungen aus

(Kaninchen: Hahnenberger, 1977; Collewijn, 1978; Ratte: Precht & Cazin, 1979; Lannou et

al., 1982; Sirkin et al., 1985; Mensch: Collewijn et al., 1985). Diese Augenbewegungen sind

zwar im Vergleich zum hOKN der pigmentierten Individuen derselben Art abnorm, können

aber eindeutig als hOKN identifiziert werden.

Ein kompletter hOKN-Ausfall bei optokinetischer Ganzfeldreizung wird in der Literatur nur

von einigen hypopigmentierten Mausmutanten (z.B. die Mutanten albino (C57BL/6J c2J/c2J),

himalayan, pearl und maroon) berichtet (Balkema et al., 1981, 1984; Mangini et al., 1985).

Die Autoren, die aus derselben Arbeitsgruppe stammen, schreiben, daß sie die Mäuse mit

einem Muster aus senkrechten, alternierenden schwarzen und weißen Streifen reizten. Ob

sich ein Muster aus projizierten Lichtpunkten, wie bei den Ratten von Sirkin et al. (1985), als

effektiver herausgestellt hätte, kann hier nicht entschieden werden. Es ist jedoch interessant,

daß von diesen Mausmutanten nur ein Genotyp als albinotisch bezeichnet wird, während die

übrigen Mutanten nicht an völliger Pigmentlosigkeit leiden.

Dieser komplette Ausfall des hOKN bei den hypopigmentierten Mausmutanten, der während

der Ganzfeldstimulation beobachtet wird, tritt nicht auf, wenn nur bestimmte Gesichtsfeld-

bereiche bzw. Retinabereiche optokinetisch stimuliert werden (Teilfeldreizung, restricted

field stimulation). Als Mangini et al. (1985) ihr optokinetisches Reizmuster, mit dem sie bei

der Ganzfeldstimulation überhaupt keine optokinetischen Antworten auslösen konnten, nur

Diskussion 110

im posterioren oder nur im anterioren Gesichtsfeld derselben Mausmutanten bewegten,

konnten sie auf einmal doch optokinetische Reaktionen hervorrufen. Bewegte sich das

Reizmuster nur im posterioren Gesichtsfeld (Reizung der nasalen Retinae), so zeigten die

meisten Mausmutanten einen hOKN, der hinsichtlich seiner Richtung normal war. Wurden

hingegen nur die temporalen Retinae gereizt (Stimulusbewegung nur im anterioren

Gesichtsfeld), so zeigten die meisten Tiere einen invertierten hOKN, d.h. einen hOKN mit

langsamen Phasen gegen die Bewegungsrichtung des Reizmusters. Das gleiche Verhalten

löste die Teilfeldreizung auch bei der Albinoratte (Sirkin et al., 1985) und beim

Albinokaninchen (Collewijn et al., 1978) aus.

Den invertierten hOKN des Albinokaninchens versuchten Winterson & Collewijn (1981) mit

einem Richtungssignal zu begründen, welches von der temporalen Retina anstatt zum ipsi-

lateralen fälschlicherweise zum kontralateralen NOT geleitet werde. Infolge dessen sei für

den NOT dieses Signal ein sog. „invertiertes“ Richtungssignal. Diese Hypothese stellten die

Autoren jedoch unter den beiden Annahmen auf, daß beim pigmentierten Kaninchen erstens

eine retinale Projektion zum ipsilateralen NOT existiert, die infolge der Albinomutation

zugunsten der kontralateralen NOT-Afferenz reduziert ist, und zweitens daß die normale

Vorzugsrichtung der retinalen Ganglienzellen weder verloren geht noch verändert wird.

Unter denselben Annahmen könnte man die gleiche Hypothese auch für den invertierten

hOKN der hypopigmentierten Mausmutanten von Mangini et al. (1985) aufstellen.

Allerdings scheint heute diese Erklärung eher unwahrscheinlich zu sein, denn bis dato ist

eine retinale Projektion zum ipsilateralen NOT weder beim pigmentierten Kaninchen

(Scalia, 1972; Klooster et al., 1983; indirekt auch bei Oyster et al., 1980; Pu & Amthor,

1990) noch bei den pigmentierten Wildtyp-Mäusen (Scalia, 1972; Pak et al., 1987) eindeutig

nachgewiesen. Der Literatur kann entnommen werden, daß sich der anatomische Nachweis

einer ipsilateralen retinoprätektalen Projektion bei Afoveaten — im Gegensatz zu einer

ipsilateralen retinogenikulären Projektion — als besonders schwierig erweist, wie sich bei

der Ratte herausgestellt hat. Der Grund dafür ist wahrscheinlich, daß eine solche Verbindung

— wenn überhaupt existent — viel schwächer ist als bei kortikal höher entwickelten Spezies

wie Frettchen, Katze und Primaten. Die ersten Arbeiten an der Ratte konnten nicht die

geringste Spur einer solchen Projektion nachweisen (z. B. Scalia, 1972; Scalia & Arango,

1979; Perry & Cowey, 1979). Erst später entwickelte, sensitivere Nachweismethoden

konnten die schwache retinoprätektale Projektion bei der Ratte nachweisen (Aarnoutse et al.,

1995; Okada et al., 1991). Angesichts dessen kann die Feststellung, daß der NOT des

Kaninchens und der Maus keine ipsilaterale retinale Afferenz besitzt, immer noch als

Diskussion 111

vorläufig betrachtet werden. Für die Maus jedenfalls könnte man eine schwache retinale

Projektion zum ipsilateralen NOT erwarten, zumal bei ihr eine ipsilaterale retinogenikulo-

kortikale Verbindung nachgewiesen ist, die sogar bei den albinotischen Individuen

hinsichtlich ihrer Stärke reduziert ist (Dräger & Olsen, 1980). Im übrigen handelt es sich bei

den Albinomäusen von Dräger & Olsen (1980) um denselben Albinostamm (C57BL/6J

c2J/c2J), der von Mangini et al. (1985) hinsichtlich der Auslösbarkeit seines hOKN getestet

wurde. Diese Albinomäuse zeigten bei Ganzfeldreizung überhaupt keinen und bei

Teilfeldreizung in Abhängigkeit von den gereizten Retinabereichen einen hinsichtlich seiner

Richtung normalen oder invertierten hOKN (siehe oben).

Für die Albinoratte könnte die oben erwähnte Hypothese zur Begründung des invertierten

Nystagmus relevant sein, unter der Annahme, daß die von der ventrotemporalen Retina

ausgehenden Axone, die bei den pigmentierten Individuen den ipsilateralen NOT innervieren

(Okada et al., 1991), bei den Albinos tatsächlich zum kontralateralen NOT ziehen. Die

Reduktion dieser ipsilateralen Retina-NOT-Verbindung ist allerdings bei Albinoratten noch

nicht nachgewiesen, im Gegensatz zur Reduktion der ipsilateralen retinogenikulären

Projektion (Dreher et al., 1985).

Die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Albinofrettchen wurden nur Ganzfeldreizungen

unterzogen. Über das mögliche Resultat einer Teilfeldreizung wird weiter unten bei der

Diskussion des Perimetrietests spekuliert.

D. Muscimol-Experimente

Nach der Entdeckung der optokinetischen Blindheit der Albinofrettchen stellte sich die

Frage, wie das neuronale Korrelat dieser Verhaltensstörung innerhalb des neuronalen

Schaltkreises des hOKN lokalisiert bzw. eingegrenzt werden konnte. Hierzu wurde als erste

Experimentenreihe die NOT-Inaktivierungsstudie durchgeführt.

1. Die Injektionsmethode

Unmittelbar nach einer Muscimol-Injektion trat bei dem einen pigmentierten und bei drei

von vier albinotischen Frettchen tatsächlich ein Spontannystagmus auf, dessen langsame

Phase wie auch bei der Katze (Fischer et al., 1998) und beim Affen (z.B. Cohen et al., 1992;

Yakushin et al., 2000) auf die nicht-injizierte Seite hin gerichtet war. Für das pigmentierte

Frettchen wurde das Auftreten dieses Spontannystagmus erwartet, für die albinotischen Tiere

Diskussion 112

war er jedoch angesichts der Anomalien ihres visuellen und speziell ihres optokinetischen

Systems nicht unbedingt voraussagbar.

Das Auftreten des Spontannystagmus zeigt, daß das Muscimol auch beim Frettchen eine

ähnliche Wirkung wie bei der Katze und beim Affen hat, d.h. ein Aktivitätsungleichgewicht

zwischen dem injizierten und dem nicht-injizierten NOT erzwingt.

Der Befund, daß der Spontannystagmus schon zwei Minuten (wahrscheinlich sogar früher)

nach einer Muscimol-Injektion (1 µl einer 0,1 % Muscimol-Lösung mit einer Rate von ca.

0,5 µl/min) auftrat, spricht zum einen für eine hohe Muscimol-Sensitivität des Frettchen-

NOT, zum anderen für die richtige Plazierung der Injektionen und weiterhin für eine

ausreichende Muscimol-Menge. Fischer et al. (1998) injizierten bei der Katze mit der

gleichen Injektionsmethode ebenfalls 1 µl einer 0,1%-Muscimol-Lösung, allerdings mit einer

Rate von 0,2 µl/min. Ihre niedrigere Injektionsrate ist wahrscheinlich ein Grund dafür, daß

sie den Spontannystagmus meistens erst nach fünf Minuten sehen konnten. In diesem

Zusammenhang muß berücksichtigt werden, daß die absolute Menge zwar gleich, aber die

relative Muscimol-Menge bei der Katze kleiner als beim Frettchen war, denn das Prätektum

der Katze ist größer als das des Frettchens. Dies ist auch eine mögliche Begründung für den

Befund, wonach der induzierte Spontannystagmus bei den Frettchen sowohl in Helligkeit als

auch in Dunkelheit, bei der Katze aber nur in Dunkelheit auftrat. Offensichtlich wurde mit

der gleichen Muscimol-Menge bei den Frettchen eine stärkere Inhibierung des NOT erzielt

als bei der Katze von Fischer et al. (1998). Einen Spontannystagmus in Helligkeit konnten

die Autoren erst mit einer wesentlich größeren Muscimol-Menge auslösen. Für ihre

Fragestellung war aber ein Spontannystagmus in Helligkeit unerwünscht, so daß sie in ihrer

Publikation nur vom Effekt der 1 µl-Muscimol-Injektionen berichten (mündliche Mitteilung

von Fischer et al.,1998).

Andere eher unwahrscheinliche Begründungen des Auftretens des Spontannystagmus sowohl

in Helligkeit als auch in Dunkelheit wären, daß der NOT des Frettchens sensitiver für

Muscimol ist als der NOT der Katze und des Affen und / oder das Frettchen im Gegensatz zu

der Katze und zum Affen keine, wie auch immer beschaffenen Mechanismen besitzt, die den

Spontannystagmus in Helligkeit durch Fixieren von visuellen Reizen unterdrücken können.

Beim Affen z.B. setzen solche Mechanismen auch nach einseitiger Läsion des NOT ein, so

daß die Tiere nur in Dunkelheit einen Spontannystagmus machen (Kato et al., 1986). Dieser

durch die einseitige Läsion des NOT ausgelöste Spontannystagmus hat eine langsame Phase

in Richtung auf die intakte, nicht lädierte Seite hin, die im Falle der Frettchen der nicht-

Diskussion 113

injizierten Hirnseite entspricht. Funktional gesehen entspricht die reversible Inaktivierung

des NOT durch Muscimol einer einseitigen NOT-Läsion.

Um den Effekt einer Muscimol-Injektion ganz sicher reversibel zu halten, war es wichtig,

den NOT der injizierten Seite auf keinen Fall durch das Führungsröhrchen oder durch den

Injektionsdruck mechanisch zu beeinträchtigen. Deshalb sollte das Muscimol nicht „in“ den

NOT, sondern „auf“ den NOT bzw. auf die unmittelbar benachbarte prätektale Oberfläche

injiziert werden. Aus der Position der Spitze der implantierten Injektionskanülen bzw. der

daraus abgeleiteten Injektionsorte konnte bewiesen werden, daß dieses Vorhaben gelungen

ist. Denn es wurde bei keinem der implantierten Tiere eine mechanische Beschädigung des

NOT festgestellt. Dieser anatomische Befund wird durch die vollständige Reversibilität des

Spontannystagmus untermauert.

2. Erste Eingrenzung des okulomotorischen Defektes des Albinofrettchens

Das Resultat der Muscimol-Injektionen erlaubt die erste Eingrenzung des okulomotorischen

Defektes des Albinofrettchens. Denn das Auftreten des Spontannystagmus zeigt, daß das

Albinofrettchen einen dem NOT nachgeschalteten visuomotorischen neuronalen Schaltkreis

besitzt, der seine Funktion für die Generierung eines — wenn auch in diesem Falle künstlich

erzeugten spontanen — Nystagmus wahrnehmen kann. Hieraus wird die Schlußfolgerung

gezogen, daß der gesuchte Defekt nicht dem NOT nachgeschaltet ist. Folglich muß der

Defekt im NOT selbst und / oder in dem dem NOT vorgeschalteten, sensorischen Teil des

neuronalen hOKN-Schaltkreises liegen.

E. Perimetrietest

1. Annahmen des Perimetrietests

Der Perimentrietest macht zwei diskussionswürdige Annahmen (vgl. Shermann, 1973).

Die erste Annahme ist, daß das Frettchen tatsächlich den Fixationspunkt F fixiert, wenn der

visuelle Reiz präsentiert wird. Andernfalls entspricht die Sektoreneinteilung des Tisches

nicht den richtigen, d.h. entsprechenden Gesichtsfeldsektoren des Tieres. Es kann nicht mit

Sicherheit gesagt werden, daß diese Annahme zu hundert Prozent gerechtfertigt und richtig

ist. Vielmehr muß — angesichts der Tatsache, daß die Frettchen recht quirlige und agile

Tiere sind und es deshalb oft schwierig war, sie ruhig festzuhalten — unterstellt werden, daß

der Fixationspunkt F nicht in allen Durchläufen genau fixiert wurde. Deshalb muß eine

Diskussion 114

gewisse Streuung der Blickachse um den Fixationspunkt F angenommen werden. Dies gilt

insbesondere für den Teil der Messungen ohne Plexiglasröhre (vgl. Abb. 4A), in denen die

Versuchstiere vor dem Start am Punkt X vom Experimentator mit der Hand festgehalten

wurden. Dennoch lieferten diese Messungen das gleiche Ergebnis wie die Messungen mit

Plexiglasröhre, für die diese Annahme weniger Relevanz hat. Denn im Falle der Röhre

waren die Tiere völlig ungehindert, kamen sehr schnell aus der Röhre und liefen geradeaus

zum Fixationspunkt F. Folglich sollten sie in diesem Falle eher den Fixationspunkt F fixiert

haben.

Die zweite Annahme ist, daß der in das Gesichtsfeld des Tieres eingeführte Reiz tatsächlich

nur ein visueller Reiz war, d.h. daß das Tier keinen anderen Hinweis hatte, ob und — wenn

`ja´ — wo der Reiz gezeigt werden würde. Solche Hinweise könnten z.B. sein, daß der

Experimentator unbewußt die Tiere unterschiedlich am Startpunkt X festhielt, abhängig

davon, ob er beabsichtigte den Reiz zu präsentieren oder nicht. Ein weiterer Hinweis wäre

die Luftbewegung, die durch die Bewegung des Reizes samt Stab verursacht wurde.

Die Richtigkeit der oben gemachten Annahmen kann nicht mit absoluter Gewißheit

begründet werden, zumal der visuelle Reiz unter monokularen Bedigungen in einigen Fällen

auch in Sektoren gesehen wurde, in denen er theoretisch nicht hätte gesehen werden sollen.

Da wären beispielsweise die wenigen positiv beantworteten Durchläufe im 90°-Sektor

kontralateral zum sehenden Auge (vgl. Tab. 3 und 4), obwohl sie aufgrund der

Augenstellung des Frettchens ganz sicher negativ hätten ausfallen sollen. Solche dennoch

positiv beantwortete Durchläufe können nur erklärt werden, wenn man unterstellt, daß

mindestens eine der oben gemachten Annahmen in diesen Fällen nicht zutraf.

Diese methodische Ungenauigkeit des Perimetrietests kann jedoch im Rahmen seines

Zweckes akzeptiert werden, vor allen Dingen weil die Befunde in Bezug auf die Größe des

binokularen Gesichtsfeldes des Frettchens ziemlich gut den Erwartungen entsprechen. Denn

würde die Blickachse der Versuchstiere um größere Beträge vom Fixationspunkt F

abweichen oder hätten die Frettchen aufgrund der Luftbewegung den Reiz lokalisieren

können, so müßten die monokularen Messungen im Falle der pigmentierten Frettchen ein

größeres binokulares Gesichtsfeld ermittelt haben. Tatsächlich wurde aber ein binokulares

Gesichtsfeld mit einer Azimut-Breite von ca. 70 - 80° Sehwinkel (jeweils 35 - 40° zu jeder

Gesichtsfeldhälfte hin) festgestellt, was ziemlich genau mit der ermittelten Größe aus

elektrophysiologischen Kartierungen des SC (80° Sehwinkel nach Quevedo et al., 1996) und

des primären visuellen Kortex (76° Sehwinkel im superioren Gesichtsfeld nach Law et al.,

1988) übereinstimmt.

Diskussion 115

2. Getestetes Gesichtsfeld

Sämtliche Befunde und Schlußfolgerungen aus dem Perimetrietest beziehen sich

auschließlich auf die horizontale Ausdehnung des Gesichtsfeldes entlang des Azimuts. Der

durchgeführte Test untersucht nicht die vertikale Ausdehnung des Gesichtsfeldes, so daß

diesbezüglich keine Aussagen möglich sind.

3. Sehfähigkeit des Albinofrettchens unter binokularer Bedingung

Der Perimetrietest ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur näheren Eingrenzung des

okulomotorischen Verhaltensdefizites des Albinofrettchens. Die binokularen Messungen

zeigen, daß das Albinofrettchen in der Regel genau so gut wie das pigmentierte Frettchen in

der Lage ist, die Bewegung von kleinen visuellen Reizen in seinem Gesichtsfeld

wahrzunehmen und sich ihnen zuzuwenden. Dies spricht zunächst einmal dafür, daß die

üblichen durch den Albinismus bedingten Beeinträchtigungen des optischen Apparates (z.B.

Herabsetzung der Sehschärfe infolge des erhöhten Streulichtes im Augapfel) beim

Albinofrettchen weniger schwerwiegend sind, zumindest nicht so schlimm, daß dadurch

seine Fähigkeit zur visuellen Wahrnehmung und zu Hinwendereaktionen gestört ist. Deshalb

wird die Schlußfolgerung gezogen, daß seine optokinetische Blindheit nicht durch eventuelle

Unzulänglichkeiten seines optischen Apparates verursacht ist. Dies wiederum spricht dafür,

daß seine optokinetische Blindheit neuronal bedingt ist.

Die geringe Trefferquote, die beim Albinofrettchen # 39 im peripheren Gesichtsfeld des

rechten Auges erzielt wurde, kann nicht begründet werden, weil nicht entschieden werden

kann, ob dieses Verhaltensdefizit durch einen Defekt im optischen Apparat, oder durch einen

Defekt der nasalen Retina oder durch einen zentralnervös gelegenen Defekt verursacht ist.

Eine weitere Schlußfolgerung aus dem Ergebnis der binokularen Messungen ist, daß sich der

Albinismus des Frettchens — erstaunlicherweise trotz der Reduktion der ipsilateralen

retinocolliculären Projektion (Zhang & Hoffmann, 1993) — nicht auf die Retinotopie und

damit auch nicht auf die Funktionstüchtigkeit des SC unter binokularen Bedingungen

auswirkt, denn eine intakte Retinotopie im SC ist für ein visuelles Orientierungsverhalten

wie etwa die Hinwendereaktion auf den visuellen Reiz im Perimetrietest, unbedingt

erforderlich. Diese Schlußfolgerung berücksichtigt auch die Befunde von Quevedo et al.

(1996). Quevedo et al. (1996) fanden mit anatomischen und elektrophysiologischen

Methoden heraus, daß die retinotopische Organisation der oberen visuellen Schichten des SC

bei Albinofrettchen dieselben charakteristischen Merkmale aufweist wie auch bei normal-

Diskussion 116

pigmentierten Individuen. Die beiden Tiergruppen unterscheiden sich weder hinsichtlich der

Größe des im SC repräsentierten Gesichtsfeldes, noch hinsichtlich des Vergrößerungsfaktors

zwischen retinaler Peripherie und Area centralis. Damit liefert der Perimetrietest hinsichtlich

der Größe des Gesichtsfeldes das zu der Elektrophysiologie passende Verhalten. Die

Untersuchungen von Quevedo et al. (1996) wurden im selben Labor und mit Tieren aus

derselben Zucht durchgeführt wie die in der vorliegenden Arbeit.

4. Sehfähigkeit des Albinofrettchens unter monokularer Bedingung

Die monokularen Messungen des Perimetrietests zeigen, daß das Albinofrettchen im

Gegensatz zum pigmentierten Frettchen kein intaktes binokulares Gesichtsfeld besitzt. Über

die Schnauze hinweg ins zentrale aber kontralaterale Gesichtsfeld kann das Albinofrettchen

monokular nicht sehen. Die wahrscheinlichste Begründung dieser Einschränkung des

Gesichtsfeldes eines Auges folgt aus der Reduktion der ipsilateralen retinocolliculären (und

der retinogenikulokortikalen) Projektion (Zhang & Hoffmann, 1993).

Die Aktivierung des SC löst im Normalfall eine Hinwendereaktion nach kontralateral aus,

d.h. die Aktivierung des rechten (linken) SC führt zu einer Reaktion des Tieres nach links

(rechts). Beim Albinofrettchen ziehen die abnormerweise kreuzenden Fasern aus der

temporalen Retina zum kontralateralen, d.h. falschen SC. Wenn diese Fasern eine

funktionelle Projektion bilden und den falschen SC aktivieren würden, so müßten die

Albinos anstatt einer Hinwende- eine Abwendereaktion zeigen. Eine Abwendereaktion

wurde jedoch niemals beobachtet. Folglich muß die Information aus den abnormerweise

kreuzenden Fasern der temporalen Retina im kontralateralen SC funktionell unterdrückt sein.

Die Befunde der monokularen Perimetrietests stimmen mit den Resultaten aus

entsprechenden Perimetriemessungen bei Katzen (Elekessy et al., 1973) überein. Elekessy et

al. (1973) vermassen mit der gleichen Methode das binokulare und monokulare Gesichtsfeld

von Wildtyp- und siamesischen Katzen. Die siamesischen Katzen, die ein albinotisches Allel

besitzen und demnach als „halbe“ Albinos angesehen werden können, weisen wie die

Albinofrettchen eine Reduktion ihrer ipsilateralen retinofugalen Projektionen auf (Guillery,

1974; Stone et al., 1978a). Unter binokularen Bedingungen stellten Elekessy et al. (1973)

zunächst keinen Unterschied zwischen den normalen und den mutierten Katzen fest. Die

Unterschiede wurden erst unter monokularer Bedingung sichtbar, als sich zeigte, daß die

Diskussion 117

Siamesen — im Gegensatz zu den Wildtyp-Katzen — kein intaktes binokulares Gesichtsfeld

haben. Denn monokular konnten sie nicht ins kontralaterale Gesichtfeld sehen, im Gegensatz

zu den normalen Katzen, die mindestens bis 30° in die kontralaterale Gesichtsfeldhälfte

sehen konnten. Elekessy et al. (1973) führten als Ursache für die Suppression dieses

Gesichtsfeldanteils erwartungsgemäß den aberraten Verlauf der Ganglienzellfasern aus der

temporalen Retina auf. Allerdings ließen sie die Frage ungeklärt, warum der komplette

monokulare Gesichtsfeldanteil in der kontralateralen Gesichtsfeldhälfte unterdrückt wurde,

wo doch die ipsilateral verlaufenden retinalen Fasern bei den Siamesen nicht komplett

reduziert sind (Stone et al., 1978b). Für das Albinofrettchen existiert eine solche

Ungewißheit nicht, da die nahezu komplette Unterdrückung des entsprechenden

Gesichtsfeldanteils sehr gut mit der Vollständigkeit der Reduktion der ipsilateralen Fasern

aus der Retina (Zhang & Hoffmann, 1993) in Einklang steht.

An dieser Stelle ist das auffällige Verhalten des pigmentierten Frettchens #33 zu erwähnen,

das unter monokularer Bedingung im 30°-Sektor kontralateral zum sehenden Auge weniger

positive Durchläufe erzielte (siehe Abb. 19 links) als die anderen pigmentierten Frettchen

(vgl. Abb. 19 rechts und Abb. 20). In Bezug auf dieses Verhalten kann dieses pigmentierte

Tier zwischen den anderen pigmentierten und den albinotischen Frettchen eingeordnet

werden. Eine mögliche Erklärung für diesen Befund könnte sein, daß es bezüglich des

Pigment-Gens kein homozygotes Wildtyp-Frettchen war, da es ein relativ helles, blondes

Fell besaß. Die Befunde von Thompson et al. (1991) sprechen zwar gegen diese mögliche

Erklärung, können sie aber nicht ausschließen. Thompson et al. (1991) verglichen die Stärke

der retinofugalen Projektionen zwischen zwei Gruppen von pigmentierten Frettchen

miteinander, die in Bezug auf das Pigment-Gen einerseits homozygot (Wild-Typ) und

andererseits heterozygot (mit einem Albino-Allel) waren. Ihr Befund, nach dem sich die

beiden Tiergruppen bezüglich des Verhältnisses von kreuzenden zu nicht-kreuzenden Fasern

nicht unterscheiden, bezieht sich lediglich auf die Anatomie und schließt einen

physiologischen Unterschied nicht aus.

5. Der Perimetrietest in Bezug auf das optokinetische System

Der Perimetrietest ist nicht spezifisch für das optokinetische System, weil er nicht das

optokinetische Verhalten testet. Da die Hinwendereaktion zum kleinen visuellen Reiz eine

colliculäre und kortikale Leistung ist, beziehen sich die Befunde in erster Linie auf die

Diskussion 118

retinocolliculäre und auf die retinogeniculokortikale Projektion und ihre Funktionstüchtig-

keit, jedoch nicht auf die retinoprätektale Projektion.

Die Befunde der monokularen Perimetriemessungen legen jedoch die Hypothese nahe, daß

die aberrante retinoprätektale Projektion, die zusammen mit den aberranten, funktionell

unterdrückten Anteilen der retinocolliculären und -geniculokortikalen Projektion aus

demselben temporalen Retinabereich entspringt, ebenfalls funktionell unterdrückt sein

müßte. Da nach Zhang & Hoffmann (1993) die ipsilaterale retinoprätektale Projektion des

Albinofrettchens eine viel stärkere Reduktion erfährt (sie ist komplett weg) als die beiden

anderen Projektionen, sollte dies sogar eine massivere Funktionsstörung innerhalb des

optokinetischen Systems verursachen. Diese Erwartung wird durch die in der vorliegenden

Arbeit beschriebene optokinetische Blindheit bestätigt.

Aus der funktionellen Unterdrückung des auf der temporalen Hemiretina abgebildeten

Gesichtsfeldes folgt einerseits die Erwartung, daß eine optokinetische Teilfeldstimulation des

Albinofrettchens keinen invertierten Nystagmus auslösen sollte. Denn zur Auslösung eines

invertierten Nystagmus müßte im unterdrückten Gesichtsfeldbereich (bzw. auf der

temporalen Hemiretina) gereizt werden. Andererseits müßte eine optokinetische Stimulation,

die sich auf das periphere Gesichtsfeld beschränkt, einen normalen Nystagmus auslösen,

denn in diesem Falle würde nur die nasale Hemiretina gereizt, die dem Perimetrietest zufolge

normal ist. Insofern müßte die Teilfeldreizung des Albinofrettchens noch durchgeführt

werden, um bezüglich dieser Fragen Gewißheit zu schaffen.

Diskussion 119


A. Identifizierung der NOT-Neuronen

Das urprüngliche Ziel der elektrophysiologischen Untersuchungen der vorliegenden Arbeit

war die quantitative und qualitative Erfassung „der NOT-Zellen“, die visuelle Information

für die Auslösung der langsamen Phase des hOKN weiterleiten. Denn bei allen bis jetzt

elektrophysiologisch untersuchten normal-pigmentierten Säugetieren mit intaktem

optokinetischen System sind diese NOT-Zellen richtungsspezifisch mit ipsiversiver

Vorzugsrichtung (Kaninchen: Collewijn, 1975; Ratte: Schmidt et al., 1993; Iltis: Klauer et

al., 1990; Tammarwallaby: Ibbotson et al., 1994; Ibbotson & Mark, 1996; Katze: Hoffmann

& Schoppmann, 1981; Totenkopfaffe: Hoffmann, 1985; Rhesusaffe und Langschwanzmakak:

Hoffmann et al., 1988; Hoffmann & Distler, 1989). Da ihre Richtungsspezifität eine absolute

Notwendigkeit für die Auslösung des hOKN ist, diente sie in den meisten Arbeiten als

hinreichendes Kriterium zu ihrer elektrophysiologischen Identifizierung.

Bei den Albinofrettchen hatte sich jedoch gezeigt, daß das Kriterium „Richtungsspezifität“

unzureichend ist, denn die allermeisten ihrer NOT-Zellen waren nicht richtungsspezifisch

(vgl. Verteilung der DS-Indizes in Abb. 29A). Folglich mußte ein anderes Kriterium

herangezogen werden, das beim Albinofrettchen die Entscheidung ermöglichte, ob eine

abgeleitetete prätektale Zelle tatsächlich eine NOT-Zelle war. Als ein solches Kriterium

wurde die „antidrome Reizbarkeit von der ipsilateralen IO“ gewählt, da bekannt und

allgemein akzeptiert ist, daß NOT-Zellen zur ipsilateralen IO projizieren (Ratte: Teresawa et

al., 1979; Kaninchen: Takeda & Maekawa, 1976; Katze: Hoffmann et al., 1976; Walberg et

al., 1981; Ballas & Hoffmann, 1985; Watanabe et al., 1993; Affe: Sekiya & Kawamura,

1985; Hoffmann et al., 1988; Kato et al., 1995; Büttner-Ennever et al., 1996) und diese

Projektion auch beim Albinofrettchen anatomisch nachgewiesen ist (Zhang & Hoffmann,

1993). Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist, daß sie eine gewisse Einschränkung in Bezug

auf die tatsächliche Anzahl der in Frage kommenden Zellen in sich birgt. Denn nicht alle

NOT-Neuronen innerhalb des hOKN-Schaltkreises projizieren zur IO, was durch die

richtungsspezifischen, aber nicht von der IO antidrom reizbaren NOT-Zellen des

pigmentierten Frettchens belegt wird (nicht-schraffierte DS-Indizes in Abb. 29C). Folglich

wird in der vorliegenden Arbeit nicht die Gesamtheit der NOT-Zellen, sondern nur die zur

ipsilateralen IO projizierende Teilmenge betrachtet. Es handelt sich bei diesen NOT-Zellen

um die von Ballas & Hoffmann (1985) bei der Katze als „Bildverschiebungsneuronen“

Diskussion 120

(„retinal slip-neurons“) bezeichnete Zellen, die per Definition auch von der IO antidrom

reizbar sind.

Der große Vorteil des Kriteriums „antidrome Reizbarkeit von der IO“ ist seine hohe

räumliche und funktionelle Selektivität für NOT-Zellen im Sinne des hOKN. Natürlich ist

davon auszugehen, daß die elektrische Reizung der IO auch Zellen und Fasern von

benachbarten Strukturen (z.B. Pyramidenbahn, medialer longitudinaler Fasciculus und

paramedianer retikulärer Nukleus) depolarisiert hat, zumal nicht immer beide IO-

Reizelektroden exakt in der IO plaziert waren (vgl. Abb. 24). Da aber bei keiner dieser

Strukturen ein Eingang vom NOT nachgewiesen ist (Kaninchen: Takeda & Maekawa, 1976;

Ratte: Teresawa et al., 1979; Korb et al., 1989; Frettchen: Zhang, 1991; Zhang & Hoffmann,

1993; Telkes et al., 2001; Katze: Walberg et al., 1981; Magnin et al., 1989; Watanabe et al.,

1993; Schmidt et al., 1995; Affe: Mustari et al., 1994; Büttner-Ennever et al., 1996), muß die

antidrome Reizung der NOT-Zellen von der IO erfolgt sein. Außerdem zeigen die

histologischen Experimente, daß die von der IO retrograd markierbaren NOT-Zellen eine

Ansammlung bilden, die relativ gut von unmittelbar benachbarten Strukturen (SC, andere

prätektale Kerne) abgegrenzt ist. Hieraus resultiert die räumliche Selektivität der antidromen

Reizung für NOT-Zellen. Deshalb kann in der vorliegenden Arbeit unterstellt werden, daß

auch beim Albinofrettchen nur Zellen innerhalb des NOT von der IO antidrom gereizt

wurden. Hierfür sprechen auch die beiden Befunde, daß erstens eine antidrome Reizung der

abgeleiteten prätektalen Zellen unmöglich war, wenn beide Reizelektroden die IO verfehlt

hatten und daß zweitens die Läsionen bei allen erfolgreichen Reizexperimenten tatsächlich

im NOT lokalisiert wurden (vgl. Abb. 22 und 23).

Die grundlegenden physiologischen Eigenschaften der NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens sind nicht Gegenstand dieser Arbeit, da sie schon von Klauer et al. (1990)

ausführlich beschrieben wurden. Deshalb war der Zweck der Ableitung der

richtungsspezifischen NOT-Zellen des pigmentierten Frettchens nicht die Wiederholung der

Datenerhebung von Klauer et al. (1990), sondern die zusätzliche antidrome Identifizierung

dieser Zellen. Diese Vorgehensweise erlaubte folgende exakte Zuordnung: Die von der IO

antidrom identifizierten richtungsunspezifischen NOT-Zellen des Albinofrettchens können

als diejenigen Zellen betrachtet werden, die — hinsichtlich ihrer Lokalisation und

potentiellen Funktion innerhalb des neuronalen hOKN-Schaltkreises — mit den ebenfalls

von der IO antidrom identifizierten, jedoch richtungsspezifischen NOT-Zellen des

pigmentierten Frettchens korrespondieren. Diese Zuordnung ist exakt, weil beim

pigmentierten Frettchen nur solche NOT-Zellen von der IO antidrom reizbar waren, die auch

Diskussion 121

richtungsspezifisch waren und die ipsiversive Richtung bevorzugten. Keine einzige

richtungsunspezifische Zelle innerhalb des NOT war beim pigmentierten Frettchen von der

IO aktivierbar. Der entsprechende Befund bei der Katze wurde von Hoffmann et al. (1976)

und beim Makaken von Hoffmann et al. (1988) festgestellt. Damit ist die oben erwähnte

funktionelle Selektivität der „antidromen Reizung von der IO“ für NOT-Zellen gegeben, die

visuelle Information für die Auslösung der langsamen Phase des hOKN weiterleiten.

Deshalb ist das Kriterium „antidrome Reizbarkeit von der IO“ ein hinreichendes Kriterium

zur physiologischen Identifizierung dieser Zellen.

B. Ausmaß des physiologischen Defizits

An dieser Stelle soll noch einmal darauf hingewiesen werden, daß es — soweit anhand der

qualitativen Charakterisierung der prätektalen Zellen aus der Umgebung der NOT-Zellen

beurteilt werden kann — innerhalb dieser Umgebung keine auffälligen, konsistenten

physiologischen Unterschiede zwischen albinotischen und pigmentierten Tieren gibt. Die

Abwesenheit der Richtungsspezifität der NOT-Zellen des Albinofrettchens ist der einzige

festgestellte Unterschied zu den pigmentierten Frettchen. Inwieweit eine exaktere und

intensivere Untersuchung der prätektalen Zellen doch Unterschiede aufdecken würde, kann

hier nicht vorausgesagt werden. Aufgrund der groben, subjektiven Charakterisierung können

folgende vorläufige Schlußfolgerungen gezogen werden:

Es existiert kein Unterschied zwischen dem albinotischen und pigmentierten Frettchen

• hinsichtlich der Spontanrate der antidrom identifizierten NOT-Zellen und der

benachbarten prätektalen Zellen,

• hinsichtlich der relativen Position der NOT-Zellen zu Jerk-Zellen und

• hinsichtlich der visuellen Aktivierbarkeit der Jerk-Zellen.

C. Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen und optokinetische Blindheit

Im vorangestellten Verhaltensteil der vorliegenden Arbeit wurde erstens die optokinetische

Blindheit der Albinofrettchen bei Ganzfeldreizung dokumentiert und zweitens wurden

Beweise dafür erbracht, daß der Grund für die optokinetische Blindheit in einem neuronalen

Defekt zu suchen ist, der entweder dem NOT vorgeschaltet oder im NOT selbst lokalisiert

ist. Die hier vorgestellten elektrophysiologischen Daten von den NOT-Zellen derselben

Albinofrettchen grenzen den gesuchten neuronalen Defekt weiter ein und liefern sogar eine

Begründung für ihre optokinetische Blindheit, denn das Ausbleiben des hOKN kann

Diskussion 122

zunächst als Folge der fehlenden bzw. sehr schwachen Richtungsspezifität der allermeisten

NOT-Zellen betrachtet werden. Dies kann mit Sicherheit behauptet werden, weil der

richtungsspezifische Ausgang des NOT eine notwendige Voraussetzung ist für die adäquate

Aktivierung bzw. Inhibierung der dem NOT nachgeschalteten sensomotorischen und

motorischen Hirnstrukturen. Damit stellt die Richtungsunspezifität der NOT-Zellen das

physiologische Korrelat zur optokinetischen Blindheit der untersuchten Albinofrettchen dar.

Wie in der Diskussion des vorangestellten Verhaltensteils ausführlich erörtert, wurde ein

hOKN-Ausfall schon einmal bei hypopigmentierten Säugetieren (Maus: Mangini et al.,

1985; Ratte: Precht & Cazin, 1979) beschrieben. Lannou et al. (1982) unternahmen den

Versuch, den bei Albinoratten beobachteten hOKN-Ausfall auf neuronaler Ebene mit

elektrophysiologischen Methoden zu erklären. Die Autoren schreiben, daß sie bei ihren

Albinoratten im Gegensatz zu ihren pigmentierten Ratten kein einziges richtungspezifisches

prätektales Neuron extrazellulär ableiten konnten. Hinsichtlich der Aktivierbarkeit durch

„Licht-An“ oder „Licht-Aus“ konnten die Autoren keinen Unterschied zwischen den

prätektalen Zellen der beiden Rattenstämme finden.

Diese Befunde entsprechen genau den hier vorgestellten Befunden, nach denen die NOT-

Zellen des Albinofrettchens richtungsunspezifisch sind und trotz ihrer Richtungsunspezifität

als ON- oder ON-OFF-Zellen klassifiziert werden können. Allerdings muß konstatiert

werden, daß Lannou et al. (1982) „ihre“ sogenannten richtungsunspezifischen prätektalen

Zellen — im Gegensatz zu den hier vorgestellten richtungssunspezifischen NOT-Zellen des

Albinofrettchens — nicht von der IO antidrom identifizierten, sondern nur anhand ihrer

stereotaktischen Koordinaten und den nachträglichen Farbinjektionen in das abgeleitete

prätektale Areal lokalisierten. Aus eigener Erfahrung kann berichtet werden, daß diese

Vorgehensweise sehr unpräzise ist und keine eindeutige Identifizierung von Zellen erlaubt,

weshalb in der vorliegenden Arbeit die aufwändigere aber eindeutige antidrome

Identifizierung von der IO durchgeführt wurde. Deshalb können die richtungsunspezifischen

prätektalen Zellen von Lannou et al. (1982) nicht mit Sicherheit den hier vorgestellten,

richtungsunspezifischen, von der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen des

Albinofrettchens gleichgesetzt werden.

Aus der Entdeckung der Richtungsunspezifität der NOT-Zellen des Albinofrettchens

resultiert folgende Frage: Wie kommt die Richtungsspezifität der NOT-Neuronen im

pigmentierten Frettchen zustande und wie geht sie beim Albinofrettchen verloren? Diese

allgemein gehaltene Frage zielt auf den Mechanismus, der der Richtungsspezifität zugrunde

Diskussion 123

liegt und kann aufgrund des in dieser Arbeit erhobenen Datenmaterials nicht endgültig

beantwortet werden. Auf dem Weg zu ihrer Beantwortung soll jedoch zunächst die Frage

nach dem „Wo?“ diskutiert werden: Wo wird die Richtungsspezifität der NOT-Neuronen des

pigmentierten Frettchens determiniert? Die Beantwortung dieser Frage würde gleichzeitig

auch den wahrscheinlichsten Ort nennen, der für den Verlust der Richtungsspezifität beim

Albinofrettchen verantwortlich ist.

Unter Berücksichtigung der im Verhaltensteil gezogenen Schlußfolgerungen, können grund-

sätzlich drei Orte angenommen werden, wo im Normaltier die Richtungsspezifität der NOT-

Neuronen festgelegt werden könnte. Diese drei Orte sind die Ursprungsorte der beiden

sensorischen Haupteingänge des NOT, erstens der VC und zweitens die Retina, und drittens

der NOT selbst. Folglich können alle drei Orte grundsätzlich auch für den Verlust der

Richtungsspezifität beim Albinofrettchen verantwortlich sein:

1. Determination der Richtungsspezifität des NOT im VC bzw. über dem kortikalen NOT-

Eingang: Von Albinos ist bekannt, daß sich die gestörte Retinotopie in ihrer

retinogenikulären Projektion über die genikulokortikale Projektion bis zum VC

fortpflanzt und trotz verschiedener Reorganisationsversuche des VC zu einer abnormen

kortikalen retinotopischen Organisation führt (Kaninchen: Choudhury, 1987; Mink:

Sanderson et al., 1974; Frettchen: Guillery 1971; Huang & Guillery, 1985; Siamesische

Katze: Guillery, 1974, 1990; Albinokatze: Ault et al., 1995; Mensch: Apkarian et al.,

1991; Apkarian & Shallo-Hoffmann, 1991). Hieraus resultierte die Hypothese, daß die

Richtungsspezifität des NOT beim pigmentierten Frettchen im VC bzw. über die

kortikoprätektale Verbindung determiniert wird und infolgedessen der VC bzw. seine

Projektion auf den NOT für den Verlust seiner Richtungsspezifität beim Albinofrettchen

verantwortlich ist. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurde der kortikale NOT-Eingang

des Frettchens hinsichtlich seiner Stärke und Leitungsgeschwindigkeit (orthodrome

Reizung der NOT-Zellen vom VC) und seiner Richtungsspezifität (antidrome Reizung

der VC-Zellen vom NOT) untersucht. Dabei wurden die Ableitorte im VC und die

Reizorte im NOT durch elektrolytische Läsionen markiert und verifiziert.

2. Determination der Richtungsspezifität in der Retina bzw. über den retinalen NOT-

Eingang: Der retinale Eingang des NOT könnte physiologisch abnorm sein, zumal von

Albinos bekannt ist, daß sie zum einen eine unterentwickelte / degenerierte Retina haben

(Kaninchen: Oyster et al., 1987; Jeffery et al., 1997; Maus: Jeffery et al., 1997; Ratte:

Webster & Rowe, 1991; Ilia & Jeffery, 1999; Frettchen: Morgan et al., 1987; Jeffery &

Kinsella, 1992; Jeffery et al., 1994; Siamesische Katze: Stone et al., 1978a, 1978b) und

Diskussion 124

daß sie zum anderen Ganglienzellfasern (hauptsächlich aus der temporalen Hemiretina)

besitzen, die am optischen Chiasma fälschlicherweise kreuzen, statt, wie bei den

pigmentierten Formen derselben Art, zur ipsilateralen Hirnseite zu ziehen. Ein solcher

aberranter Verlauf ist bei vielen albinotischen Spezies nachgewiesen und betrifft die

retinoprätektale, die retinogenikuläre und bei manchen Spezies auch die retinocolliculäre

Projektion (Maus: Balkema et al., 1981; Pak et al., 1987; Kaninchen: Klooster et al.,

1983; Frettchen: Morgan et al., 1987; Zhang & Hoffmann, 1993; Siamesiche Katze: Ault

et al. 1995; Albinokatze: Creel et al., 1982; Ault et al., 1995; Tiger: Guillery & Kaas,

1973; Mensch: Guillery et al., 1975). Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden die

orthodromen Reizexperimente vom ON durchgeführt. Sie untersuchen beim Albino-

frettchen den retinalen Eingang der NOT-Zellen hinsichtlich seiner Stärke und Leitungs-

geschwindigkeit und erlauben somit einen Vergleich mit den entsprechenden, in der

Literatur vorhandenen Befunden vom pigmentierten Frettchen (Klauer et al., 1990).

3. Determination der Richtungsspezifität im NOT selbst: In diesem Falle müßte man eine

intrinsische Verschaltung im NOT postulieren, die die markante Richtungsspezifität der

NOT-Ausgangsneuronen festlegt. Die Richtungsspezifität dieser Neuronen könnte dann

beim Albinofrettchen verloren gegangen sein, wenn der intrinsiche Schaltkreis durch die

Albinomutation verändert würde. Infolge dessen wäre es aber sehr wahrscheinlich, daß

die NOT-Ausgangsneuronen auch anatomisch verändert wären. Hieraus ergibt sich

folgende Hypothese: Es existiert ein morphologisches Korrelat zur Richtungsunspezifität

der NOT-Zellen des Albinofrettchens. Die Überprüfung dieser Hypothese wurde von

Telkes et al. (2001) mit histologischen Methoden an albinotischen und pigmentierten

Individuen unternommen. Ihre Versuchstiere stammen aus derselben Kolonie, wie die in

dieser Arbeit untersuchten Tiere. Einige ihrer Versuchstiere stellen eine Teilmenge der in

dieser Arbeit verwandten Tiere dar. Ihre Befunde werden weiter unten diskutiert und zu

den physiologischen Befunden der vorliegenden Arbeit in Beziehung gesetzt.

Im folgenden werden alle drei Möglichkeiten in der Reihenfolge ihrer Aufzählung in

gesonderten Abschnitten diskutiert.

Diskussion 125

D. Kortikaler Eingang des NOT

1. Einordnung der Experimente in den vorhandenen Wissensstand

In der Einleitung der vorliegenden Arbeit wurde die Behauptung aufgestellt, daß typische

afoveate Säuger, wie die Maus und das Kaninchen, nur einen subkortikalen hOKN-

Schaltkreis, d.h. keine kortikale Projektion zum NOT, besitzen. Desweiteren wurde erwähnt,

daß mit fortschreitender Foveation, Frontalstellung der Augen und Entwicklung des Kortex

cerebri eine massiver werdende kortikoprätektale Projektion auftritt, die bei Primaten und

insbesondere beim Menschen ihre maximale Stärke erreicht. (Die Konsequenz dieser

Entwicklung ist erstens die Zunahme der Symmetrie des monokularen hOKN und zweitens

die Befähigung zur Beantwortung höherer Reizgeschwindigkeiten.)

An dieser Stelle soll diese Aussage etwas genauer beleuchtet werden, indem die

tatsächlichen Verhältnisse beim Rhesusaffen, bei der Katze, bei der Ratte und schließlich

auch beim Kaninchen vorgestellt werden. Anhand dieser Darstellung soll eine Einordnung

der durchgeführten Untersuchungen in den vorhandenen Wissenstand erfolgen und die

Problematik beschrieben werden, die den Experimenten zugrunde lag.

Affe: Beim Rhesusaffen wurde die kortikofugale Projektion zum NOT mit den gleichen

Methoden wie in der vorliegenden Arbeit untersucht (Hoffmann et al., 1991: orthodrome

Reizung des NOT vom VC und Hoffmann et al., 1992: antidrome Reizung des VC vom

NOT). Mit der orthodromen Reizung wurde zunächst festgestellt, daß der NOT von der Area

V1 und von bewegungssensitiven Arealen im superioren temporalen Sulcus (STS) Eingang

bekommt. Anschließend wurde mittels der antidromen Identifizierung der Zellen im STS

entdeckt, daß sie sich innerhalb des medialen temporalen Areals (MT) in der Lamina V

befinden, rezeptive Felder im zentralen Gesichtsfeld haben und richtungsspezifisch auf

ipsiversive Reizung mit einem großflächigen Zufallspunktemuster reagieren. MT-Zellen mit

anderen Vorzugsrichtungen, die auch gefunden wurden, waren nicht vom NOT antidrom

reizbar. Damit wurde für den Affen eindeutig klargestellt, daß der NOT-Eingang aus dem

STS von richtungsspezifischen Fasern mit überwiegend ipsiversiver Vorzugsrichtung

gebildet wird, und daß alle diese Fasern ihren Ursprung in einem konkreten, näher

abgrenzbaren Areal (MT) haben.

Katze: Die kortikofugale Projektion zum NOT wurde bei der Katze von Schoppmann (1981)

ebenfalls mit Hilfe der antidromen Identifizierung der VC-Zellen vom NOT untersucht.

Diskussion 126

Dabei stellte Schoppmann (1981) fest, daß der kortikale NOT-Eingang von VC-Neuronen

gebildet wird, die in der Lamina V der Areae 17 und 18 liegen. Diese Zellen sind binokulare

Komplex-Zellen und antworten sowohl auf bewegte Lichtbalken als auch auf die Bewegung

großer Zufallspunktemuster. Außerdem zeigen sie ein schärferes Geschwindigkeits-Tuning

und bevorzugen höhere Reizgeschwindigkeiten als die NOT-Zellen. Ihre Vorzugsrichtungen

sind inhomogen, d.h. im Gegensatz zu den NOT-Zellen, die alle eine ipsiversive Vorzugs-

richtung haben, besitzen die kortikalen Zellen auch andere, nicht ipsiversive Vorzugsrichtun-

gen. Deshalb geht Schoppmann (1981) für die Katze davon aus, daß der kortikale NOT-

Eingang nicht die Richtungsspezifität der NOT-Zellen determiniert. Vielmehr befähigt diese

kortikale Projektion die NOT-Neuronen zur Beantwortung höherer Reizgeschwindigkeiten

und zur Generierung eines relativ symmetrischen hOKN unter monokularer optokinetischer

Reizung.

Damit kann für die Katze festgehalten werden, daß der kortikale NOT-Eingang aus Fasern

gebildet wird, die zwar richtungsspezifisch sind, jedoch nicht alle die ipsiversive Richtung

bevorzugen, und daß diese Fasern offensichtlich nicht in einem konkreten kortikalen Areal

lokalisiert, sondern innerhalb der Areae 17 und 18 verstreut sind. Der Versuch von

Schoppmann (1981) bei der Katze mittels der antidromen Reizung vom NOT ein

abgrenzbares kortikales Areal zu finden bzw. zu definieren, das dem Areal MT des Affen

homolog ist, war gescheitert. Die elektrische Reizung der kortikalen Areale 7, 19, 21 und des

suprasylvischen Areals führten zwar zur orthodromen Reizung der NOT-Zellen, allerdings

seltener und weniger verläßlich als die Reizung der Areae 17 und 18. Außerdem waren in

diesen Fällen die orthodromen Latenzen länger als bei Reizung der Areae 17 und 18, was

darauf hindeutet, daß diese Areale nicht monosynaptisch zum NOT projizieren.

Entsprechend ist eine antidrome Aktivierung von VC-Zellen durch Reizung des NOT

außerhalb der Areae 17 und 18 bei der Katze bis heute nicht gelungen.

Die Befunde aus Läsionsexperimenten sprechen jedoch dafür, daß es bei der Katze neben

den Areae 17 und 18 auch weitere kortikale Areale geben muß, die bei der Auslösung und /

oder Steuerung des hOKN beteiligt sind und infolgedessen auch eine Verbindung zum NOT

haben sollten (Malach et al., 1984; Strong et al., 1984; Ventre, 1985 und Tusa et al., 1989).

Aus diesen Experimenten geht hervor, daß die alleinige Zerstörung der Areae 17 und 18

keinen Effekt auf die Güte des hOKN hat, die Zerstörung der suprasylvischen Areale

(AMLS, ALLS, PMLS) jedoch die Güte des hOKN herabsetzt. Unter diesen Arealen scheint

die Läsion von PMLS den größten Effekt auf den hOKN zu haben und wird aus diesem

Grunde als Homologon zu der Area MT des Affen favorisiert.

Diskussion 127

Frettchen: Beim pigmentierten Frettchen zeigten Klauer et al. (1990) zum ersten Mal die

Existenz der kortikoprätektalen Projektion, indem sie die NOT-Zellen orthodrom vom VC

gereizt haben und aus den Latenzen auf eine monosynaptische Verbindung schlossen. Diese

Projektion ist mit der entsprechenden Projektion bei der Katze hinsichtlich ihrer Stärke

vergleichbar. Da auch der bino- und monokulare hOKN des Frettchens vergleichbar mit dem

der Katze ist (Hein et al., 1990), wären im Falle des Frettchens auch ähnliche Verhältnisse

hinsichtlich des Ursprungs des kortikalen NOT-Eingangs zu erwarten.

An diesen Wissenstand schließen die in der vorliegenden Arbeit durchgeführten

Untersuchungen des kortikalen NOT-Eingangs an.

Zuerst wurde die orthodrome Reizung der NOT-Zellen vom VC auch beim Albinofrettchen

durchgeführt. Die Durchführung dieser Experimente wurde als notwendig erachtet, weil sie

den Vergleich zwischen pigmentierten und albinotischen Frettchen hinsichtlich der Stärke

und Leitungsgeschwindigkeit ihrer VC-NOT-Verbindungen erlaubten. Damit sollten die

ersten Indizien ermittelt werden, die bei der Entscheidung helfen sollten, ob die

Richtungsunspezifität des NOT des Albinofrettchens durch den VC verursacht wird. Das

anschließende Vertauschen der Reiz- und Ableitorte (antidrome Reizung der VC-Zellen vom

NOT) sollte weitere, aussagekräftigere Beweise liefern.

Aus diesem Zusammenhang heraus ist die antidrome Identifizierung der VC-Zellen vom

NOT auch als ein Versuch zu verstehen, den Ursprung des kortikalen NOT-Eingangs örtlich

zu lokalisieren und hinsichtlich seiner richtungsspezifischen Eigenschaften zu beschreiben.

Die zu beantwortende Frage in diesem Zusammenhang ist, ob die antidrom reizbaren VC-

Zellen des Frettchens wie im Falle des Rhesusaffen innerhalb eines bestimmten kortikalen

Areals fokusiert oder wie im Falle der Katze verstreut sind. Hieraus resultiert die

Problematik der antidromen Reizung der VC-Zellen, denn die Position der höheren

kortikalen Areale ist zur Zeit beim Frettchen noch unbekannt, was eine gezielte Suche nach

antidromen VC-Zellen erschwert.

Ratte und Kaninchen: Wider Erwarten konnten in elektrophysiologischen Reizexperimenten

kortikale Bereiche (Areae 17, 18 und 18A) gefunden werden, die aller Wahrscheinlichkeit

nach mit der Auslösung und / oder Steuerung des hOKN in Zusammenhang stehen. Schmidt

et al. (1993) konnten bei der narkotisierten Ratte 45% der richtungsspezifischen NOT-

Neuronen vom VC orthodrom reizen und anhand der Latenzen auf eine monosynaptische

VC-NOT-Verbindung schließen. Die anschließende retrograde Markierung der zuvor

Diskussion 128

elektrisch gereizten kortikalen Areale (Injektion von fluoreszierenden Latexpartikeln in den

NOT) bestätigte die VC-NOT-Verbindung.

Pettorossi & Troiani (1983) konnten beim narkotisierten Kaninchen einen kortikalen Bereich

finden, dessen elektrische Reizung 50% der NOT-Neuronen orthodrom aktivierte. Diese

Aktivierung bestand in den meisten Fällen aus einer Mehrfachantwort und ähnelt in dieser

Hinsicht den entsprechenden Befunden beim Frettchen (vgl. Abb. 31). Die Autoren lokali-

sierten diesen kortikalen Bereich dort, wo die Areae 17, 21 und 22 zusammentreffen und

nannten ihn „temporooccipitalen nystagmogenen Kortex“. Beim wachen Kaninchen löste die

elektrische Reizung dieses kortikalen Areals einen Nystagmus aus, der die gleiche Richtung

hatte wie der durch visuelle Reizung des ipsilateralen NOT ausgelöste Nystagmus.

Vergleicht man die Verhältnisse in der dargestellten Reihenfolge (Affe, Katze, Frettchen,

Ratte und Kaninchen) miteinander, so fällt auf, daß bis heute nur beim Affen ein abgrenz-

bares kortikales Areal (MT) beschrieben wurde, welches zum NOT projiziert und eindeutig

nur richtungsspezifische Information mit ipsiversiver Vorzugsrichtung übermittelt. In allen

anderen Spezies konnte ein Homologon zum MT nicht eindeutig identifiziert werden. Bei

der Katze und beim Frettchen haben die in Area 17 und 18 verstreuten antidromen Zellen

nicht alle die ipsiversive Vorzugsrichtung und in dieser Hinsicht sind sich die beiden Spezies

sehr ähnlich. Ein außerhalb der Areae 17 und 18 liegendes Areal, wie z.B. PMLS, konnte bei

der Katze bisher nicht eindeutig vom NOT antidrom identifiziert werden. Ob ein solches

Areal beim Frettchen existiert und auch elektrophysiologisch nachweisbar ist, sollte in dieser

Arbeit überprüft werden und wird in einem gesonderten Abschnitt weiter unten diskutiert.

Die Verhältnisse bei der Ratte und beim Kaninchen scheinen sich ebenfalls sehr zu ähneln.

Die Befunde von Schmidt et al. (1993) und Pettorossi & Troiani (1983) stehen in

Widerspruch zu der anfangs erwähnten, allgemein akzeptierten Hypothese, daß typische

Afoveaten nur einen direkten retinalen NOT-Eingang besitzen und infolgedessen nur einen

asymmetrischen monokularen hOKN generieren können. Angesichts dieser Befunde muß

man diese Hypothese relativieren und die Asymmetrie des monokularen hOKN nicht einzig

und allein durch das Fehlen einer VC-NOT-Verbindung bedingt sehen.

2. Stärke und Leitungsgeschwindigkeit des kortikalen NOT-Eingangs

Beim Albinofrettchen waren 63% (31 von 49) der von der IO antidrom reizbaren NOT-

Zellen vom VC orthodrom reizbar. Dieses Verhältnis liegt im selben Bereich wie das vom

pigmentierten Frettchen, bei dem 65% (33 von 51) der richtungsspezifischen NOT-Zellen

Diskussion 129

von Klauer et al. (1990) entsprechend gereizt wurden. Die Übereinstimmung der beiden

Prozentsätze spricht dafür, daß die beiden Tiergruppen sich hinsichtlich der Stärke ihrer

kortikalen NOT-Eingänge nicht unterscheiden, und daß bei beiden Tiergruppen ähnliche

kortikale Bereiche elektrisch gereizt wurden. Wenn man die Prozentsätze der vom NOT

antidrom reizbaren VC-Zellen miteinander vergleicht, wurden beim Albinofrettchen 32%

und beim pigmentierten Frettchen 38% der VC-Zellen antidrom gereizt. Auch diese

Übereinstimmung spricht dafür, daß die VC-NOT-Verbindung bei beiden Tiergruppen gleich

stark ausgebildet ist.

Weiterhin kann die Übereinstimmung der Prozentsätze von NOT-Zellen, die vom VC

orthodrom reizbar sind, als Indiz angesehen werden, daß die richtungsunspezifischen, von

der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen des Albinofrettchens den richtungsspezifischen,

wenn auch nicht von der IO antidrom identifizierten, NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens von Klauer et al. (1900) entsprechen. Unabhängig von diesem Befund wurde

diese Entsprechung bei den in der vorliegenden Arbeit untersuchten NOT-Zellen des

pigmentierten Frettchens in erster Linie durch die antidrome Reizung von der IO eindeutig

sichergestellt.

Aus dem Vergleich der Häufigkeitsverteilungen der orthodromen Latenzen des

Albinofrettchens und des pigmentierten Frettchens (Klauer et al., 1990) ist weiterhin die

Schlußfolgerung zulässig, daß sich die kortikalen NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen

auch hinsichtlich ihrer axonalen Leitungsgeschwindigkeit nicht unterscheiden. Denn Klauer

et al. (1990) fanden beim pigmentierten Frettchen orthodrome Latenzen hauptsächlich im

Bereich von 1 bis 6,5 ms mit einem Mittelwert von 3,7 ± 1,5 ms, während die Latenzen vom

Albinofrettchen im Bereich von 2 bis 7,5 ms mit einem Median von 3,0 ms verteilt sind (vgl.

Abb. 32A mit 32C). Für diese Schlußfolgerung sprechen auch die antidromen Latenzen der

VC-Zellen, die sich zwischen den beiden Tiergruppen ebenfalls nicht signifikant

unterscheiden (vgl. Abb. 35A mit 35C).

Die Prozentsätze elektrisch reizbarer Zellen und die Latenzen aus der orthodromen Reizung

der NOT-Zellen vom VC und aus der antidromen Reizung der VC-Zellen vom NOT

sprechen dafür, daß der kortikale NOT-Eingang des Albinofrettchens hinsichtlich seiner

Stärke und Leitungsgeschwindigkeit normal ist. Diese Befunde beweisen jedoch keine

umfassende, lückenlose „Normalität“ des Eingangs, da sie keine Aussage über seinen

Informationsgehalt erlauben. Deshalb wurde anschließend die antidrome Reizung des VC

vom NOT durchgeführt, deren primäres Ziel die visuelle Charakterisierung der vom

ipsilateralen NOT antidrom identifizierten VC-Neuronen war. Erst diese Experimente

Diskussion 130

konnten Aufklärung über den Informationsgehalt des kortikalen NOT-Eingangs leisten und

letztendlich eine Verifikation oder Falsifikation der Hypothese erlauben, nach der der VC die

Richtungsspezifität der NOT-Neuronen beim pigmentierten Frettchen bestimmt und beim

Albinofrettchen auslöscht. Da solche Reizexperimente an pigmentierten Frettchen in der

Literatur nicht beschrieben waren, mußten sie bei beiden Tiergruppen durchgeführt werden.

3. Informationsgehalt des kortikalen NOT-Eingangs

Von der Eigenschaft „Richtungsspezifität“ wurden die beiden Aspekte „Vorzugsstärke“ und

„Vorzugsrichtung“ untersucht und getrennt dargestellt. Es konnte gezeigt werden, daß nicht

alle VC-Neuronen die gleiche Vorzugsstärke besitzen, sondern zwischen totaler Richtungs-

unspezifität (DS-I = 0) und sehr hoher Richtungsspezifität (DS-I > 0,9) verteilt sind (vgl.

Abb. 33). Ab welchem DS-I-Wert man von einer richtungsspezifischen Zelle sprechen kann,

ist rein subjektiv zu entscheiden. So wurde entschieden, daß ein DS-I ≥ 0,33 auf eine

auffällige, unverwechselbare Richtungsspezifität hindeutet. Ein DS-Index von 0,33 bedeutet,

daß die Feuerrate in Vorzugsrichtung gegenüber der Feuerrate in Nullrichtung um 100%

erhöht ist. Damit waren beim Albinofrettchen 55% (47 von 86) und beim pigmentierten

Frettchen 38% (sechs von 16) der untersuchten VC-Zellen eindeutig richtungsspezifisch.

Hieraus folgte dann die Schlußfolgerung, daß das pigmentierte Frettchen prozentual weniger

richtungsspezifische VC-Zellen in der kleinen Stichprobe von 16 Zellen besitzt. Betrachtet

man jedoch nur die vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen, so haben beim Albinofrettchen

54 % (sieben von 13) und beim pigmentierten Frettchen 50 % (drei von sechs) der VC-

Zellen einen DS-I ≥ 0,33. Unter den zum NOT projizierenden VC-Zellen scheint es keinen

Unterschied hinsichtlich ihrer Vorzugsstärke zu geben.

Gibber et al. (2001) fanden in einer Stichprobe von 161 VC-Neuronen des pigmentierten

Frettchens wesentlich mehr (80%) richtungsspezifische Zellen, die ihre Vorzugsrichtung mit

doppelt so vielen Aktionspotentialen beantworteten als ihre Nullrichtung.

Die Eigenschaft „visuelle Reizbarkeit durch das Zufallspunktemuster“ wurde zur Bedingung

gemacht, weil großflächige Reize die adäquaten Reize zur Auslösung des hOKN sind.

Folglich sollten VC-Zellen auf solche Reize reagieren, wenn sie als Teil des hOKN-

Schaltkreises bei der Auslösung und / oder Steuerung des hOKN involviert sind. Die

entsprechenden VC-Zellen der Katze (Schoppmann, 1981) und des Rhesusaffen (Hoffmann

et al., 1992) erfüllen diese Bedingung.

Für diejenigen Neuronen des VC, die auf Reizbarkeit vom SC getestet wurden und nicht

antidrom reizbar waren, kann mit größerer Sicherheit behauptet werden, daß ihre Fasern eher

Diskussion 131

im NOT enden, als am NOT vorbeiziehen, um den rostralen SC zu innervieren, wo das

gleiche frontale Gesichtsfeld repräsentiert ist. Damit erhöht sich wesentlich die Wahrschein-

lichkeit, daß die Fasern dieser richtungsspezifischen Neuronen des VC auf NOT-Zellen

terminieren. Es kann hier aus zwei Gründen nur von einer Wahrscheinlichkeit gesprochen

werden: 1. Die Nichtreizbarkeit der VC-Zellen vom benachbarten SC schließt nicht

hundertprozentig aus, daß die Reizung mit der NOT-Reizelektrode doch über Fasern erfolgt,

die den SC innervieren. 2. Die elektrische Reizung im NOT depolarisiert nicht nur kortikale

Fasern, die NOT-Zellen kontaktieren, sondern auch alle anderen kortikalen Eingänge zu

benachbarten prätektalen Zellen. Dies wäre z.B. bei den Jerk-Zellen durchaus möglich, die

sowohl in der vorliegenden Arbeit beim Frettchen als auch bei der Katze (Ballas &

Hoffmann, 1985; Schweigert & Hoffmann, 1992) in unmittelbarer Nähe zu den NOT-Zellen

gefunden wurden.

Vorbehaltlich dieser methodischen Einschränkung zeigt die antidrome Reizbarkeit von

richtungsspezifischen VC-Neuronen, daß es beim Albinofrettchen NOT-Zellen gibt, die

richtungsunspezifisch sind, obwohl sie einen richtungsspezifischen Eingang vom visuellen

Kortex erhalten. An dieser Stelle könnte man schon zu der Schlußfolgerung verleitet werden,

daß der VC nicht die Richtungsspezifität der NOT-Zellen determiniert und damit die

Untersuchung des kortikalen NOT-Eingangs als abgeschlossen betrachten. Denn unter der

Annahme, daß die Richtungsspezifität des NOT durch seinen kortikalen Eingang

determiniert wird, sollte man erwarten, daß eine NOT-Zelle richtungsspezifisch ist, wenn sie

einen richtungsspezifischen Eingang vom VC erhält, und zwar unabhängig von der Vorzugs-

richtung. Beim Albinofrettchen konnten aber kaum richtungsspezifische NOT-Zellen

gefunden werden, wie aus Abbildung 29A hervorgeht.

Es gibt jedoch eine Möglichkeit, nach der die NOT-Zellen des Albinofrettchens trotz eines

richtungsspezifischen kortikalen Eingangs richtungsunspezifisch sein könnten. Diese

Möglichkeit fällt auf, wenn man die Vorzugsrichtungen der vom NOT antidrom identifizier-

ten VC-Zellen des Albinofrettchens betrachtet (siehe Abb. 36). Denn unter diesen Neuronen

sind wider Erwarten alle Vorzugsrichtungen repräsentiert und damit erscheint folgende

Begründung der Richtungsunspezifität möglich: Die NOT-Zellen des Albinofrettchens

könnten abnormerweise von mehreren VC-Zellen mit unterschiedlichen, d.h.

entgegensetzten Vorzugsrichtungen Eingang bekommen, so daß das Resultat der

synaptischen Integration der übermittelten richtungsspezifischen Signale die

Richtungsunspezifität ist. Wenn dieses Szenario beim Albinofrettchen realisiert wäre und

den abnormen Zustand darstellen würde, so müßte man beim pigmentierten Frettchen

Diskussion 132

erwarten, daß die vom NOT antidrom identifizierbaren VC-Zellen nur die ipsiversive

Vorzugsrichtung oder zumindest nur Vorzugsrichtungen mit einer eindeutig ipsiversiven

Komponente besitzen. Wie erwähnt, ist dies beispielsweise beim Rhesusaffen der Fall, bei

dem nur MT-Zellen mit ipsiversiver Vorzugsrichtung zum NOT projizieren, während

benachbarte MT-Zellen mit anderen Vorzugsrichtungen nicht zum NOT projizieren

(Hoffmann et al., 1992). Erst diese Überlegung machte die Durchführung der entsprechenden

Reizexperimente mit pigmentierten Frettchen notwendig. Wie das Ergebnis aus diesen

Experimenten in Abbildung 37 jedoch zeigt, sind auch beim pigmentierten Frettchen alle

Vorzugsrichtungen unter den richtungsspezifischen, vom NOT antidrom und durch das

Zufallspunktemuster visuell reizbaren VC-Zellen zu finden. Damit wurde beim Frettchen der

von Schoppmann (1981) für die Katze beschriebene Zustand und nicht der von Hoffmann et

al. (1992) für den Rhesusaffen beschriebene Zustand bestätigt.

Der Nachweis, daß sich pigmentierte und albinotische Frettchen in dieser Hinsicht nicht

unterscheiden, bedeutet, daß der Zustand beim Albinofrettchen keinen abnormen, sondern

den normalen Zustand darstellt. Erst diese Feststellung erlaubt die Schlußfolgerung, daß der

VC nicht für den Verlust der Richtungsspezifität beim Albinofrettchen verantwortlich ist

und folglich auch nicht die Richtungsspezifität der NOT-Zellen des pigmentierten Frettchens

determiniert.

4. Ursprung des kortikalen NOT-Eingangs beim Frettchen

Das in dieser Arbeit erhobene Datenmaterial erlaubt keine exakte und vollständige

anatomische Lokalisation des Ursprungs des kortikalen NOT-Eingangs. Es kann festgehalten

werden, daß vom NOT antidrom reizbare VC-Neuronen mit Sicherheit innerhalb der Area 17

liegen. Ferner muß weiter davon ausgegangen werden, daß sich solche VC-Zellen auch in

der Area 18 befinden. Dies kann zwar durch keine VC-Läsion in der Area 18 dokumentiert

werden, allerdings wird es durch die Physiologie einiger VC-Neuronen nahegelegt, die auch

auf schnelle Reizbewegungen reagierten, was eher für die Area 18 typisch ist. Außerdem

wurden einige antidromen VC-Neuronen auch auf der dorsalen Seite des VC abgeleitet (im

Gegensatz zu der in Area 17 befindlichen VC-Läsion, die auf der ventralen Seite des VC

lokalisiert ist, vgl. Abb. 25), was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß sie sich in Area 18

befanden (vgl. Abbildungen von Redies et al., 1990 und Rockland, 1985). Da aber in der

vorliegenden Arbeit weder die Area 17 noch die Area 18 konsequent kartiert wurden, kann

das nicht als bewiesen hingenommen werden.

Diskussion 133

Bei der Suche nach vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen ist weder bei den albinotischen,

noch bei den pigmentierten Frettchen ein Bereich innerhalb des VC aufgefallen, in dem die

reizbaren Zellen besonders häufig zu finden waren. Vielmehr suggeriert die Erfahrung, daß

die vom NOT antidrom reizbaren Zellen nicht fokussiert, sondern verstreut sind.

Andererseits aber war sowohl bei Klauer et al. (1990) als auch in dieser Arbeit auffällig, daß

der Erfolg der orthodromen Reizung der NOT-Zellen vom VC von der Position der

Reizelektroden abhängt. Dies könnte darauf hindeuten, daß die zum NOT projizierenden

VC-Neuronen nicht überall lokalisiert sind. Doch aus diesen Beobachtungen kann kein

spezieller kortikaler Bereich bestimmt werden, da die effektiven Reizorte relativ weit

voneinander entfernt und voneinander getrennt sein können und die VC-Reizelektroden

jedesmal einen relativ großen Bereich des Kortex depolarisieren.

Augrund des vorhandenen Datenmaterials kann nicht ausgeschlossen werden, daß es auch

außerhalb der Area 17 und Area 18 VC-Zellen gibt, die zum NOT projizieren.

Da das Frettchen der Katze sehr ähnlich ist [sowohl hinsichtlich des hier vorgestellten

elektrophysiologischen Datenmaterials als auch hinsichtlich der Güte seines hOKN (Hein et

al., 1990)] würde man erwarten, daß es innerhalb des suprasylvischen Gyrus (SSG) und

suprasylvischen Sulcus (SSS, vgl. Abb. 21B) optokinetisch-relevante Bereiche wie bei der

Katze gibt oder zumindest einen „temporooccipitalen nystagmogenen Kortex“ wie beim

Kaninchen. Inwieweit diese Erwartung zutrifft, müßten zukünftige Untersuchungen zeigen.

In Bezug auf die kortikalen Schichten kann der Ursprung des kortikalen NOT-Eingangs

durchaus genau lokalisiert werden. Denn alle VC-Läsionen, die die Position von

richtungsspezifischen, durch das große Zufallspunktemuster treibbaren VC-Zellen

markierten, wurden in der Lamina V (vgl. Abb. 25) gefunden. Eine entsprechende VC-

Läsion beim pigmentierten Frettchen wurde nicht durchgeführt. Da aber das pigmentierte

Frettchen den Wildtyp repräsentiert und die Lamina V die normale Ausgangsschicht zum

NOT ist (Affe: Hoffmann et al., 1992; Katze: Schoppmann, 1981, Ratte: Schmidt et al.,

1993), gibt es keinen Grund anzunehmen, daß die entsprechenden VC-Zellen des

pigmentierten Frettchens nicht in der Lamina V liegen sollten.

In Bezug auf die Repräsentation des Gesichtsfeldes kann der Ursprung des kortikalen NOT-

Eingangs ebenfalls relativ genau bestimmt werden. Alle vom NOT antidrom reizbaren VC-

Zellen der pigmentierten und albinotischen Frettchen besaßen rezeptive Felder innerhalb des

zentralen Gesichtsfeldes (Azimut: -10° bis +25°, Elevation: +20° bis –15°) und überlappten

mit dem rezeptiven Feld des NOT-Reizortes. Für das pigmentierte Frettchen entsprach dieser

Befund der Erwartung und bestätigt auch den Befund von Klauer et al. (1990), die nur dann

Diskussion 134

eine orthodrome Reizung der NOT-Zellen vom VC durchführen konnten, wenn sich die

rezeptiven Felder des VC und der NOT-Zelle überlappten. Diese Beobachtung wurde auch in

der vergleichbaren Untersuchung bei der Katze von Schoppmann (1981) gemacht und zwingt

zu der Vermutung, daß ein korrekter kortikaler NOT-Eingang eine intakte Retinopie des

projizierenden visuellen Kortex voraussetzt. Deshalb war dieser Befund für das

Albinofrettchen, in Anbetracht seiner gestörten Retinotopie im visuellen Kortex (Guillery,

1971), keine Selbstverständlichkeit.

E. Retinaler Eingang des NOT

Die Retina ist der nächste mögliche Ort, der beim pigmentierten Frettchen für die

Determination der Richtungsspezifität des NOT und beim Albinofrettchen für die Aufhebung

dieser Richtungsspezifität in Frage kommt. Die Wahrscheinlichkeit, daß die Retina eine

solche Funktion erfüllt, erhöhte sich sogar, nachdem in den vorangegangenen Abschnitten

festgestellt wurde, daß der Kortex diese Funktion mit größerer Wahrscheinlichkeit nicht

erfüllt. Desweiteren sind in der Literatur Befunde beschrieben, die mindestens für eine

Prädetermination der Richtungsspezifität des NOT durch die Retina sprechen: zum einen

haben Hoffmann et al. (1995) beim Tamarwallaby die Augenanlage in einer frühen

Entwicklungsphase rotiert und später im adulten Tier festgestellt, daß die Vorzugsrichtung

des NOT entsprechend der Augenrotation mitrotiert hatte, und zum anderen geht aus

Entwicklungsstudien an Katzen hervor, daß erst die retinalen und dann die kortikalen Fasern

in den NOT einwachsen. Solange der NOT nur vom Auge innerviert ist, können die Katzen

nur einen für die Afoveaten typischen asymmetrischen monokularen hOKN machen. In

diesem Stadium ist der NOT aber schon richtungsspezifisch und funktionstüchtig, obwohl er

vom VC noch gar nicht innerviert ist. Einhergehend mit der später erfolgenden Innervation

vom VC erlangt der NOT seine Fähigkeit, höhere Reizgeschwindigkeiten zu beantworten,

und seine Binokularität, die eindeutig mit der Symmetriezunahme des monokularen hOKN

korreliert (Distler & Hoffmann, 1992, 1993).

1. Stärke und Leitungsgeschwindigkeit des retinalen NOT-Eingangs

Die elektrische Reizung der NOT-Zellen vom ON wurde nur beim Albinofrettchen

durchgeführt, da die entsprechenden Daten vom pigmentierten Frettchen in der Literatur

vorlagen (Klauer et al., 1990). Es wurde der kontralaterale ON gereizt, weil der NOT des

Diskussion 135

Albinofrettchens — im Gegensatz zum NOT des pigmentierten Frettchens — ausschließlich

vom kontralateralen Auge direkten retinalen Input bekommt (Zhang & Hoffmann, 1993).

Von 24 antidrom identifizierten NOT-Zellen des Albinofrettchens waren 22 Zellen (92 %)

orthodrom vom kontralateralen ON reizbar. Beim pigmentierten Frettchen konnten Klauer et

al. (1990) 90% (46 von 51) der richtungsspezifischen NOT-Zellen orthodrom vom optischen

Chiasma reizen. Die hohe Übereinstimmung der Prozentsätze legt die Schlußfolgerung nahe,

daß sich die retinalen NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen hinsichtlich ihrer Stärke

nicht unterscheiden.

Die hier vorgestellten orthodromen Latenzen (vom ON) der von der IO identifizierten NOT-

Zellen des Albinofrettchens liegen im Bereich 5 bis 8 ms (Median = 6,0 ms; Q0,25 = 5,0 ms;

Q0,75 = 6,5 ms) und unterscheiden sich nicht signifikant von den entsprechenden Latenzen

des pigmentierten Tieres, die im Bereich 5,5 bis 8,5 ms verteilt sind (χ2-TEST, P = 0,248).

Dieses Testergebnis spiegelt sich in der besonders hohen Überlappung auf der x-Achse wider

(vgl. schraffierte Latenzen in Abbildung 39A mit den Latenzen in Abbildung 39C, C

entspricht der Fig. 11B in Klauer et al., 1990). Hieraus wird die Schlußfolgerung gezogen,

daß sich die retinalen NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen hinsichtlich ihrer

Fortleitungsgeschwindigkeit nicht unterscheiden. Der Albinismus wirkt sich nicht auf die

Fortleitungsgeschwindigkeit, d.h. auf den Querschnitt der retinoprätektalen W-Fasern aus.

Zwar erscheint beim Albinofrettchen eine leichte Tendenz zu etwas kürzeren Latenzen

möglich. Aufgrund der vorliegenden Datenmaterials ist es aber unmöglich, diese Tendenz als

Folge eines größeren Faserquerschnitts zu interpretieren. Dies könnte — wenn überhaupt —

nur durch einen elektronenmikroskopischen Vergleich der Faserquerschnitte von albinoti-

schen und pigmentierten Frettchen ermöglicht werden. In diesem Zusammenhang ist zu

bedenken, daß die fehlende Richtungsspezifität der NOT-Zellen des Albinofrettchens wahr-

scheinlich dazu verleitete, diese Zellen möglichst oberflächlich im Prätektum zu suchen, da

bekannt ist, daß sich die NOT-Zellen innerhalb des hOKN-Schaltkreises relativ oberflächlich

befinden (Frettchen: Zhang & Hoffmann, 1993; Telkes et al., 2001; Katze: Ballas &

Hoffmann, 1985). Bei der Katze stellten Ballas & Hoffmann (1985) eine hochsignifikante

positive Korrelation zwischen der Tiefe der NOT-Zellen (bezogen auf die Oberfläche des

Prätektums) und ihren orthodromen Latenzen aus elektrischen Reizungen des optischen

Chiasmas (OX) fest. Das heißt, je oberflächlicher die Position der NOT-Zelle war, desto

größer war die Tendenz zu etwas kürzeren OX-Latenzen. Falls es beim Frettchen ebenfalls

eine solche Korrelation gibt, könnte die leichte Tendenz zu etwas kürzeren Latenzen beim

Albinofrettchens durchaus durch die Vorgehensweise bei der Suche bedingt sein.

Diskussion 136

Zusätzlich zur Reizung des kontralateralen ON reizten Klauer et al. (1990) auch am

optischen Chiasma (OX). In diesem Falle fanden sie orthodrome Latenzen (OX-Latenzen)

zwischen 4,3 und 7,0 ms mit einem Mittelwert von 5,42 ms ± 0,66 ms s.d.. In der vorliegen-

den Arbeit wurden beim Albinofrettchen keine OX-Latenzen gemessen. Deshalb können nur

die Latenzen der vom ON ausgelösten orthodromen Aktionspotentiale zum Vergleich

herangezogen werden. Diese Latenzen, die am Albinofrettchen gemessen wurden, sind

erwartungsgemäß etwas länger als die OX-Latenzen des pigmentierten Frettchens, weil die

ON-Reizelektroden ca. 6 mm anterior des optischen Chiasmas plaziert waren. Deshalb

wurde eine Distanz von mindestens 21 mm zwischen ON und NOT zugrunde gelegt, im

Gegensatz zu Klauer et al. (1990), die 15 mm zwischen OX und NOT am perfundierten Hirn

maßen. Berücksichtigt man diese zusätzlichen 6 mm Weges, die von den orthodromen

Aktionspotentialen auf dem Weg zum NOT zusätzlich zurückgelegt werden mußten, so

stehen die orthodromen Latenzen vom ON des Albinofrettchens auch mit den OX-Latenzen

des pigmentierten Frettchens durchaus in Einklang. Gleiche Verhältnisse findet man auch

zwischen den latenzen vom ON und den OX-Latenzen, wenn beide am pigmentierten

Frettchen gemessen werden (Klauer et al., 1990).

Aus dem Abstand zwischen den OX- und ON-Reizorten und dem entsprechenden Latenz-

unterschied berechneten Klauer et al. (1990) die mittlere Fortleitungsgeschwindigkeit der

retinoprätektalen Fasern des pigmentierten Frettchens (5,1 m/s). Da in der vorliegenden

Arbeit nur der ON gereizt wurde, kann keine entsprechende Leitungsgeschwindigkeit für das

Albinofrettchen berechnet werden. Aufgrund der hohen Kongruenz der Latenzverteilungen

(vgl. schraffierte Latenzen in Abb. 39A und Latenzen in Abb. 39C) ist jedoch davon

auszugehen, daß die mittlere Leitungsgeschwindigkeit beim Albinofrettchen im gleichen

Bereich liegt wie beim pigmentierten Frettchen. Folglich kann für das Albinofrettchen, so

wie von Klauer et al. (1990) für das pigmentierte Frettchen, die Schlußfolgerung gezogen

werden, daß der direkte, monosynaptische, retinale NOT-Eingang von langsam-leitenden

Ganglienzellfasern des W-Typs stammt. Diese Schlußfolgerung wird insbesondere durch den

Befund unterstützt, nach dem alle Latenzen vom ON der antidrom identifizierten NOT-

Zellen in die Gruppe der längeren Latenzen fallen (vgl. die zwei Gruppen von Latenzen in

Abb. 39A). Dies bedeutet, daß die retinalen Fasern, die auf die NOT-Zellen projizieren,

langsamer leiten als die Fasern, die benachbarte prätektale Zellen kontaktieren. Für diese

Schlußfolgerung sprechen auch die diesbezüglichen Befunde bei der Katze (Hoffmann &

Schoppmann, 1975; Hoffmann & Stone, 1985), bei der die Axone der W-Zellen ebenfalls die

niedrigste Fortleitungsgeschwindigkeit unter den retinofugalen Fasern besitzen (Stone &

Diskussion 137

Hoffmann, 1972; Stone & Fukuda, 1974) und die von der IO antidrom reizbaren NOT-Zellen

genau von diesem Ganglienzelltyp retinalen Eingang erhalten (Hoffmann et al., 1976). Die

hohe Ähnlichkeit zwischen den Ganglienzellen des Frettchens und der Katze spiegelt sich

auch in der morphologischen Klassifikation der Ganglienzellen wider. Bei der Katze sind die

retinalen Ganglienzellen als α-, β- und γ-Zellen klassifiziert (Boycott & Wässle, 1974). Die

Ganglienzellen des Frettchens werden ebenfalls in drei morphologische Hauptgruppen

eingeteilt, die mit den Gruppen der Katze vergleichbar sind und deshalb als α-, β- und

γ-ähnlich bezeichnet werden (Vitek et al., 1985; Henderson, 1985).

An dieser Stelle werden folgende Fragen diskutiert:

• Warum wurden beim Albinofrettchen zwei Gruppen von orthodromen Latenzen, d.h. zwei

Typen von retinoprätektalen Ganglienzellfasern, gefunden, während Klauer et al. (1990)

beim pigmentierten Frettchen nur eine Gruppe von entsprechenden Latenzen

dokumentieren? Gibt es beim pigmentierten Frettchen keine retinoprätektalen Fasern, die

den schnelleren Fasern des Albinofrettchens entsprechen?

Die wahrscheinlichste Erklärung dieses Unterschieds ist, daß Klauer et al. (1990) aufgrund

ihrer methodischen Vorgehensweise nur den W-Typ detektierten, und daß das pigmentierte

Frettchen ebenfalls die schnelleren Fasern besitzt. Denn sie reizten beim pigmentierten

Frettchen nur die gut isolierten richtungsspezifischen NOT-Neuronen, die genau den von

der IO antidrom identifizierten, richtungsunspezifischen NOT-Neuronen des Albinofrett-

chens entsprechen. Folglich konnten sie nur solche Latenzen vom ON und vom OX finden,

die der Gruppe der längeren Latenzen (vom ON) des Albinos entsprechen. Da nahezu alle

(35 von 36) prätektalen Zellen mit den kurzen Latenzen (vom ON) beim Albinofrettchen

nicht von der IO antidrom reizbar waren, müssten die analogen Zellen beim pigmentierten

Frettchen höchstwahrscheinlich richtungsunspezifisch gewesen sein und deshalb für

Klauer et al. (1990) nicht von Interesse. Diese Interpretation berücksichtigt auch die

Befunde bei der Katze, bei der zwar gemäß der Klassifikation von Stone & Hoffmann

(1972) alle drei Ganglienzell-Typen (W-, X- und Y-Zellen) Axone zum Prätektum bzw.

NOT schicken, die richtungsspezifischen NOT-Zellen im Sinne des hOKN aber nur von

W-Zellen kontaktiert werden (Hoffmann & Schoppmann, 1981; Ballas et al., 1981).

• Gibt es eine andere Möglichkeit, längere orthodrome Latenzen vom ON bei prätektalen

Zellen zu messen, auch wenn sie nicht von W-Ganglienzellen direkt kontaktiert werden

oder vielleicht überhaupt keinen direkten retinalen Eingang erhalten? Diese Frage ist mit

`ja´ zu beantworten, denn es ist durchaus möglich, daß die prätektalen Zellen nicht nur

Diskussion 138

direkt, sondern auch indirekt über das CGL und den Kortex aktiviert werden. In diesem

Falle würde die zeitliche Verzögerung der orthodromen Aktionspotentiale, die durch

mehrere Synapsen und das Zurücklegen des längeren Weges verursacht wird, die

schnellere Fortleitung über Y-Fasern ausgleichen.

• Zu welchem Ganglienzelltyp gehören die zum Prätektum ziehenden Fasern mit der höheren

Leitungsgeschwindigkeit beim Albinofrettchen? Da der W-Typ der Gruppe der längeren

ON-Latenzen zugeordnet wurde, bleiben nur der X- und der Y-Typ, die in Frage kommen

könnten. Die Antwort auf diese Frage muß zur Zeit offen bleiben, denn unglücklicherweise

sind beim Frettchen die verschiedenen Ganglienzelltypen noch nicht physiologisch

eindeutig charakterisiert, so daß die zeitliche Differenz zwischen der Gruppe der längeren

und der Gruppe der kürzeren Latenzen in Abbildung 39A zur Beantwortung dieser Frage

nicht herangezogen werden kann. Möglich erscheinen sowohl die X- als auch die Y-

Fasern. Bei der Katze jedenfalls sind sowohl X- als auch Y-Fasern beschrieben, die in den

NOT ziehen, jedoch nicht auf die richtungsspezifischen NOT-Zellen projizieren (Hoffmann

& Schoppmann, 1981; Hoffmann & Stone, 1985). Unter Berücksichtigung der Tatsache,

daß in unmittelbarer Nähe zu den von der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen auch

Jerk-Zellen gefunden wurden, erscheinen die Y-Fasern am wahrscheinlichsten. Denn bei

der Katze bekommen die Jerk-Zellen monosynaptischen retinalen Eingang von schnellen

Y-Fasern (Ballas & Hoffmann, 1985). Dies könnte auch beim Frettchen der Fall sein und

deshalb erscheint es wahrscheinlich, daß die kurzen Latenzen vom ON an Jerk-Zellen

gemessen wurden. Desweiteren liefern Ballas & Hoffmann (1985) Hinweise, die gegen

eine Projektion der Jerk-Zellen zur IO sprechen. Dies paßt zu der eigenen Beobachtung,

nach der keine einzige Jerk-Zelle von der IO gereizt werden konnte.

Bei Betrachtung aller Teilbefunde aus den ON-Reizexperimenten wird die Schlußfolgerung

gezogen, daß die bisherigen Untersuchungen des retinalen NOT-Eingangs in Bezug auf die

Stärke und Leitungsgeschwindigkeit der Retina-NOT-Verbindung keinen Unterschied

zwischen pigmentierten und albinotischen Frettchen aufgedecken. Insoweit scheint beim

Albinofrettchen der direkte NOT-Eingang von der kontralateralen Retina

elektrophysiologisch normal zu sein.

2. Informationsgehalt des retinalen NOT-Eingangs

Es bleibt zur Zeit ungeklärt, ob die retinale Projektion zum NOT beim Albinofrettchen auch

hinsichtlich des Informationsgehaltes normal ist. Denn es gibt weder beim pigmentierten,

Diskussion 139

noch beim albinotischen Frettchen Untersuchungen, die die Klärung dieser Frage ermögli-

chen. Hierzu wäre z. B. — analog zu der antidromen Reizung der VC-Zellen vom NOT —

eine antidrome Reizung der retinalen Ganglienzellen vom NOT notwendig. Die vom NOT

antidrom identifizierten retinalen Ganglienzellen müßten in beiden Tiergruppen

optokinetisch gereizt und hinsichtlich ihrer Richtungsspezifität charakterisiert werden.

Experimente solcher Art wurden bei der Katze von Hoffmann & Stone (1985) durchgeführt.

Dabei konnten aus einer Population von 578 untersuchten Ganglienzellen elf Zellen vom

W-Typ identifiziert werden, die mit größter Wahrscheinlichkeit den retinalen Eingang für

den hOKN vermittelten. Fünf von diesen elf Ganglienzellen waren ON-Zentrum

richtungsspezifische Zellen, die restlichen sechs Zellen hatten uneinheitliche rezeptive

Felder. Beim pigmentierten Frettchen sind bis dato keine richtungsspezifischen, zum NOT

projizierenden retinalen Ganglienzellen beschrieben. Unter der Annahme, daß solche Zellen

existierten, würde sich zwangsläufig die Frage stellen, ob sie auch beim albinotischen

Frettchen präsent und richtungsspezifisch sind. In diesem Falle könnte folgende Hypothese

aufgestellt werden: Die retinalen, zum NOT projizierenden Ganglienzellen, die beim

pigmentierten Frettchen richtungsspezifisch sind, haben beim Albinofrettchen ihre

Richtungsspezifität verloren. Folglich übermitteln sie dem NOT eine abnorme, richtungs-

unspezifische Information und sind deshalb für die Richtungsunspezifität der NOT-

Ausgangsneuronen und als Konsequenz daraus für die optokinetische Blindheit des

Albinofrettchens verantwortlich.

Die Befunde von Knapp et al. (1988) unterstützen die Erkenntnis von Hoffmann & Stone

(1985), daß es sich bei den richtungsspezifischen retinalen W-Ganglienzellen der Katze um

Zellen handelt, die den hOKN antreiben. Knapp et al. (1988) inaktivierten mit einer

Augeninjektion von 2-Amino-4-phosphonobutyrat (APB) selektiv die retinalen ON-Bipolar-

zellen und blockierten damit die ON-Ganglienzellen und die ON-Antworten der

ON-OFF-Ganglienzellen. Bei der intakten Katze zeigte die APB-Injektion zunächst keine

erkennbare Wirkung, höchstwahrscheinlich weil bei dieser Spezies der kortikale Beitrag zur

Auslösung des hOKN ausreichend ist. Doch bei zwei Katzen mit bilateralen kortikalen

Läsionen führte die gleiche Injektion dazu, daß die Versuchstiere mit dem injizierten Auge

keinen monokularen hOKN mehr machen konnten. Dies zeigt bei der Katze, daß die APB-

Blockade der ON-Ganglienzellen die Inaktivierung eines subkortikalen, retinoprätektalen

Pfades zur Folge hat. Beim afoveaten Kanninchen führte das APB auch ohne kortikale

Läsionen zum hOKN-Verlust des injizierten Auges. Dies war zu erwarten, da der hOKN des

Kaninchens im wesentlichen subkortikal vermittelt und durch seine, seit den sechziger

Diskussion 140

Jahren des 20. Jahrhunderts bekannten, richtungsspezifischen ON- und ON-OFF-

Ganglienzellen (Barlow & Hill, 1963; Oyster & Barlow, 1967; Taylor et al., 2000)

kontrolliert wird (Oyster et al., 1972).

Auch beim Frettchen könnten die entsprechenden Experimente mit APB sinnvoll sein. In

diesem Falle müßte nach Injektion von APB in die Retinae von pigmentierten Frettchen der

hOKN gemessen und das physiologische Verhalten der NOT-Zellen abgeleitet werden. Führt

die APB-Injektion zu optokinetischer Blindheit und Richtungsunspezifität der NOT-Neuro-

nen beim pigmentierten Frettchen? Die Antwort auf diese Frage wäre auch eine Aussage

darüber, ob die Richtungsspezifität der NOT-Zellen schon in der Retina determiniert ist.

In diesem Kontext ist die in der vorliegenden Arbeit vorgenommene Charakterisierung der

prätektalen und SC-Zellen hinsichtlich ihrer ON/OFF-Eigenschaften zu sehen. Denn die

APB-Augeninjektionen beim Kaninchen und bei der Katze (Knapp et al., 1988) zeigen, daß

die ON-Ganglienzellen eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung von Richtungsspezifität

innerhalb des retinalen Netzwerkes spielen. Folglich müßte jeder Unterschied zwischen

pigmentierten und albinotischen Frettchen hinsichtlich des relativen Vorkommens an ON-

Zellen bzw. ON-Antworten im Mittelhirn ein indirekter Anhaltspunkt über eine mutmaßliche

Anomalie im retinalen Netzwerk des Albinos sein und somit auch hinsichtlich des

neuronalen Substrats der angenommenen Richtungsspezifität in der Retina. Die

Charakterisierung der SC-Zellen wurde bei beiden Tiergruppen durchgeführt und erlaubt

somit einen solchen Vergleich. Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied zwischen

albinotischen und pigmentierten Frettchen entdeckt (RANG-SUMMEN-TEST, P = 0,275).

Insofern hat die Bestimmung der ON/OFF-Eigenschaften im SC keine Hinweise über eine

mutmaßliche Veränderung des retinalen Netzwerks geliefert. Dennoch wird beim Albino-

frettchen eine leichte Tendenz zu mehr ON-Zellen bzw. mehr / stärkeren ON-Antworten

beobachtet, was zu einem etwas größeren Medianwert (48%) der ONF-Indizes führte

(43% beim pigmentierten Frettchen). In diesem Falle könnten immunocytochemische

Methoden, die die ON-Ganglienzellen markieren, eher signifikante Unterschiede zwischen

den beiden Tiergruppen aufdecken.

Ähnlich wie bei der Diskussion des kortikalen NOT-Eingangs, muß auch hier die mögliche

Anordnung der NOT-Eingangsfasern betrachtet werden. Selbst wenn die Richtungsspezifität

des NOT beim pigmentierten Frettchen durch einen richtungsspezifischen retinalen Eingang

determiniert würde und der retinale Eingang auch beim Albinofrettchen richtungsspezifisch

wäre, könnte der Verlust der Richtungsspezifität immer noch durch eine abnorme

Diskussion 141

Anordnung der retinalen NOT-Eingangsfasern bewirkt sein. Man könnte sich beispielsweise

beim pigmentierten Frettchen einen geordneten retinalen Eingang vorstellen, d.h. alle Fasern,

die in einen NOT ziehen, haben die gleiche ipsiversive Vorzugsrichtung wie die NOT-

Ausgangsneuronen. Beim Albinofrettchen könnte dann angenommen werden, daß die

entsprechende Faseranordnung gestört ist. Eine NOT-Zelle könnte gleichzeitig von mehreren

Ganglienzellfasern mit unterschiedlichen, entgegengesetzten Vorzugsrichtungen kontaktiert

werden, so daß das Resultat der synaptischen Integration ihre Richtungsunspezifität ist.

Angesichts der Tatsache, daß beim Albinofrettchen die retinalen Fasern aus der temporalen

Retina abnormerweise zum falschen, d.h. kontralateralen NOT ziehen, erscheint dieses

Szenario durchaus wahrscheinlich. Deshalb stellt sich hier die Frage, ob der Verlust der

Richtungsspezifität der NOT-Zellen des Albinofrettchens durch das gleichzeitige Eintreffen

von normalen und invertierten Richtungssignalen von der Retina verursacht sein könnte?

Diese Frage läßt sich jedoch zur Zeit nicht beantworten, da es keine Informationen über die

Anordnung der retinalen NOT-Eingangsfasern des Frettchens gibt.

In diesem Zusammenhang sind die zwei von der IO antidrom reizbaren NOT-Zellen des

Albinofrettchens zu erwähnen, die eine invertierte Vorzugsrichtung mit einem stark

negativen DS-Index (–0,30 und –0,62; vgl. Abb. 29A) haben. Man könnte sich

beispielsweise vorstellen, daß diese beiden Zellen ausnahmsweise nur ein invertiertes Signal

von der kontralateralen temporalen Hemiretina bekommen und deshalb die invertierte

Vorzugsrichtung haben.

Diese beiden Zellen erinnern an die Befunde von Winterson & Collewijn (1981), die beim

albinotischen Kaninchen unter anderem NOT-Zellen beschreiben, die zwei entgegengesetzte

Vorzugsrichtungen haben. Die Vorzugsrichtung dieser Zellen hängt davon ab, ob sie nur im

anterioren oder nur im posterioren Teil ihres rezeptiven Feldes visuell gereizt werden. Wenn

die visuelle Reizung nur im anterioren Teil des rezeptiven Feldes beschränkt war, bevorzug-

ten die NOT-Zellen die kontraversive Reizrichtung, die im Vergleich zu der Vorzugsrichtung

der meisten NOT-Zellen des pigmentierten Kaninchens invertiert ist. Bei ausschließlicher

Reizung des posterioren Anteils ihres rezeptiven Feldes präferierten dieselben NOT-Zellen

die ipsiversive, d.h. die normale, Reizbewegungsrichtung. Unter den beiden Annahmen, daß

der NOT-Ausgang beim Albinokaninchen nicht gestört ist, sondern nur der NOT-Eingang,

und daß beim pigmentierten Kaninchen eine retinale Projektion zum ipsilateralen NOT

existiert (vgl. jedoch Klooster et al., 1983), die beim Albinokaninchen nach kontralateral

„umgeleitet“ wird, erklären Winterson & Collewijn (1981) diesen Befund durch ein

invertiertes Richtungssignal, das den NOT-Zellen von der Retina übermittelt wird. Fasern

Diskussion 142

aus der temporalen Hemiretina, die im Normalfall (d.h. beim pigmentierten Kaninchen) eine

retinale Bildverschiebung („retinal slip“) auf der temporalen Hemiretina zum ipsilateralen

NOT melden, kreuzen fälschlicherweise am optischen Chiasma des Albinos und übermitteln

das "richtige" Signal zum "falschen" NOT. Dies führt dazu, daß die NOT-Zellen eine

kontraversive Reizbewegung als eine ipsiversive interpretieren und den falschen Nystagmus

auslösen. Auf der Verhaltensebene wird, wie im Verhaltensteil schon diskutiert, der

invertierte Nystagmus beobachtet, wenn das Albinokaninchen nur im frontalen Gesichtsfeld

optokinetisch gereizt wird (Collewijn et al., 1978). Dieselbe Erklärung kann auch für den

invertierten Nystagmus der Albinoratten von Sirkin et al. (1985) und der hypopigmentierten

Mäuse von Mangini et al. (1985) gegeben werden.

Deshalb zwingt sich an dieser Stelle die Frage auf, ob die invertierte Vorzugsrichtung der

beiden NOT-Zellen des Albinofrettchens ebenfalls durch ein invertiertes Richtungssignal

von der Retina verursacht sein könnte? Zur Zeit ist eine eindeutige Beantwortung dieser

Frage nicht möglich. Die bisherigen Befunde sprechen eher gegen die Existenz eines

invertierten Signals:

• Die invertierte Vorzugsrichtung dieser beiden NOT-Zellen wurde gefunden, als die

optokinetische Reizung nicht nur auf das frontale Gesichtsfeld beschränkt war, sondern

sich auch auf weite Teile des temporalen Gesichtfeldes erstreckte.

• Als bei einem anderen Albinofrettchen die optokinetische Stimulation probeweise auf das

frontale (oder temporale) Gesichtsfeld beschränkt wurde, erlangten die von der IO

identifizierten NOT-Zellen keine Richtungsspezifität mit invertierter (oder normaler)

Vorzugsrichtung (unpublizierte Beobachtung). Diese Beobachtung unterstützt auch die

Schlußfolgerung aus dem Ergebnis des monokularen Perimetrietests: Die Schlußfolgerung

war, daß die aberrante Projektion der temporalen Hemiretina zum kontralateralen SC

funktionell unterdrückt ist und deshalb auch die aberrante Projektion zum kontralateralen

NOT ebenfalls funktionell unterdrückt sein sollte. Daraus ergab sich die Spekulation, daß

die optokinetische Reizung der temporalen Hemiretina (Teilfeldstimulation) keinen

invertierten hOKN auslösen sollte. Die entsprechende Spekulation für die Physiologie ist,

daß die optokinetische Reizung der temporalen Hemiretina keine invertierte

Vorzugsrichtung im NOT hervorrufen sollte.

• Hinzu kommt, daß die Verhältnisse beim Kaninchen ohnehin anders sein müssen als beim

Frettchen. Denn ca. 25% der NOT-Zellen haben selbst beim pigmentierten Kaninchen eine

invertierte Vorzugsrichtung (Pettorossi & Troiani, 1983; Maekawa et al., 1984). Beim

Diskussion 143

pigmentierten Frettchen sind bis dato keine NOT-Zellen mit invertierter Vorzugsrichtung

beschrieben.

Abschließend kann zusammenfassend festgestellt werden:

• Es ist nicht nachgewiesen, ob die retinalen Ganglienzellfasern des Frettchens, die den NOT

innervieren, richtungsspezifisch sind. Da die entsprechenden Fasern bzw. Ganglienzellen

bei der Katze und beim Kaninchen richtungsspezifisch sind, würde man jedoch erwarten,

daß sie auch beim Frettchen richtungsspezifisch sind.

• Die Richtungsunspezifität der NOT-Ausgangsneuronen des Albinofrettchens kann nicht

durch einen in Bezug auf die Vorzugsrichtung ungeordneten retinalen Eingang begründet

werden, da diesbezügliche Untersuchungen noch nicht durchgeführt wurden. Unter der

Annahme jedoch, daß der retinale NOT-Eingang richtungsspezifisch ist, erscheint eine

solche Begründung grundsätzlich wegen des aberraten Faserverlaufs aus den temporalen

Hemiretinae sehr wahrscheinlich.

• Die invertierte Vorzugsrichtung der beiden NOT-Zellen des einen Albinofrettchens kann

zur Zeit ebenfalls nicht erklärt werden. Eine Erklärung durch ein invertiertes Signal von

der kontralateralen temporalen Hemiretina erscheint eher unwahrscheinlich, kann aber

nicht ausgeschlossen werden.

• Weitere Untersuchungen sind notwendig, um den Beitrag der Retina zur Determination der

Richtungsspezifität des NOT abschließend beurteilen zu können.

F. Das morphologische Korrelat zur Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen

Zu Beginn der Diskussion wurde der NOT selbst als dritter möglicher Ort in Betracht

gezogen, an dem die Richtungsspezifität der NOT-Ausgangsneuronen beim pigmentierten

Frettchen determiniert werden könnte. In diesem Falle müßte die Existenz von speziellen

intrinsischen Verschaltungen im NOT angenommen werden, da sie bis heute nicht

nachgewiesen sind (Horn & Hoffmann, 1987). Beim Albinofrettchen wäre es dann sehr

wahrscheinlich, daß seine richtungsunspezifischen NOT-Ausgangsneuronen auch

anatomisch verändert sind. Eine mögliche Ursache für eine anatomische Veränderung wäre,

daß die NOT-Neuronen während einer kritischen Phase ihrer Reifung zur Entwicklung ihrer

Richtungsspezifität einen spezifischen retinalen und / oder kortikalen Eingang benötigten,

der beim Albinofrettchen möglicherweise nicht vorhanden ist. Aus diesen Überlegungen

Diskussion 144

heraus ergibt sich die Hypothese, daß ein morphologisches Korrelat zur Richtungsunspezifi-

tät der NOT-Zellen des Albinofrettchens existiert.

Die Überprüfung dieser Hypothese wurde von Telkes et al. (2001) mit histologischen

Methoden an gleichaltrigen albinotischen und pigmentierten Frettchen unternommen. Sie

markierten retrograd die NOT-Zellen mit Hilfe von Meerrettichperoxidase- und Biocytin-

Dextran-Injektionen in die ipsilaterale IO. Damit entsprechen die von Telkes et al. (2001)

untersuchten NOT-Zellen genau den sogenannten Bildverschiebungsneuronen, die in der

vorliegenden Arbeit anhand ihrer antidromen Reizbarkeit von der IO identifiziert wurden.

Ihre Versuchstiere stammten aus derselben Kolonie, wie die in der vorliegenden Arbeit

untersuchten Tiere. Einige ihrer Tiere stellen eine Teilmenge der in dieser Arbeit verwandten

Tiere dar. Der von Telkes et al. (2001) durchgeführte morphologische Vergleich zwischen

den NOT-Zellen des albinotischen und pigmentierten Frettchens belegt tatsächlich

signifikante Unterschiede zwischen den beiden Tiergruppen. Die NOT-Zellen des Albino-

frettchens haben signifikant weniger und signifikant kürzere Dendriten als die NOT-Zellen

des pigmentierten Frettchens. Damit einhergehend findet man bei den NOT-Zellen des

Albinofrettchens kein oder ein viel schwächeres dendritisches Netzwerk als bei den NOT-

Zellen des pigmentierten Frettchens.

In diesem Kontext sollten nochmals die Häufigkeitsverteilungen der antidromen Reiz-

latenzen von der IO der NOT-Zellen des albinotischen (Abb. 29B) und pigmentierten

(Abb. 29D) Frettchens betrachtet werden. Der RANG-SUMMEN-TEST zeigte hinsichtlich der

Mediane zwar keinen signifikanten Unterschied zwischen den Reizlatenzen der beiden

Tiergruppen. Beim Albinofrettchen wurde aber eine Tendenz zu längeren Latenzen

beobachtet. Diese Tendenz kann als Indiz dafür angesehen werden, daß die zur IO ziehenden

Axone etwas dünner sind als beim pigmentierten Frettchen. Dies würde einen weiteren

morphologischen Unterschied zwischen den NOT-Neuronen des albinotischen und des

pigmentierten Frettchens bedeuten, der allerdings nur durch elektronenmikroskopische

Untersuchungen eindeutig nachgewiesen werden könnte. Andererseits scheint es keinen

Unterschied zu geben hinsichtlich der Stärke der NOT-IO-Verbindung, denn es konnten bei

beiden Tiergruppen in der gleichen prozentualen Größenordnung prätektale Zellen von der

IO antidrom gereizt werden [81% (30 von 37) bei den albinotischen und 83% (24 von 29) bei

den pigmentierten Frettchen]. Dieser Befund steht wiederum mit dem Befund von Telkes et

al. (2001) in Einklang, wonach sie in beiden Tiergruppen gleichviele NOT-Zellen von der

ipsilateralen IO retrograd markiert haben.

Zusammenfassung 145

Zusammenfassung

1. Teil I: Verhalten

• Die Verhaltensexperimente testeten die Auslösbarkeit des horizontalen optokinetischen

Nystagmus (hOKN) bei albinotischen und pigmentierten Frettchen. Hierzu wurden die

horizontalen Augenbewegungen der Frettchen während optokinetischer Ganzfeldreizung

mittels unkalibrierter Elektrookulographie (EOG) vermessen. Die Reizungen erfolgten in

der optokinetischen Trommel mit zwei unterschiedlichen Zufallspunktemustern

(Punktgröße: 2,3° und 10,7° Sehwinkel) und unterschiedlichen Reizgeschwindigkeiten (5,

10, 20, 50 und 100°/s).

• Das Vermessen der spontanen Augenbewegungen bei stehender Trommel deckte beim

albinotischen, im Gegensatz zum pigmentierten Frettchen, eine okulomotorische

Instabilität auf.

• Die bino- und monokulare optokinetische Reizung mit dem feinen Reizmuster und die

monokulare Reizung mit dem groben Reizmuster konnten bei den Albinofrettchen, im

Gegensatz zu den pigmentierten Frettchen, keinen hOKN auslösen.

• Die binokulare optokinetische Reizung mit dem groben Reizmuster konnte beim

Albinofrettchen ebenfalls keinen hOKN auslösen, im Gegensatz zum pigmentierten

Frettchen. Allerdings wurde festgestellt, daß die Augen des Albinos, die bei fehlender

optokinetischer Reizung in rein zufälliger Richtung abdriften, bei Reizung mit dem

groben Muster dazu tendieren, in Reizrichtung abzudriften.

• Der Perimetrietest belegt, daß sich das Albinofrettchen unter binokularen Bedingungen

genau so gut orientieren kann, wie das pigmentierte Frettchen. Dieser Befund deutet

darauf hin, daß der optische Apparat des Albinofrettchens intakt und somit nicht für das

okulomotorische Verhaltensdefizit verantwortlich ist.

• Aus den monokularen Perimetriemessungen folgt, daß das Albinofrettchen im Gegensatz

zum pigmentierten Frettchen kein binokulares Gesichtsfeld besitzt. Denn jedes Auge des

Albinos kann nur die ipsilaterale Gesichtsfeldhälfte sehen, jedoch nicht den zentralen

Zusammenfassung 146

Anteil der kontralateralen Gesichtsfeldhälfte, der vom entsprechenden Auge des

pigmentierten Frettchens gesehen wird.

• Bei einigen Versuchstieren wurde mit Hilfe eines implantierten Führungsröhrchens

einseitig Muscimol auf das Prätektum in die Nähe des Nukleus des Optischen Traktes

(NOT) injiziert.

• Die Muscimol-Injektionen führten sowohl bei albinotischen als auch bei pigmentierten

Frettchen zu einem reversiblen Spontannystagmus mit einer langsamen Phase in Richtung

auf die nicht-injizierte Hirnseite. Der Spontannystagmus trat in Dunkelheit und bei

Helligkeit auf und konnte durch die horizontale optokinetische Reizung in der Trommel

nicht sichtbar beeinflußt werden. Die anschließende histologische Untersuchung zeigte,

daß der Spontannystagmus nicht auf eine mechanische Zerstörung des NOT

zurückgeführt werden kann. Dies ist eine Schlußfolgerung, für die auch die vollkommene

Reversibilität des Spontannystagmus spricht. Das Muscimol inaktivierte chemisch den

NOT der injizierten Hirnseite und stellte damit ein Aktivitätsungleichgewicht zwischen

den beiden NOTs her. Weiterhin zeigte der Spontannystagmus, daß der Ausfall des

hOKN, der bei den Albinofrettchen vor der Muscimol-Anwendung mit optokinetischer

Ganzfeldreizung festgestellt wurde, nicht durch einen dem NOT nachfolgenden

visuomotorischen Defekt begründet werden kann. Folglich müßte der neuronale Defekt

im NOT selbst und / oder dem NOT vorgeschaltet sein.

• Bei Betrachtung aller Befunde wird die Schlußfolgerung gezogen, daß das albinotische

Frettchen aufgrund eines Defektes im visuellen System optokinetisch blind ist.

2. Teil II: Neurophysiologie

a) Richtungsunspezifität der NOT-Neuronen

Nach der Entdeckung der optokinetischen Blindheit der Albinofrettchen und der

Eingrenzung des zugrundeliegenden Defektes mit Verhaltensexperimenten, stellte sich die

Frage nach einem physiologischen Korrelat dieses Defektes. Da der NOT mit seinen, im

Normalfall richtungsspezifischen Ausgangsneuronen innerhalb des neuronalen hOKN-

Schaltkreises eine grundlegende Rolle spielt, wurde er das Ziel der elektrophysiologischen

Untersuchungen:

• Es kann festgehalten werden, daß die zwölf untersuchten Albinofrettchen — im

Gegensatz zu den fünf pigmentierten Frettchen — signifikant weniger (fast keine)

richtungsspezifische NOT-Neuronen besitzen. Diese Richtungsunspezifität der NOT-

Zusammenfassung 147

Neuronen stellt das physiologische Korrelat der optokinetischen Blindheit der

Albinofrettchen dar. Da diese NOT-Neuronen nicht anhand ihrer Richtungsspezifität

identifiziert werden konnten, wurden sie anhand ihrer antidromen Reizbarkeit von der

ipsilateralen inferioren Olive (IO) identifiziert.

• Die antidromen Reizlatenzen der NOT-Neuronen der beiden Tiergruppen unterscheiden

sich nicht statistisch signifikant voneinander. Es ist jedoch auffällig, daß sie sich beim

pigmentierten Frettchen um einen niedrigeren Wert häufen als beim Albinofrettchen.

b) Kortikaler Eingang der NOT-Neuronen

Das Ziel der Untersuchungen des kortikalen NOT-Eingangs war die Entscheidung, ob der

Kortex bzw. der kortikale NOT-Eingang für den Verlust der Richtungspezifität der NOT-

Zellen des Albinofrettchens verantwortlich ist:

• Beim Albinofrettchen wurden 63% der von der IO antidrom identifizierten NOT-Zellen

orthodrom vom VC gereizt. Der entsprechende Prozentsatz für das pigmentierte Frettchen

kann der Literatur entnommen werden und beträgt 65% (Klauer et al., 1990). Damit sind

bei beiden Tiergruppen prozentual gleichviele NOT-Zellen vom ipsilateralen VC

aktivierbar. Hieraus folgt, daß sich der kortikale NOT-Eingang des Albinofrettchens

hinsichtlich seiner Stärke nicht vom entsprechenden Eingang des pigmentierten

Frettchens unterscheidet. Weiterhin wird aus den gemessenen orthodromen Latenzen

geschlußfolgert, daß sich die beiden Eingänge hinsichtlich ihrer Leitungsgeschwindigkeit

ebenfalls nicht unterscheiden.

• Das Antwortverhalten der NOT-Zellen auf die elektrische Reizung des ipsilateralen VC

ist bei albinotischen und pigmentierten Frettchen gleich. Bei beiden Tiergruppen

antworteten die NOT-Zellen mit zwei bis drei orthodromen Aktionspotentialen auf die

Reizung des VC.

• Im visuellen Kortex des Albinofrettchens findet man richtungsspezifische Neuronen in

der gleichen prozentualen Größenordnung (57% der VC-Zellen mit DS-Index > 0,2) wie

beim pigmentierten Frettchen (55% der VC-Zellen mit DS-Index > 0,2). Hinsichtlich der

Vorzugsstärke der VC-Zellen existiert ebenfalls kein signifikanter Unterschied zwischen

albinotischen und pigmentierten Frettchen.

• Sowohl beim albinotischen als auch beim pigmentierten Frettchen sind unter den

richtungsspezifischen VC-Zellen alle Vorzugsrichtungen gleichmäßig stark repräsentiert.

• Sowohl beim albinotischen als auch beim pigmentierten Frettchen findet man VC-Zellen,

die antidrom vom ipsilateralen NOT reizbar sind. Unter diesen Zellen befinden sich neben

Zusammenfassung 148

richtungsunspezifischen, sowohl schwach richtungsspezifische (niedrige DS-I-Werte) als

auch stark richtungsspezifische (hohe DS-I-Werte) Zellen.

• Die vom NOT antidrom reizbaren VC-Zellen des Albinofrettchens befinden sich in der

kortikalen Schicht V.

• Beim Albinofrettchen waren 32% und beim pigmentierten Frettchen 27% der getesteten

VC-Zellen vom NOT antidrom reizbar. Die gleiche Größenordnung dieser Prozentsätze

unterstützt die obige Schlußfolgerung aus den Befunden der orthodromen Reizung der

NOT-Zellen vom VC, daß sich die kortikalen NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen

hinsichtlich ihrer Stärke nicht voneinander unterscheiden.

• Die vom NOT antidromen Reizlatenzen der VC-Zellen des albinotischen Frettchens

unterscheiden sich nicht signifikant von den entsprechenden Latenzen des pigmentierten

Frettchens. Dieser Befund unterstützt die obige Schlußfolgerung, daß sich die kortikalen

NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen hinsichtlich ihrer Leitungsgeschwindigkeit

ebenfalls nicht voneinander unterscheiden.

c) Retinaler Eingang der NOT-Neuronen

Der retinale NOT-Eingang wurde bei fünf Albinofrettchen untersucht.

• Der Prozentsatz antidrom identifizierter NOT-Zellen, die vom kontralateralen optischen

Nerv (ON) orthodrom reizbar waren, liegt beim Albinofrettchen mit 92% in der gleichen

Größenordnung wie der Prozentsatz richtungsspezifischer NOT-Zellen des pigmentierten

Frettchens (90%, aus Klauer et al., 1990), die ebenfalls vom ON orthodrom reizbar

waren. Hieraus wird die Schlußfolgerung gezogen, daß sich die retinalen NOT-Eingänge

bei beiden Tiergruppen hinsichtlich ihrer Stärke nicht unterscheiden.

• Die Häufigkeitsverteilungen der orthodromen Reizlatenzen vom ON unterscheiden sich

nicht zwischen dem albinotischen und dem pigmentierten Frettchen. Hieraus folgt die

Schlußfolgerung, daß sich die retinalen NOT-Eingänge der beiden Tiergruppen auch

hinsichtlich ihrer Leitungsgeschwindigkeit nicht unterscheiden.

• Das Antwortverhalten der NOT-Zellen auf die elektrische Reizung des ON läßt keinen

Unterschied zwischen albinotischen und pigmentierten Frettchen erkennen. Bei beiden

Tiergruppen antworteten die NOT-Zellen mit zwei bis fünf orthodromen Aktions-

potentialen auf die Reizung des ON.

• Obwohl die bisherigen elektrophysiologischen Daten vom Albinofrettchen mit den

entsprechenden Daten vom pigmentierten Frettchen übereinstimmen, wird das

physiologische Korrelat der fehlenden Richtungsspezifität der NOT-Zellen des Albino-

Zusammenfassung 149

frettchens in einem retinalen Defekt vermutet. Hier könnten die zum NOT projizierenden

Ganglienzellen ihre Richtungsspezifität verloren haben, oder aber ihre unspezifische

Projektion läßt keine eindeutige ipsiversive Vorzugsrichtung im NOT entstehen.

Literaturverzeichnis 150

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163

Danksagung

Mein größter Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. K.-P. Hoffmann für die Aufgabe

dieses anspruchsvollen und interessanten Themas, für die Aufnahme in das

Graduiertenkolleg KOGNET, ganz besonders aber für die intensive Betreuung bei den

elektrophysiologischen Experimenten und nicht zuletzt für seine Geduld.

Ebenso möchte ich mich beim Graduiertenkolleg KOGNET III für die lehrreichen und

inspirierenden Veranstaltungen bedanken. In diese Danksagung schließe ich die Deutsche

Forschungsgemeinschaft ein, die mich im Rahmen von KOGNET drei Jahre lang finanziell

unterstützte.

Für ihre Unterstützung und Beratung bei der Durchführung und Aufrechterhaltung der

Narkose schulde ich großen Dank Frau PD Dr. C. Distler. Sie hat mir oft aus der Not

geholfen.

Freundlichst bedanke ich mich bei Herrn H. Korbmacher für die kontinuierliche technische

Unterstützung, insbesondere für die Herstellung der Mikroelektroden. Weiterhin bedanke ich

mich für die technische Unterstützung bei Herrn G. Reuter und Herrn B. Thüner aus der

Feinmechanik-Werkstatt und bei Herrn G. Tinney und Herrn H. Marquardt aus der

Elektronik-Werkstatt.

Für die Betreuung der EDV möchte ich mich auch bei Herrn W. Junke bedanken, dem ich

mich besonders verpflichtet fühle.

Desweiteren spreche ich meinen Dank aus an Frau M. Möllmann und S. Krämer für die Hilfe

in der Histologie und an die beiden Tierpfleger, Herrn V. Rostek und Frau M. Schmidt, für

die Betreuung der Frettchen. Für die Assistenz bei der Durchführung des Perimetrietests

danke ich Frau H. Pollmann und insbesondere Frau M. Bronzel, mit der ich das Training der

Tiere optimieren konnte.

Zum Schluß wendet sich mein Dank an alle namentlich nicht genannten Mitarbeiter des

Lehrstuhls Allgemeine Zoologie und Neurobiologie — insbesondere an Herrn M. Klar und

an die Sekretärinnen, Frau M. Vogt, Frau V. Grau und Frau A. Bauswein.

Meinen Zimmergenossen L. Lünenburger, W. Lindner und Dr. D. Kutz danke ich für die

angenehme Arbeitsatmosphäre, die ich besonders zu schätzen wußte.

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Curriculum vitae

Persönliche Daten

Name: Nikolaos Garipis

Geburtstag: 23.05.1969

Geburtsort: Serres (Griechenland)

Familienstand: verheiratet

Schulausbildung

Sept. 1975 - Jun. 1980 Volksschule in N. Souli (Serres / Griechenland)

Sept. 1980 - Juli 1986 Hauptschule, Bochum; Abschluß: Sekundarabschluß I

Sept. 1986 - Mai. 1989 Städtisches Gymnasium Schiller-Schule, Bochum; Abschluß: Abitur

Akademische Ausbildung

Okt. 1989 - Jan. 1998 Ordentlicher Studierender der Biologie an der Ruhr-Universität

Bochum

Nov. 1996 - Nov. 1997 Diplomarbeit: „Neuronale Grundlagen des veränderten

optokinetischen Reflexes bei albinotischen Säugern“, angefertigt am

Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie, Ruhr-

Universität Bochum; Betreuer: Prof. Dr. K.-P. Hoffmann

seit Jan. 1998 Doktorand am Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und

Neurobiologie, Ruhr-Universität Bochum

Jan. 1998 - Dez. 2000 Stipendiat im Graduiertenkolleg „Kognition, Gehirn und Neuronale

Netze“ (KOGNET III), Ruhr-Universität Bochum

seit Jan. 2001 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Allgemeine

Zoologie und Neurobiologie, Ruhr-Universität Bochum

Veränderungen des neuronalen Schaltkreises des ... · Solange die horizontale optokinetische...

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