Polarisationsoptische Methodik zur Herstellung eines 3D Fasermodells des menschlichen Hirnstamms

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur dreidimensionalen Darstellung von Nervenfaserbahnen im Hirnstamm des adulten menschlichen Gehirns. Hierzu wird ein neues polarisationsoptisches Verfahren entwickelt, das sich die polarisationsoptischen Eigenschaften der Myelinscheiden zunutze macht und erlaubt, den Nervenfaserverlauf in ungefärbten histologischen Schnitten des Gehirns darzustellen und zu beurteilen. Ein in Formalin fixiertes Gehirn wird zunächst makroskopisch präpariert und anschließend seriell in Schnitte à 100 μm Dicke geschnitten. Von jedem einzelnen Gehirnschnitt werden mit Hilfe einer eigens entwickelten polarisationsoptischen Apparatur und einer Digitalkamera polarisationsoptische Bildsequenzen erzeugt. Anhand dieser sequenzierten Bilder werden mit Hilfe eines Bildverarbeitungsprogramms Neigungs- (über die Tiefe des Präparats) und Richtungswinkel (in der Schnittebene des Präparats) der Nervenfasern automatisiert errechnet. Für jede Gewebescheibe wird dann eine Karte der Faserrichtungswinkel und der Faserneigungswinkel erstellt, die sogenannte Faserorientierungskarte. Aus den Faserorientierungskarten der Hirnschnitte wird dann über eine euklidische Formel die Ausrichtung der Präparate zueinander berechnet und diese werden als dreidimensionales Hirnstammmodell rekonstruiert. Manuell werden anhand der Faserorientierungskarten an jedem Schnitt spezifische Faserbündel segmentiert. Die manuelle Segmentierung erfolgt wegen der individuell notwendigen neuroanatomischen Beurteilung der verschiedenen Verläufe der Faserbündel. Abschließend werden aus den segmentierten Faserkarten dreidimensionale digitalisierte Modelle der Faserbahnen des Hirnstamms generiert (Pyramidenbahn, Lemniscus medialis, Tractus spinothalamicus, Fasciculus longitudinalis medialis, etc.). Die in dieser Arbeit aufgezeigte Darstellung von Nervenfaserbahnen in Hochauflösung mittels polarisierten Lichts gestattete einen ersten dreidimensionalen Prototyp eines 3D-Hirnstammatlas zu generieren

Phycocyanin-specific absorption coefficient: Eliminating the effect of chlorophylls absorption

The applicability of algorithms for estimation of phycocyanin (PC) concentration based on light spectral reflectance heavily depends on the specific absorption of the pigment. But the determination of PC-specific absorption coefficient is not a straightforward task, as PC optical activity is overlapped by absorption of chlorophylls. The aim of our study was to determine a*PC(625)—the specific absorption coefficient of PC at 625 nm, in samples with PC concentrations ranging from 0.5 mg m-3 to 126.4 mg m-3 and varying proportions of chlorophylls a, b, and c in the samples. The effect of chlorophylls was subtracted from total absorption at 625 nm using Chl a absorption at 675 nm as a reference; the contribution of the chlorophylls was computed on the basis of their relative absorption at 625 nm and concentrations. The major effect on the precision of a*PC (625) determination was imposed by Chl a absorption, but the effect of the accessory chlorophylls ought to be accounted for in order to arrive at reliable PC-specific absorption values. a*PC (625) varied widely, from 0.002 mg m-2 to 0.027 mg m-2, and decreased with increase of PC concentration. As PC concentration exceeded 10 mg m-3, a*PC (625) was almost invariable, slightly oscillating around 0.007 mg m22 and similar to PC specific absorption coefficient estimated by alternative methods. It is clear that a universal value is unfeasible, but a*PC (625) of 0.007–0.008 mg m22 seems an appropriate value for use in algorithms destined for estimation of phycocyanin in typical mesotrophic and eutrophic inland waters dominated by cyanobacteria

Neuroanatomic FiberOrientationMaps (FOMs) Acquisition, Segmentation, Visualisation, andImageAlignment Hubertus Axer

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Toxicant induced changes on delayed fluorescence decay kinetics of cyanobacteria and green algae: a rapid and sensitive biotest.

Algal tests have developed into routine tools for testing toxicity of pollutants in aquatic environments. Meanwhile, in addition to algal growth rates, an increasing number of fluorescence based methods are used for rapid and sensitive toxicity measures. The present study stresses the suitability of delayed fluorescence (DF) as a promising parameter for biotests. DF is based on the recombination fluorescence at the reaction centre of photosystem II, which is emitted only by photosynthetically active cells. We analyzed the effects of three chemicals (3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU), 3,5 Dichlorophenol (3,5 DCP) and copper) on the shape of the DF decay kinetics for potential use in phytoplankton toxicity tests. The short incubation tests were done with four phytoplankton species, with special emphasis on the cyanobacterium Microcystis aeruginosa. All species exhibited a high sensitivity to DCMU, but cyanobacteria were more affected by copper and less by 3,5 DCP than the tested green algae. Analyses of changes in the DF decay curve in response to the added chemicals indicated the feasibility of the DF decay approach as a rapid and sensitive testing tool

Correlation of DF parameters and growth.

<p>Correlation between the DF parameters ΔDF, DFI_30min, DFI_24h with growth inhibition at day 3 (squares) and day 9 (circles) for <i>M. aeruginosa</i> (opened symbols) and <i>D. subspicatus</i> (filled symbols) as well as linear fits for <i>M. aeruginosa</i> (grey, dotted day 3, dashed day 9) and <i>D. subspicatus</i> (black, solid day 3, short dashed day 9) ) for the tested chemicals A) copper, B) DCMU, C) 3,5 DCP.</p

Delayed fluorescence (DF) decay kinetic and its use as a physiological parameter.

<p>Normalized DF decay kinetic of the control (black) and after incubation with 10⁻⁶M Cu²⁺ (black, dashed) for <i>M. aeruginosa</i> (HUB018); inlet shows residuals of c – t, summed up as ΔDF.</p