Aus dem Institut fr Zellbiologie und Tierkologie

der Tierrztlichen Hochschule Hannover

und der Klinik fr Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde

der Medizinischen Hochschule Hannover

Untersuchungen zur Plastizitt der laminren Dendriten

im auditorischen Cortex von

akustisch deprivierten sowie chronisch elektrisch intracochler stimulierten

Hauskatzen (Felis domestica)

INAUGURAL-DISSERTATION

zur Erlangung des Grades einer Doktorin

(Dr. med. vet.)

durch die Tierrztliche Hochschule Hannover

Vorgelegt von

Heike Rieger

aus Bremen

Hannover 2004

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. rer. nat. G. Bicker

fr die Tierrztliche Hochschule Hannover

Prof. Dr. rer. nat. G. Reuter

fr die Medizinische Hochschule Hannover

1. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. G. Bicker

2. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. E. Zimmermann

Tag der mndlichen Prfung: 24.11.2004

PHLQHQ(OWHUQ*\QQ\XQG)XVVHO

Abkrzungsverzeichnis

i

Abkrzungsverzeichnis

AI primres auditorisches Feld

AII sekundres auditorisches Feld

AAF anteriores auditorisches Feld

AC auditorischer Cortex

AES anteriorer ectosylvanischer Sulcus

AVNC anteriorer ventraler Nucleus cochlearis

CAP zusammengesetztes Aktionspotential des Hrnerven (compound action

potential)

CF charakteristische Frequenz

CI Cochlea-Implantat

CIS-Strategie continuous interleaved sampling-Strategie

dB Dezibel

DNC dorsaler Nucleus cochlearis

DiA 4-Di-16-ASP, Dialkylaminosteryl

DiI DiIC18(3), 1,1-dioctadecyl-3,3,3,3-tetramethylindo-carbocyanine

perchlorate, Dialkylcarbocyanin

DNLL dorsaler Nucleus des lateralen Lemniscus

FAEP frhe akustisch evozierte Potentiale

FEEP frhe elektrisch evozierte Potentiale

FITC Fluoresceine-isothiocyanate

fMRI funktionelle Magnetresonanztomographie

Hz Hertz

IC inferiorer Colliculus

ICC Nucleus centralis des inferioren Colliculus

IHC innere Haarzellen (inner hair cells)

INLL intermedirer Nucleus des lateralen Lemniscus

KGW Krpergewicht

kHz Kilohertz

LL Nucleus lemnisci lateralis, lateraler Lemniscus

LSO lateraler superiorer Olivenkern

MGB Corpus geniculatum mediale (medial geniculate body) MSO medialer superiorer Olivenkern

Abkrzungsverzeichnis

ii

MW Mittelwert

NC Nucleus cochlearis

OHC uere Haarzellen (outer hair cells)

p Irrtumswahrscheinlichkeit

PAF posteriores auditorisches Feld

PBS phosphate balanced salt

PEG posteriorer ectosylvanischer Gyrus

PCIT portabler Cochlea-Implantat Tester

PES posteriorer ectosylvanischer Sulcus

PFA Paraformaldehyd

PVNC posteriorer ventraler Nucleus cochlearis

SOC superiorer Olivenkomplex

SPL Lautstrke (sound pressure level)

SSS suprasylvanischer Sulcus

RITC Rhodamine-B-isothiocyanate

VAF ventrales auditorisches Feld

VNLL ventraler Nucleus des lateralen Lemniscus

VPAF ventroposteriores auditorisches Feld

VPON ventraler periolivrer Kern

A Mikroampere

Inhaltsverzeichnis

I

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG 11

2. LITERATURBERSICHT 13

2.1 Die Anatomie des Hrorgans 13

2.2 Die Grundlagen des Hrvorgangs 15

2.2.1 Das physiologische Hren 15

2.2.2 Das Hren mit dem Cochlea-Implantat 17

2.3 Die afferente Hrbahn 18

2.4 Der auditorische Cortex 21

2.4.1 Die Lage und makroskopische Anatomie des auditorischen Cortex 21

2.4.2 Der histophysiologische Aufbau des auditorischen Cortex 24

2.4.2.1 Die tonotope Organisation der auditorischen Felder 24

2.4.2.2 Die detaillierte Verteilung der afferenten Projektionen 25

2.4.2.3 Die intra- und intercorticalen Verbindungen

des auditorischen Cortex 28

2.4.3 Die Cytoarchitektur und neuronale Organisation des

auditorischen Cortex 31

2.5 Die Vernderungen im auditorischen System der Katze 38

2.5.1 Die physiologische Entwicklung und Ausreifung des

auditorischen Systems 38

2.5.1.1 Das Hrorgan und die afferente Hrbahn 38

2.5.1.2 Der auditorische Cortex 38

2.5.2 Die plastischen Umstrukturierungen im auditorischen System nach

neonataler akustischer Deprivation 40

2.5.2.1 Das Hrorgan und die afferente Hrbahn 41

2.5.2.2 Der auditorische Cortex 43

Inhaltsverzeichnis

II

2.5.3 Die plastischen Umstrukturierungen im auditorischen System nach

neonataler akustischer Deprivation und anschlieender chronischer

elektrischer intracochlerer Stimulation 45

2.5.3.1 Das Hrorgan und die afferente Hrbahn 45

2.5.3.2 Der auditorische Cortex 46

2.6 Die Ziele der Untersuchung 48

3. MATERIAL UND METHODEN 49

3.1 Material 49

3.1.1 Die Versuchstiere 49

3.1.2 Die Sachmaterialien 51

3.1.2.1 Die Pharmaka 51

3.1.2.2 Die Chemikalien 51

3.1.2.3 Die Verbrauchsmaterialien 52

3.1.2.4 Die Gebrauchsgegenstnde 52

3.1.2.5 Die technische Ausstattung 53

3.2 Methoden 53

3.2.1 Die experimentelle neonatale Ertaubung der Katzen 53

3.2.2 Die Implantation der elektronischen Innenohrprothesen in neonatal

experimentell ertaubte Katzen 54

3.2.3 Die chronische elektrische intracochlere Stimulation

der neonatal ertaubten, implantierten Katzen 55

3.2.4 Die histologische Aufbereitung des auditorischen Cortex 56

3.2.5 Die Fluoreszenzfarbstoff-Tracingtechnik 56

3.2.5.1 DiA/DiI als neuronale Tracer 57

3.2.5.2 Die Methode der DiA/DiI-Frbung 57

3.2.6 Die Anfertigung der Gewebeschnitte 59

3.2.7 Die Methode der Kresyl-Violett-Frbung (NISSL-Ersatzfrbung) 61

3.2.8 Die histologisch-morphologische Auswertung des auditorischen Cortex 62

3.2.9 Die statistische Analyse 65

Inhaltsverzeichnis

III

4. ERGEBNISSE 66

4.1 Die Morphometrie der Dendriten der Laminae I bis VI im

auditorischen Cortex 66

4.1.1 Horizontale Dendritenverlufe im AAF, AI und AII 66

4.1.1.1 Hrende Versuchstiergruppe 66

4.1.1.2 Ertaubte Versuchstiergruppe 67

4.1.1.3 Chronisch elektrisch intracochler stimulierte

Versuchstiergruppe 68

4.1.2 Diagonale Dendritenverlufe im AAF, AI und AII 69

4.1.2.1 Hrende Versuchstiergruppe 70

4.1.2.2 Ertaubte Versuchstiergruppe 71

4.1.2.3 Chronisch elektrisch intracochler stimulierte

Versuchstiergruppe 72

4.1.3 Vertikale Dendritenverlufe im AAF, AI und AII 73

4.1.3.1 Hrende Versuchstiergruppe 73

4.1.3.2 Ertaubte Versuchstiergruppe 74

4.1.3.3 Chronisch elektrisch intracochler stimulierte

Versuchstiergruppe 75

4.2 Der direkte Vergleich der Laminae zwischen der hrenden, neonatal

ertaubten sowie chronisch elektrisch intracochler stimulierten

Versuchstiergruppen im AAF, AI und AII 76

4.3 Eine Zusammenfassung der Ergebnisse 76

5. DISKUSSION 80

5.1 Material und Methoden 80

5.2 Die Morphometrie der Dendriten der Laminae I bis VI im AAF, AI und AII

normal hrender Katzen 85

5.3 Die Auswirkungen einer experimentell induzierten neonatalen akustischen

Deprivation auf die Morphometrie der Dendriten der Laminae I bis VI

im AAF, AI und AII der Katze 88

Inhaltsverzeichnis

IV

5.4 Die Auswirkungen einer chronischen elektrischen intracochleren

Stimulation auf die Morphometrie der Dendriten der Laminae I bis VI

im AAF, AI und AII der Katze 94

5.5 Die Schlussfolgerungen 98

6. ZUSAMMENFASSUNG 100

7. SUMMARY 102

8. LITERATURVERZEICHNIS 104

9. ANHANG 121

9.1 Das Cochlea-Implantat 121

9.2 Die chronische elektrische intracochlere Stimulation 122

9.3 Die berprfung des Hrstatus durch Messung der frhen

akustisch (FAEP) und elektrisch (FEEP) evozierten Potentiale 123

9.4 Die tglichen Krpergewichtszunahmen der Versuchstiere 125

9.5 Die Herstellung der verwendeten Chemikalien-Lsungen 127

9.5.1 PBS-Lsung (Perfusionslsung) 127

9.5.2 Paraformaldehyd-Lsung (Fixationslsung) 127

9.5.3 Agar agar (Verschluss- und Einbettmedium) 128

9.5.4 Kresyl-Violett-Frbelsung (Nissl-Ersatzfrbung) 128

9.5.5 Mowiol (Eindeckelmedium) 128

9.6 Die Fluoreszenz-Farbstoffe DiA und DiI 129

9.6.1 Die Struktur des DiA 129

9.6.2 Das Absoptions- und Emissionsspektrum des DiA 129

9.6.3 Die Struktur des DiI 130

9.6.4 Das Absoptions- und Emissionsspektrum des DiI 130

Inhaltsverzeichnis

V

9.7 Die Daten der Auswertung 131

9.7.1 Das primre auditorische Feld (AI) 131

9.7.1.1 Hrende Tiere (Prozent) 131

9.7.1.2 Neonatal ertaubte Tiere (Prozent) 131

9.7.1.3