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Ideale universelle Nucleosid-Analoga könnten im Hinblick auf therapeutische Oligonucleotide einen Fortschritt in der Entwicklung darstellen. Zudem bieten solche Nucleosidanaloga auch aus synthetischer Sicht Vorteile: Durch ihre Struktur sind chemische Modifikationen – wie beispielsweise Modifizierungen an der Zuckereinheit – leichter zugänglich, als bei den natürlichen Nucleosiden. Ein Ziel der vorliegenden Doktorarbeit bestand darin, bereits bekannte universelle Nucleosidbausteine solchermaßen zu modifizieren, das bei ihrer Anwendung in Oligonucleotiden ihre Vorteile besser zum Tragen kommen. Vor diesem Hintergrund besaßen vor allem protonierbare 2´-O-Modifikationsmotive eine besondere Relevanz. Im Vergleich zur bereits bekannten 2´-O-Aminoethyl-Modifikation des 4,6-Difluorbenzimidazol-Nucleosidbausteins konnte eine um eine Methyleneinheit längere 2´-O-Aminopropylfunktion des Nucleosids hergestellt werden. Dabei wurde eine Syntheseroute eingeschlagen, mit der diese Modifikation in hohen Ausbeuten und hoher Reinheit aus dem 3´-,5´-Markiewicz-geschützten Nucleosid eingeführt werden konnte. Grundlage dieser Modifizierungsmethode ist eine Michael-Addition von Acrylnitril an die 2´-OH-Funktion unter basischen Bedingungen. Damit konnte ein 2´-O-Cyanoethylrest an das Nucleosid geknüpft werden; dieser wurde als Modifikationsmotiv beibehalten und es konnte das entsprechende 3´-Phosphoramidit hergestellt werden. Außerdem lässt sich ein 2´-O-Cyanoethylrest mittels Raney-Nickel-katalysierter Hydrierung in das primäre Amin überführen. Durch diese Michael-Addition-Reduktionssequenz konnte die erwähnte 2´-O-Aminopropylmodifikation in nur zwei Stufen mit einer Gesamtausbeute von über 80 % an das Difluorbenzimidazolnucleosid geknüpft werden. Die 2´-O-Aminopropylfunktion wurde zudem als Ausgangspunkt zur Kupplung weiterer erfolgsversprechender Modifikationsmotiven verwendet: In diesem Ansatz wurden mittels standardisierter Peptidkupplungschemie Carbonsäurederivate an die freie Aminofunktion gekuppelt. Hierdurch waren neuartige 2´-O-Modifizierungen, wie z.B. Lysin- oder auch Laurinsäurekonjugate zugänglich; diese waren über den Propylamidlinker mit dem Nucleosid verbunden. Im Hinblick einer polykationischen Modifizierung konnte auch ein Sperminderivat an die Aminopropylfunktion gekuppelt werden. Sämtliche dieser Konjugate konnten ebenfalls nach mehrstufigen Synthesen in das 3´-Phosphoramidit überführt werden und wurden schließlich erfolgreich in RNA-Oligonucleotide eingebaut. Für den Einbau der 2´-modifizierten universellen Nucleosidanaloga in RNA-Oligonucleotide wurden zunächst kurze 12mer-Sequenzen gewählt, die sich bereits als gute Testsysteme für spektroskopische Untersuchungen herausgestellt haben. Hernach konnten mit diesen Duplexen spektroskopische Untersuchungen wie UV-Schmelzkurvenanalysen und CD-Spektroskopie durchgeführt werden. Zudem stand die biologische Testung dieser Modifikationen in synthetisch zugänglichen siRNA-Oligonucleotiden im Fokus dieser Arbeit. Um die Flexibilität der Konjugationsmethode zu erhöhen konnte auch eine postsynthetische Kupplung an das festphasengebundene RNA-Oligomer etabliert werden. Dies wurde durch den Einbau des geeignet geschützten 2´-Aminopropyl-Nucleosidbausteins in ein RNA-Oligomer erreicht: Durch einfache Zugabe von Bocanhydrid in den Reduktionsansatzes gelang eine simultane Boc-Schützung des 2´-O-Aminopropylderivats in quantitativer Ausbeute. Diese Prozedur konnte auch auf ein 7N-Purinnucleosidanalogon übertragen werden, welches im Hinblick auf die thermodynamische Stabilisierung eines RNA-Duplexes einem 4,6-Difluorbenzimidazolbaustein gegenüber überlegen zu sein scheint. Die Boc-geschützen Derivate wurden als Phosphoramidite in die automatisierte Festphasensynthese von Oligonucleotiden eingesetzt. Der große synthetische Vorteil dieser Methode besteht einerseits in ihrer einfachen Durchführbarkeit, andererseits in ihrer effizienteren und ökonomischeren Vorbereitung: Es muss nur jeweils ein Phosphoramiditbaustein (mit Boc-geschützter 2´-O-Aminopropylfunktion) synthetisiert und in ein Oligonucleotid eingebaut werden. Sowohl mit dem 4,6-Difluorbenzimidazolnucleosid, als auch mit seinem 7N-Purin-Pendant konnten erfolgreiche Festphasenkupplungen durchgeführt werden. Im Hinblick auf die thermodynamischen Eigenschaften konnten vor allem für das 7N-Purinnucleosid interessante Resultate erzielt werden: Das via Festphasenkupplung erhaltene RNA-12mer, welches eine Argininmodifikation am 2´-O-Aminopropyl-7N-Purinnucleosid trägt, zeigt eine im Vergleich zum unmodifizierten A-U-Basenpaar ähnliche Stabilität bei leicht erhöhtem Tm-Wert. Um den Ursprung dieses Effekts genauer zu ergründen wären weitere thermo-dynamische Untersuchungen anhand des 7N-Purinbausteines z.B. mit anderen Modifikations-motiven oder auch an unterschiedlichen Positionen im Oligomer sinnvoll.
Die vorliegende quasiexperimentelle Studie geht der Frage nach, welche kognitiven Merkmale sich im hohen Alter als trennscharf für die Abgrenzung einer beginnenden Alzheimer-Demenz von einer Major-Depression erweisen. 186 hochaltrige Patienten, die von April 2001 bis April 2007 in einer geriatrischen Abteilung eines Akutkrankenhauses stationär aufgenommen waren, wurden nach einem bewährten Prozedere fünf Untersuchungsgruppen (Kontrollgruppe, Gruppe der Major-Depression, Gruppe der leichten kognitiven Beeinträchtigung, Gruppe der Alzheimer-Demenz und Gruppe der Alzheimer-Demenz mit einer gleichzeitig bestehenden Major-Depression) zugewiesen. Eine sich anschließende neuropsychologische Untersuchung erfasste kognitive Leistungen wie die verzögerte Reproduktion von verbalem Material, Intrusionsfehler, visuell-räumliche Leistungen, formallexikalische und semantische Wortflüssigkeitsleistungen sowie Benennleistungen. Es zeigte sich, dass kognitive Merkmale wie das mittelfristige verbale Neugedächtnis, geprüft über die verzögerte Reproduktionsrate, die semantische Wortflüssigkeit sowie visuelle Benennleistungen wirksam zwischen einer beginnenden Alzheimer-Demenz und einer Major-Depression unterscheiden. Wenig aussagefähig sind dagegen eine quantitative Analyse von Intrusionsfehlern und eine Prüfung visuell-räumlicher Leistungen mit oder ohne expliziten Sprachbezug. Das in der Literatur vielfach beschriebene spezifische kognitive Profil der Depression der deutlich verminderten exekutiven Leistungen konnte in der hier zugrunde liegenden Studie nicht nachgewiesen werden. Kognitive Plastizitätskennwerte wie Retest- oder Trainingseffekte haben sich im Funktionsbereich des Benennens als differenzialdiagnostisch nicht bedeutsam erwiesen. Auch weisen Trainingseffekte keine größere prognostische Validität auf als Retesteffekte. Interessanterweise konnten bei Alzheimer-Patienten im Funktionsbereich des Benennens erwartungskonträre Retest- und Trainingseffekte nicht unerheblichen Ausmaßes gefunden werden. Diese sind auf weitgehend erhaltene perzeptive Priming-Effekte zurückzuführen und weisen bei Alzheimer-Patienten auf Lernressourcen hin, die rehabilitativ genutzt werden sollten. Verminderte konzeptuelle Priming-Effekte deuten auf eine beginnende Alzheimer-Erkrankung hin, was der Differenzialdiagnostik eine neue Perspektive eröffnet. Da ein zufälliges, gemeinsames Auftreten der beiden Krankheitsbilder Major-Depression und beginnende Alzheimer-Demenz nicht auszuschließen ist, bleibt trotz einer sorgfältigen evidenzbasierten Diagnostik insbesondere bei älteren oder hochbetagten Patienten die Abgrenzung von einer beginnenden Alzheimer-Demenz und einer Major-Depression schwierig.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zwei unterschiedliche regenerative Therapieverfahren, nämlich Emdogain® (SMP) und Emdogain® in Kombination mit Straumann BoneCeramic® (SMP/SBC), anhand von prä- und postoperativen, standardisierten Röntgenbildern auf ihre röntgenologisch sichtbare Defektauffüllung von ein- und zweiwandigen infraalveolären Defekten hin zu vergleichen. In fünf über Deutschland verteilten Zentren wurden in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie 68 Patienten therapiert, 33 Fälle mit SMP allein und 35 mit SMP/SBC. Die präoperativen und postoperativ nach einem Zeitraum von zwölf Monaten erstellten Röntgenbilder wurden mittels Flachbettscanner digitalisiert und mit dem Programm SIDEXIS® ausgewertet. Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen wurde die Vorgehensweise des Untersuchers zur Bestimmung der Messwerte vor der Studie anhand von 20 Röntgenaufnahmen einer anderen Studie auf den Leiter der Untersuchung kalibriert. Bestimmt wurden die Messstrecken Schmelz-Zement-Grenze /Restaurationsrand (SZG/RR) zum Defektboden (DB), SZG/RR zum Limbus alveolaris (LA) sowie INFRA. INFRA stellt die Distanz zwischen DB und einer horizontalen Hilfslinie durch den koronalsten Punkt des Alveolarfortsatzes (M3) dar. Schließlich wurde der Defektwinkel (< M3-DB-SZG/RR) bestimmt. Der durchschnittliche Knochenabbau (SZG/RR-DB) der mit SMP/SBC operierten Defekte lag vor der Therapie bei 9,77 ± 3,19 mm und der nur mit SMP behandelten Defekte bei 10,07 ± 2,47 mm. Zwölf Monate nach Therapie konnte eine 13,9 %ige knöcherne Defektauffüllung für Emdogain® allein und 18,1 % für die Kombinationstherapie ermittelt werden. Bezogen auf die infraalveoläre Komponente (INFRA) ist in der Kombinationsgruppe eine 37 %ige (2,19 ± 2,21 mm) und in der SMP-Gruppe eine 26 %ige (1,49 ± 1,89 mm) knöcherne Defektauffüllung erreicht worden. Innerhalb einer Gruppe war die Defektwinkelvergrößerung im Vergleich mit den Ausgangswerten statistisch signifikant, im Gruppenvergleich jedoch nicht. Eine unabhängige statistische Analyse der Ergebnisse mit Hilfe des Wilcoxon- und Mann-Whitney-U-Tests konnte in beiden Gruppen eine statistisch signifikante, wenn auch geringe knöcherne Veränderung des Limbus alveolaris sowie eine Defektwinkelvergrößerung belegen. Diese wurden als Zeichen einer Defekt füllenden, knöchernen Heilung gewertet. Des Weiteren wurde anhand einer multiplen Regressionsanalyse der Einfluss der einzelnen Variablen auf die knöcherne Auffüllung untersucht, wobei sich zeigte, dass die präoperative Größe des infraalveolären Defektes (INFRA) sich statistisch signifikant positiv auf die Defektauffüllung auswirkt. Ein signifikanter Vorteil der Kombinationstherapie gegenüber der alleinigen Anwendung von Emdogain® konnte nicht nachgewiesen werden. Abschließend muss erwähnt werden, dass röntgenologische Studien zur Bewertung regenerativer Verfahren nur als Teilaspekt gewertet werden können. Als Beweis für eine echte Regeneration im Sinne einer Neuformation von Zement, parodontalem Ligament und Knochen sollten röntgenologische Auswertungen mit klinischen Ergebnissen und histologischen Untersuchungen kombiniert werden.
Entnahmestrategien für subgingivale Plaqueproben mittels semiquantitativer Polymerasekettenreaktion
(2008)
Von den etwa 700 verschiedenen Bakterienarten, die die Mundhöhle besiedeln, können etwa 300 Arten subgingival gefunden werden (Paster et al. 2001, 2006), und von diesen sind einige besonders häufig mit parodontaler Destruktion assoziiert (Socransky et al. 1998]. Die wichtigsten Keime sind: Aggregatibacter (früher: Actinobacillus) actinomycetemcomitans (Nørskov-Lauritsen & Kilian 2006), Tannerella forsythia, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia und Treponema denticola (Socransky et al. 1998). Verschiedene Untersuchungen konnten zeigen, dass A. actinomycetemcomitans (AA) in der Ätiologie von aggressiven Parodontalerkrankungen eine besondere Bedeutung zukommt (Bragd et al. 1985). Zahlreiche Untersuchungen konnten zeigen, dass eine mit AA assoziierte Parodontitis durch eine rein mechanische Entfernung des Biofilms von der Wurzeloberfläche nicht zuverlässig erfolgreich behandelt werden kann (Christersson et al. 1985, Kornman & Robertson 1985, Mombelli et al. 1994). Für die Entscheidung, ob zusätzlich zur mechanischen antiinfektiösen Therapie systemisch Antibiotika gegeben werden sollen, hat der Nachweis von AA also Bedeutung. Je nachdem, welche Komplexe subgingivaler Mikroorganismen sich nachweisen lassen, werden unterschiedliche Antibiotikaregime vorgeschlagen (Beikler et al. 2004). Ziele dieser Studie: Vergleich von Nachweishäufigkeit und Keimzahl nach Auswertung von gepoolten subgingivalen Plaqueproben mittels semiquantitativer PCR aus den tiefsten Taschen jedes Quadranten bzw. Sextanten. Methode: Es wurden 50 Patienten, die sich zur systematischen Parodontitistherapie in der Praxis von Dr. Matthias Mayer, MSD, Arndtstr. 14, 60325 Frankfurt, vorstellten und bei denen eine aggressive oder generalisierte schwere chronische Parodontitis diagnostiziert wurde, für diese Studie rekrutiert. Fur die Probenentnahme wurden jeweils die parodontalen Taschen mit der hochsten Sondierungstiefe eines jeden Quadranten ausgewahlt. Existierten mehrere solche Stellen mit gleichem Attachmentverlust, wurde die Stelle gewahlt, die Zeichen einer aktiven Entzundung, wie Bluten auf Sondieren oder Suppuration aufwies. Nach relativer Trockenlegung mittels Watterollen wurden jeweils 2 sterile Papierspitzen gleichzeitig an den ausgewahlten Stellen nach subgingival platziert und fur 20 Sekunden belassen. Anschliesend wurde jeweils eine Papierspitze von jeder Stelle in eines von 2 Transportgefasen gegeben, so dass fur denselben Patienten 2 gepoolte Proben von denselben Stellen entstanden (MT4). Anschliesend wurden von den tiefsten Stellen jedes der bisher nicht berucksichtigten Sextanten mittels jeweils einer Papierspitze in der oben beschriebenen Weise Plaqueproben entnommen. Diese beiden Papierspitzen wurden in eines der beiden Transportgefase gegeben (MT4¡÷MT6). Zur Analyse fur das Vorliegen von A. actinomycetemcomitans (AA), T. forsythia (TF), P. gingivalis (PG), P.intermedia (PI), T. denticola (TD), P. micros (PM), F. nucleatum (FN), C. rectus (CR), E. nodatum (PN), E. corrodens (EC), und Capnocytophaga species (CS) wurden die Proben mit einem kommerziellen PCR-DNS-Sondentest ausgewertet. (micro-IDent„µplus, Hain Lifescience GmbH, Hardwiesenstrase 1, 72147 Nehren, Deutschland). Nachweisrate und Klassifikation (0-4) der Bakterienmenge der MT4- und der MT6-Ergebnisse werden mittels Wilcoxon-Test fur verbundene Stichproben verglichen. Ergebnisse: Die Nachweisrate lag bei den MT6 Patienten bei folgenden untersuchten Bakterien: AA (MT4/MT6): 12%/16%, PG: 78%/80%, TF: 88%/94%, PI: 44%/46%, FN: beide 100%, CR: 80%/84%, und EC: 86%/88% höher als die Werte aus den Ergebnissen der MT4 analysierten Proben. Die Werte für die Spezies: TD (92%/88%), PM (74%/70%), PN (64%/56%), und CS (64%/52%) waren bei den MT4 Patienten höher. Keiner der vergleichenden Werte ergab einen statistisch signifikanten Unterschied. Schlussfolgerung: Die Nachweisrate von Aggregatibacter actinomycetemcomitans (AA), Porphyromonas gingivalis (Pg) und Tannerella forsythia (Tf) war statistisch insignifikant höher bei der Probenentnahme aus der tiefsten Tasche jedes Sextanten(MT6) eines Patienten mit unbehandelter Parodontitis als die Entnahme von nur vier Stellen (MT4). Jedoch ergaben die Werte keinen statistisch signifikanten Unterschied. Das bedeutet, die gepoolte Analyse subgingivaler Plaque ist mit 4 Entnahmestellen genauso verlässlich wie mit 6 Entnahmestellen um Parodotalpathogene bei einem Patienten nachzuweisen. PG, TF, TD, PI, FN, CR, und EC sind in 80 bis 100% aller Patienten mit unbehandelter aggresiver und generalisiert schwerer chronischer Parodotitis nachweisbar.
Ein wesentlicher Forschungsgegenstand der Kernphysik ist die Untersuchung der Eigenschaften von Kernmaterie. Das Verständnis darüber gibt in Teilen Aufschluss über die Erscheinungsweise und Wechselwirkung von Materie. Ein Schlüssel liegt dabei in der Untersuchung der Modifikation der Eigenschaften von Hadronen in dem Medium Kernmaterie, das durch Parameter wie Dichte und Temperatur gekennzeichnet werden kann. Man hofft damit unter anderem Einblick in die Mechanismen zu bekommen, welche zur Massenbildung der Hadronen beitragen. Zur Untersuchung solcher Modifikationen eignen sich insbesondere Vektormesonen, die in e+e- Paare zerfallen. Die Leptonen dieser Paare wechselwirken nicht mehr stark mit der Materie innerhalb der Reaktionszone, und tragen somit wichtige Informationen ungestört nach außen. Das HADES-Spektrometer bei GSI wird dazu verwendet die leichten bei SIS-Energien produzierten Vektormesonen rho, omega und phi zu vermessen. Hierzu wurde zum erste mal das mittelschwere Stoßsystem Ar+KCl bei einer Strahlenergie von 1,76 AGeV gemessen. Die im Vergleich zum früher untersuchten System C+C höhere Spurmultiplizität innerhalb der Spektrometerakzeptanz verlangte eine Anpassung der bisher verwendeten Datenanalyse. Das bisher verwendete Verfahren, mehrere scharfe Schnitte auf verschiedene Observablen seriell anzuwenden, um einzelne Leptonspuren als solche zu identifizieren, wurde durch eine neu entwickelte multivariate Analyse ersetzt. Dabei werden die Informationen aller beteiligten Observablen mit Hilfe eines Algorithmus zeitgleich zusammengeführt, damit Elektronen und Positronen vom hadronischen Untergrund getrennt werden können. Durch Untersuchung mehrerer Klassifizierer konnte ein mehrschichtiges künstliches neuronalen Netz als am besten geeigneter Algorithmus identifiziert werden. Diese Art der Analyse hat den Vorteil, dass sie viel robuster gegenüber Fluktuationen in einzelnen Observablen ist, und sich somit die Effizienz bei gleicher Reinheit steigern lässt. Die Rekonstruktion von Teilchenspuren im HADES-Spektrometer basiert nur auf wenigen Ortsinformationen. Daher können einzelne vollständige Spuren a priori nicht als solche gleich erkannt werden. Vielmehr werden durch verschiedene Kombinationen innerhalb derselben Mannigfaltigkeit von Positionspunkten mehr Spuren zusammengesetzt, als ursprünglich produziert wurden. Zur Identifikation des maximalen Satzes eindeutiger Spuren eines Ereignisses wurde eine neue Methode der Spurselektion entwickelt. Während dieser Prozedur werden Informationen gewonnen, die im weiteren Verlauf der Analyse zur Detektion von Konversions- und pi0-Dalitz-Paaren genutzt werden, die einen großen Beitrag zum kombinatorischen Untergrund darstellen. Als Ergebnis wird das effizienzkorrigierte, und auf die mittlere Zahl der Pionen pro Ereignis normierte, Spektrum der invarianten Elektronpaarmasse präsentiert. Erste Vergleiche mit der konventionellen Analysemethode zeigen dabei eine um etwa 30% erhöhte Rekonstruktionseffizienz. Das Massenspektrum setzt sich aus mehr als 114.000 Paaren zusammen -- über 16.000 davon mit einer Masse größer als 150 MeV. Ein erster Vergleich mit einem einfachen thermischen Modell, welches durch den Ereignisgenerator Pluto dargestellt wird, eröffnet die Möglichkeit, die hier gefundenen Produktionsraten des omega- und phi-Mesons durch m_T-Skalierung an die durch andere Experimente ermittelten Raten des eta zu koppeln. In diesem Zusammenhang findet sich weiterhin ein von der Einschussenergie abhängiger Produktionsüberschluss von F(1,76) = Y_total/Y_PLUTO = 5,3 im Massenbereich M = 0,15...0,5 GeV/c^2. Die theoretische Erklärung dieses Überschusses birgt neue Erkenntnisse zu den in-Medium Eigenschaften von Hadronen.
Development of chromium(VI)-free defect etching solutions for application on silicon substrates
(2008)
Untersuchung möglicher Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse
(2008)
In dieser Arbeit wurden mögliche Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse (Rapid Thermal Processing (RTP)) in dünnen Metallfilmen untersucht. Die dafür verwendeten Nb-Filme wurden mittels Magnetronsputtern auf ein thermisch oxidiertes Siliziumsubstrat (SiO2/Si-Substrat) aufgebracht. Die SiO2-Schicht hatte eine Dicke von 100 nm und soll die unerwünschte Reaktion zwischen Si und Nb vermeiden, welche zur Bildung von Niobsiliziden bei der RTP-Temperung führen kann. Um Nioboxynitride zu präparieren wurden Nb-Filme in mehreren Schritten mittels RTP behandelt. Durch die Variation der Ansatzreihenfolge (Oxidation und Nitridierung), der Reaktionsgase (O2, N2, NH3), der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit sowie der Schichtdicke der Proben wurde die Möglichkeit der Bildung von Nioboxynitriden untersucht. Es stellte sich heraus, dass die Bildung von Nioboxynitriden bei der Nitridierung der Nb2O5-Filme in Ammoniak erfolgt. Die Nb2O5-Filme wurden durch die Oxidation der as-deposited Nb-Filme im molekularem Sauerstoff bei 450 °C (nach 5 min Oxidation) bzw. bei 500 °C (nach 1 min Oxidation) hergestellt. Die gebildete Nb2O5-Phase wurde dem orthorhombischen beta-Nb2O5 zugeordnet. Die Oberfläche der Nb2O5-Filme zeigte Rissbildung sowie sichtbare Delamination bzw. Ablösung der Nb-Filme vom Substrat. Dies wird durch das Stressaufkommen im Film bei der direkten Oxidation des as-deposited Films im O2-Strom erklärt. Das Stressaufkommen wird durch eine starke Ausdehnung des Kristallgitters von Niob bei der Bildung des Nb2O5 sowie durch eine hohe Oxidationsrate des as-deposited Nb-Films in O2 hervorgerufen. Das Herabsetzen der Oxidationsgeschwindigkeit verringerte den Stress zwischen dem Metall und Niobpentoxid und verbesserte die Oberflächenqualität des Films nach der Temperung. Eine Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit wurde durch die Änderung der Ansatzreihenfolge erreicht. Die Oxidation der vorher nitridierten Nb-Filme führte zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 im Vergleich zu den Filmen, die einer direkten Oxidation im O2-Strom ausgesetzt wurden. Dies wurde durch die Barrierefunktion der bei der Nitridierung gebildeten Niobnitride gegen den eindiffundierenden Sauerstoff hervorgerufen. Bei der Oxidation wurde die Diffusion des Sauerstoffes im nitridierten Film durch den Stickstoff gehemmt, was zu einer Abnahme der Oxidationsgeschwindigkeit und somit zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 führte. Die Oxidation der zuvor nitridierten Filme führte zu wesentlich niedrigerem Stress zwischen dem Niob und den gebildeten Oxidphasen als zwischen dem Niob und dem Niobpentoxid bei der direkten Oxidation des Niobs in molekularem Sauerstoff. Die weitere Nitridierung der Filme, bei denen bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme die Bildung nur einer Nb2O5-Phase erfolgte, führte zur Bildung von zwei Phasen: Nb4N3 und NbxNyOz. Die Zusammensetzung des gebildeten Nioboxynitrides entspricht am wahrscheinlichsten einer Zusammensetzung von NbN0.6O0.2. Sowohl die 200 als auch 500 nm-Filme zeigten nach der dreifachen Temperung eine hohe Porosität. Die hohe Porosität der Probe wurde durch Gasbildung und -diffusion (H2, H2O) im Innern des Films bei der Temperung des Nb2O5-Films in NH3 verursacht. Die EFTEM/EELS-Untersuchungen zeigten, dass sich beim dünnen 200 nm-Film zwei ausgeprägte Zonen (an der Oberfläche – Nb4N3, im Bulk bzw. am Interface – NbxNyOz) gebildet haben. Beim 500 nm-Film zeigte sich, dass die stickstoffhaltigen sowie stickstoff- und sauerstoffhaltigen Zonen, welche entsprechend Nb4N3 und NbxNyOz zugeordnet wurden, im ganzen Film ziemlich gleichmäßig verteilt sind. Ein Hinweis auf die Bildung eines Nioboxynitrides durch die Nitridierung der unvollständig oxidierten Nb-Filme im molekularen Stickstoff wurde nicht gefunden. Bei diesen Temperungen erfolgte die Bildung von unterschiedlichen Oxid- und Nitridphasen. Es wurde festgestellt, dass die Oxidation sowie die Nitridierung der Nb-Filme zu einem texturierten Wachstum der gebildeten Phasen führten. Die SiO2-Schicht auf dem (100)-orientierten Silizium wirkte sich auf das Schichtwachstum des auf das Silizium aufgebrachten Niobs aus und beeinflusste die Kristallstruktur der entstandenen Nb-Schicht und der bei den RTP-Temperungen gebildeten Phasen. Bei dünnen Schichten, wirkt sich dieser Effekt stärker aus, da der Einfluss des Substrates mit wachsender Schichtdicke abnimmt. Die bei der Oxidation gebildeten Nioboxide stellten eine starke Diffusionsbarriere für den bei der Nitridierung eindiffundierenden Stickstoff dar, was zur Aufstauung von Stickstoff in den an der Oberfläche liegenden Filmschichten führte. Die Analyse der erhaltenen SIMS-Daten zeigte, dass bei der Nitridierung der bereits oxidierten Filme die Diffusion des Stickstoffes zwei gleichzeitig ablaufende Prozesse verursacht. Von einer Seite verdrängt der eindiffundierende Stickstoff den Sauerstoff aus dem Film. Andererseits führt die Diffusion des Stickstoffes aufgrund des Schneepflug-Effekts zur Aufstauung des Sauerstoffes in den tiefliegenden Bereichen des Films. Gleichartige Diffusionsprozesse wurden bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme beobachtet. Die Nioboxide, welche am Interfacebereich detektiert wurden, bildeten sich durch die Reaktion zwischen Niob und dem aus der SiO2-Schicht ausdiffundierenden Sauerstoff. Die Gegenwart der schon vorhandenen Nioboxide hemmte allerdings die Ausdiffusion des Sauerstoffes aus der SiO2-Schicht des Substrates im Vergleich zu den unoxidierten Filmen.
In der vorliegenden Studie wurde der modulierende Einfluss von Acetylcholin auf die Frequenzabstimmung der Neurone im primären Hörkortex untersucht. Im primären Hörkortex von betäubten Wüstenrennmäusen (Meriones unguiculatus) wurden Einzel- und Mehrzellableitungen in Elektrodenpenetrationen senkrecht zur Kortexoberfläche durchgeführt und die Antworteigenschaften der Neurone vor und während der iontophoretischen Applikation von Acetylcholin, dem Agonisten Carbachol bzw. dem muskarinischen Antagonisten Atropin gemessen. Bei rund der Hälfte der gemessenen Neurone konnte ein cholinerger Einfluss auf die Frequenz-Antwortbereiche gemessen werden. Dabei können sich die Frequenz-Antwortbereiche unter dem Einfluss von Acetylcholin sowohl vergrößern als auch verkleinern, so dass für die gesamte Neuronenpopulation keine signifikante gerichtete Veränderung auftrat. Bereits bei den niedrigsten verwendeten Dosen von Acetylcholin waren maximale Effekte zu beobachten. Cholinerge Einflüsse in Form von Veränderungen der Frequenz-Abstimmkurven von Neuronen konnten in allen kortikalen Schichten gemessen werden. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit werden die neuronalen Antworten auf repetitive Schallereignisse, d.h. einfache zeitliche Muster, beschrieben. Für die Versuche wurden drei unterschiedlich zeitlich strukturierte Reize ausgewählt. Es handelte sich um sinusamplituden-modulierte (SAM) Reize, sowie repetitive Ton- und Rauschpulse. SAM Reize und repetitive Tonpulse ähnelten sich in ihrem Frequenzgehalt. Die repetitiven Ton- und Rauschpulse wiesen ein identisches zeitliches Muster auf, das sich von SAM Reizen unterschied. Es wurden sowohl die Wiederholfrequenzen, als auch an der besten Wiederholfrequenz die Schalldruckpegel systematisch verändert. Zusätzlich erfolgte die iontophoretische Applikation von Bicucullin (BIC), um den möglichen Einfluss schneller GABAerger Inhibition zu ermitteln. Während die neuronale Aktivitätsrate mit höheren Wiederholfrequenzen annähernd konstant blieb, war die Stärke der zeitlichen Synchronisation der neuronalen Aktivität von der jeweiligen Wiederholfrequenz des repetitiven Reizes abhängig. Die zeitliche Synchronisation der neuronalen Aktivität sank in der Mehrheit der Neurone mit steigender Wiederholfrequenz drastisch ab (Tiefpasscharakteristik) und nur in einem Bruchteil der Neurone fanden sich einzelne Wiederholfrequenzen, die eine maximale Synchronisation auslösten (Bandpasscharakteristik). Die kortikalen Neurone zeigten unabhängig vom benutzten Reiztyp ein gutes neuronales Folgeverhalten auf repetitive Schallreize bis zu Wiederholfrequenzen von 15 – 30 Hz, mit besten Wiederholfrequenzen von 5 -10 Hz. Unter dem Einfluss von BIC war eine deutliche Veränderung der neuronalen Aktivitätsrate zu erkennen. Diese hatte jedoch weder einen Effekt auf die Synchronizität, noch auf die Repräsentation der Reiztypen. Eine einfache Inhibition im auditorischen Kortex fällt damit als Erklärung für die gemessenen neuronalen Aktivitätsmuster aus. In der realen Umwelt können komplexe akustische Reize in sehr unterschiedlichen Schallintensitäten auftreten. Die reizsynchronisierte neuronale Aktivität erlaubt, ein zeitliches Muster innerhalb eines komplexen Reizes zu kodieren. Es wurde untersucht, inwieweit diese zeitliche Kodierung von der Schallintensität abhängt und inwieweit schnelle GABAerge Inhibition darauf einwirkt. Es fand sich kein Zusammenhang zwischen der allgemeinen neuronalen Aktivitätsrate oder der neuronalen Synchronizität in Abhängigkeit vom Schalldruckpegel. Allerdings konnte bei verschiedenen Neuronenpopulationen ein unterschiedliches Verhalten in der Synchronisation mit höheren Schalldruckpegeln bei Stimulation der Neurone mit SAM Reizen und repetitiven Tonpulsen festgestellt werden, das im Hinblick auf die sich verändernde Flankensteilheit bei höheren Schalldruckpegeln und den daraus resultierenden veränderten Interstimulusintervallen diskutiert wird. Die Ergebnisse aus den Experimenten mit BIC und variierenden Schalldruckpegeln zeigten im Mittel keinen Einfluss der kortikalen Inhibition auf die Abhängigkeit der neuronalen Aktivitätsrate und der Synchronisation vom Schalldruckpegel. Allerdings fanden sich im Einzelfall Änderungen in der Synchronisation auf SAM Reize unter BIC. Insgesamt scheint der Einfluss der kortikalen Inhibition auf Veränderungen der neuronalen Antwort im Zusammenhang mit variierenden Schalldruckpegeln gering bzw. nicht vorhanden zu sein.
Visual information is processed hierarchically in the human visual system. Early during processing basic features are analysed separately while at later stages of processing, they are integrated into a unified percept. By investigating a basic visual feature and following its integration at different levels of processing one can identify specific patterns. In certain visual impairments, these patterns can function defectively and their detailed study can clarify the cause of the visual deficit. Here we investigate orientation as a basic feature and use a property of the visual system called adaptation. Adaptation occurs as a decrease in the level of neural activity during repetitive presentation of the same stimulus. Psychophysical studies have shown that adaptation transfers interocularly, meaning that if only one eye is adapted the other eye shows also adaptation effects. Our aim was to investigate interocular transfer by means of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Even though adaptation was demonstrated in the fMRI environment, the interocular transfer was never investigated in such a setup. First, we developed a method to measure interocular transfer of adaptation to gratings with fMRI. We then went further to test it in various groups of subjects. In normally sighted humans interocular transfer was present both in early (striate) as well as later visual areas (extrastriate). In subjects with impaired stereovision (with or without normal visual acuity) interocular transfer was absent in the investigated regions. Detailed analysis of the recorded differences between subjects with and subjects without stereovision was performed. The results of this analysis are presented in detail in this book. These results suggest that the neuronal mechanisms involved in the interocular transfer of pattern adaptation share, at least in part, the neural circuitry underlying binocular functions and stereopsis. We conclude that fMRI adaptation can be used for the assessment of cortical binocularity in humans with normal and impaired stereopsis. Further investigations are needed to address more subtle aspects of the lack of interocular transfer. Towards this purpose, through a fourth experiment we propose further directions that might shed more light on the issue of stereovision and its clinical implications. We show that carefully tuned variations in our experimental procedure might reveal other aspects of binocularity in the human visual system. We believe that the method we developed, apart from the interesting results shown here, has a high potential to be further used for other research questions. Following the above summarized ideas, the thesis comprises of three parts (chapters). The first chapter provides the main theoretical backgrounds of the visual system and of the MRI imaging technique, chapter two describes the experimental procedures while the results and their detailed discussion are detailed in chapter three.