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  • Aquired epilepsies in the elderly often result from brain lesions associated with bloodbrain barrier (BBB)-disruption like stroke, trauma, tumors or brain infections. Post-stroke epilepsy can thereby be related to cognitive decline and poor neurological outcome. Seizures and spreading depolarization arise as characteristic activity from ischemic lesions but may also contribute to lesion progression and reorganization of the adjacent neural network and are therefore critical electrophysiological correlates of the pathophysiology. As an important structure for memory consolidation but also as a very sensitive area for epileptogenesis, the hippocampus is a crucial structure for investigating mechanisms underlying the pathophysiology of BBB-dysfunctional induced changes in synaptic plasiticity and neural network activity. To elucidate mechanisms underlying the pathophysiology I investigated with a multi-methodological approach different aspects of changes in rat hippocampus following neocortical photothrombosis using magnetic resonance imaging, intracranial pressure and electrophysiological measurements as well as gene expression analysis. Cortical photothrombosis was associated with early peri- ischemic BBB dysfunction that included the underlying, ipsilateral hippocampus and increased intracranial pressure, both preceding the occurrence of vasogenic edema. Intrahippocampal field potential recordings revealed electrographic seizures within the first week in two thirds of animals. Predominantly seizing animals displayed an increase in theta and reduction in gamma frequency bands indicating disturbed inhibitory activity. Synaptic interactions and plasticity were studied in parasagittal hippocampal slices at 24 hrs and 7 days post-stroke. Field potential recordings in CA1 and CA3 uncovered multiple population spikes, epileptiform episodes and spreading depolarizations at 24 hrs declining at day 7. However, input-output analysis revealed that fEPSP-spike coupling was significantly enhanced at 7 days. In addition, CA1 feedback and feedforward inhibition were diminished over the first week. Slices generating epileptiform activity at 7 days revealed impaired bidirectional long-term plasticity following high and low frequency stimulation protocols. Supporting these findings, microarray and PCR data confirmed changes in expression of astrocyte-related genes and suggested downregulation in expression of GABAA-receptor subunits. In conclusion, BBB dysfunction in the peri-infarct hippocampus is within the first week related to hyperexcitability, early disinhibition and abnormal synaptic plasticity. Thus, the data reveal a strong connection between hippocampal neural networks presenting epileptiform activity and disturbed oscillatory activity as well as long-term plasticity. These insights reveal possible new diagnostic monitoring opportunities in finding patients at risk for epileptogenesis and cognitive impairment associated with peri-lesional BBB-dysfunction.,Erworbene Epilepsien in älteren Menschen resultieren häufig aus Hirnläsionen assoziiert mit Bluthirnschranken (BHS)-Störungen wie Schlaganfall, Trauma, Hirntumoren oder -entzündungen. Nach Schlaganfall entstandene Epilepsien können dabei mit kognitivem Abbau und schlechten neurologischen Ergebnissen verbunden sein. Krampfanfälle und Streudepolarisierungen (Spreading depolarizations) entstehen ferner oft als charakteristische Aktivität aus der ischämischen Läsion, können aber auch zur Läsionsausweitung und Reorganisation des anliegenden neuralen Netzwerkes beitragen und sind deshalb wegweisende elektrophysiologische Korrelate der Pathophysiologie. Als eine wichtige Struktur für die Gedächtniskonsolidierung aber auch als sensibles Areal der Epilepsieentstehung, ist der Hippokampus eine entscheidende Struktur um die pathophysiologischen Mechanismen zu untersuchen, die den BHSStörung induzierten Veränderungen der synaptischen Plastizität und der neuralen Netzwerkaktivitäten unterliegen. Zur mechanistischen Aufklärung der zugrundeliegenden Netzwerkpathophysiologie untersuchte ich verschiedene Aspekte der Veränderungen im Hippokampus der Ratte nach einer neokortikalen Photothrombose. Dabei verwendete ich vielseitige Methoden wie die Magnet Resonanz Tomographie, Hindruckmessungen, elektrophysiologische Ableitungen und Genexpressionsanalysen. Die kortikale Photothrombose war mit einer früh auftretenden peri-ischämischen BHS-Störung im darunterliegenden, ipsilateralen Hippocampus und erhöhtem Hirndruck assoziiert, welche der Entwicklung eines vasogenen Ödems vorrausgingen. Intrahippokampale Feldpotentialableitungen präsentierten innerhalb der ersten Woche nach Schlaganfall in zweidrittel der Tiere elektrographische Krampfanfälle. Vor allem krampfende Tiere zeigten sowohl einen Anstieg in Theta- als auch einen Abfall in Gammafrequenzbändern, was auf eine gestörte inhibitorische Aktivität hinweist. Synaptische Interaktionen und Plastizität wurden nach 24 h und 7 Tagen nach Schlaganfall in parasagittalen hippokampalen Hirnschnitten untersucht. Feldpotentialableitungen in CA1 und CA3 deckten multiple ‚population spikes’, epileptiforme Episoden und Streudepolarisierungen nach 24 h auf, welche nach 7 Tagen rückläufig waren. Allerdings zeigten Eingangs-Ausgangs-Analysen, dass die fEPSP-Spike Kopplung nach 7 Tagen signifikant erhöht war. Des Weiteren waren die feedback- und feedforward-Hemmungen in CA1 innerhalb der ersten Woche vermindert. Am 7. Tag präsentierten Hirnschnitte mit epileptiformer Aktivität eine beeinträchtigte bidirektionale Langzeitplastizität nach hoch- und niederfrequenten Stimulationsprotokollen. Unterstützend für diese Erkenntnisse bestätigten Microarray und PCR-Daten Expressionsveränderungen in Astrozyten-bezogenen Genen und deuteten eine verminderte Expression in GABAA- Rezeptor Subtypen an. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BHS-Störung im peri-Infarkt Hippokampus innerhalb der ersten Woche mit Übererregbarkeit, früher Disinhibition und abnormer synaptischer Plastizität assoziiert ist. Dadurch stellen die Daten eine enge Verbindung zwischen hippokampalen neuralen Netzwerken mit epileptiformer Aktivität und gestörter oszillatorischer Aktivität sowie Langzeitplastizität dar. Diese Erkenntnisse zeigen neue, etwaige diagnostische Überwachungsmöglichkeiten auf, um Patienten zu entdecken, die potentiell in Gefahr sind eine Epilepsie sowie kognitive Einschränkungen im Rahmen einer peri-läsionalen BHS-Störung zu entwickeln.,
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  • In der vorliegenden Arbeit wurde die Steuerung photoinduzierter Prozesse an kalten und ultrakalten Alkalidimeren mit geformten Femtosekunden-Laserpulsen untersucht, sowie die zeitaufgelösten Spektren ultrakalter Ensembles experimentell und theoretisch analysiert. Die Methode der adaptiven Pulsformung wurde im ersten Teil der Dissertation für die isotopenselektive Optimierung von Alkalidimeren in einem Überschallmolekularstrahl angewendet. Ein auf evolutionären Strategien basierender Algorithmus, in Kombination mit einem Flüssigkristallmodulator und einer Molekülquelle ermöglicht dabei die automatisierte Kontrolle photoinduzierter molekularer Vorgänge in der Gasphase. Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Analyse und Interpretation der optimierten Pulsformen. Diese beinhalten intrinsische Informationen über die quantenmechanischen Strukturen der gesteuerten Prozesse. So konnten z. B. durch das Auffinden von Übergangsfrequenzen zwischen molekularen Schwingungsniveaus unterschiedlicher elektronischer Zustände in den Spektren der simultan phasen- und amplitudenmodulierten Lichtfelder bei der Optimierung des atomaren Isotopenverhältnisses I(39K+/41K+) Hinweise auf die Fragmentation des Kaliummoleküls im ionischen Zustand erhalten werden. Mit diesem System, in dem die Ionisation und die Fragmentation als zwei konkurrierende Prozesse vorkommen, wurde erstmalig eine Mehrzieloptimierung mit physikalisch relevanten Observablen erfolgreich durchgeführt. Am Beispiel des KRb wurde die isotopenselektive Anregung mit der bisher höchsten spektralen Auflösung untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit sind die Ergebnisse der Experimente zur Wechselwirkung ultrakalter Gase mit Femtosekunden-Laserpulsen präsentiert. Zunächst wurde eine Rückkopplungsschleife zur optimalen Anregung und Fragmentation ultrakalter Rubidiummoleküle in einer magneto-optischen Falle realisiert. Es konnte gezeigt werden, dass mittels parametrischer Optimierung die Anregungseffizienz ultrakalter Rb2 gegenüber einem ungeformten Puls gleicher Energie um 25% erhöht wird. Um dem Ziel der Photoassoziation ultrakalter Atome mit ultrakurzen Laserpulse näher zu kommen wurden zeitaufgelöste Experimente an einem dichteverbesserten Aufbau (dark SPOT) durchgeführt. Die zweifarbige Pump-Probe-Folge bestand dabei aus einem in der Fourierebene spektral abgeschnittenen roten Anregungspuls und einem grünen Ionisationspuls. Es konnte eine charakteristische Dynamik des molekularen Ionensignals beobachtet werden, welche systematisch durch mehrere Parameteränderungen erforscht wurde. Mit Hilfe quantendynamischer Berechnungen konnte gezeigt werden, dass die Ursache der Oszillationen nicht auf eine molekulare Wellenpaketdynamik, sondern auf einen elektronischen Effekt als Folge der spektralen Filterung des Pump-Pulses zurückzuführen ist. Die Messungen zur atomaren Dichteänderung in der Falle liefern Hinweise auf fs-Photoassoziation. Diese findet durch nicht- resonante Anregung schwach-gebundener, langreichweitiger Schwingungszustände in der Nähe der molekularen Dissoziationsgrenze statt.,In this work the control of photoinduced processes on cold and ultracold alkaline dimers using femtosecond laser pulses was investigated. Moreover, the time resolved spectra of ultracold ensemble was analysed experimental and theoretical. In the first part of the dissertation, the method of adaptive pulse shaping was used for the isotopomer selective optimization of alkaline dimers in a supersonic molecular beam. A combination between a self-learning algorithm based on evolution strategies, a liquid crystal modulator and a molecular source allows the automated control of photoinduced molecular processes in the gasphase. The particular focus of this work is the analysis and interpretation of the optimized pulse shapes. They contain intrinsic information about the quantum mechanic structure of the controled processes. In the case of the optimization of the atomic isotope ratio I(39K+/41K+), the spectra of the simultaneous phase- and amplitude modulated electrical fields show transition frequencies between vibrational levels of the involved electronical states of the potassium dimer , which leads to the deciphering of the fragmentation process in the ionic state of the molecule. For this system, within the ionisation and fragmentation are two competitive processes, a multi-criterion optimization of physically relevant observables was demonstrated for the first time. The isotope selective excitation of the model system KRb was investigated with the actually highest spectral resolution. The second part of the thesis includes the results of the experiments to the interaction of ultracold gases with femtosecond laser pulses. Initially, the optimized excitation and fragmentation of rubidium molecules was investigated by using a feedback loop in combination with a magneto-optical trap. An excitation efficiency of 25 % of the resulting pulses compared to unshaped pulses of the same pulse energy is obtained by distributing the energy among specific spectral components. In order to achieve the aim of photoassociation of ultracold atoms to molecules by using ultrashort laser pulses, femtosecond resolved sectrosopy was carried out in a density improved configuration (dark SPOT). The two color pump and probe experiment contains a spectrally cut (Fourier plain) red excitation puls and a green ionisation pulse. A characteristic oscillation of the molecular ion signal was observed and investigated systematically by changing of divers parameters. Supported by quantum dynamical calculations, the origin of the observed oscillations was decodet. This has no wave packet dynamic reason, but rather an electronically effect due to the cut by the spectral filtering of the pump pulse. The measurements by different atomic densities deliver details to the fs- photoassociation. This takes place by non-resonant excitation of weakly-bound, long range vibrationstates near to the molecular dissociation limit .,
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  • Räumlich und zeitlich koordinierte Aktivitäten großer Neuronenpopulationen im Gehirn bilden die Voraussetzung für das Entstehen von Kognition und Verhalten. Die resultierenden Summenaktivitäten treten als dynamische makroskopische „large-scale“ Signale in Erscheinung, die mit nichtinvasiven Methoden wie der Elektroenzephalographie (EEG) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) am Menschen gemessen werden können. Die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften von neuronalen large-scale Signalen gibt - in Kombination mit theoretischen Modellen - Aufschluss über allgemeine Prinzipien der Hirnfunktion. In dieser Habilitationsschrift werden sieben Originalarbeiten vorgestellt, die sich mit der räumlich-zeitlichen Dynamik von spontanen und evozierten large-scale Signalen im Gehirn befassen. Publikation 1 „Evaluating gradient artifact correction of EEG data acquired simultaneously with fMRI“ beschreibt die Problematik von Interferenzen beim gleichzeitigen Erfassen von EEG und fMRT Daten. Simultanes EEG-fMRT erfasst unterschiedliche Dimensionen neuronaler Aktivität und bietet gleichzeitig eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung der gemessenen large-scale Signale. Die Kombination beider Methoden führt jedoch zu schwerwiegenden Artefakten im EEG-Signal. In der Publikation werden vorhandene und selbst entwickelte Algorithmen zur Entfernung von „fMRT- Artefakten“ vorgestellt und bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit evaluiert. In Publikation 2 „High frequency (600Hz) population spikes in human EEG delineate thalamic and cortical fMRI activation sites“ lokalisieren wir fMRT Korrelate innerhalb weniger Millisekunden nacheinander ablaufender ultraschneller Potentiale entlang der thalamo-kortikalen Bahn in den (vermuteten) Generatorstrukturen. In Publikation 3 „Ultrahigh-frequency EEG during fMRI: Pushing the limits of imaging-artifact correction“ demonstrieren wir, wie diese ultraschnellen EEG-Korrelate von Summenaktionspotentialen gleichzeitig und kontinuierlich mit fMRT und dem klassischen niedrigfrequenten (postsynaptisch generierten) EEG erfasst werden können. Koordinierte neuronale large-scale Aktivität wird im EEG in Form von Oszillationen bzw. Rhythmen sichtbar. Diese treten nicht nur als Antwort auf äußere Reize oder Aufgaben auf, sondern werden kontinuierlich - scheinbar spontan – vom Gehirn generiert. Publikationen 4 „Correlates of alpha rhythm in functional magnetic resonance imaging and near infrared spectroscopy “ und 5 „Rolandic Alpha and Beta EEG Rhythms’ Strengths are Inversely Related to fMRI-BOLD Signal in Primary Somatosensory and Motor Cortex“ zeigen, dass spontane Amplitudenfluktuationen des klassischen Alpha- und der subtilen Rolandischen Rhythmen negativ zum blutogygenierungsabhängigen (BOLD) fMRT Signal korreliert sind – und zwar spezifisch in den Kortexarealen, die den Rhythmus jeweils generieren. Das sind im Fall des klassischen Alpha-Rhythmus visuelle und für die Rolandischen Rhythmen sensomotorische Regionen. Die negativen Korrelationen deuten drauf hin, dass bei stark ausgeprägten Rhythmen, also in Phasen hoher Synchronizität innerhalb der Neuronenpopulation, die entsprechenden Generatorareale weniger Energie verbrauchen. Letzteres ist ein Indiz für verminderte neuronale Aktivität in diesen Arealen und unterstützt die Theorie, dass Hintergrundrhythmen von inhibierten Kortexarealen generiert werden. Publikationen 6 „Influence of Ongoing Alpha Rhythm on the Visual Evoked Potential“ und 7 „Oscillatory brain states interact with late cognitive components of the somatosensory evoked potential“ beleuchten die Bedeutung von Hintergrundrhythmen für die Generierung von evozierten Potentialen (EPs). In der ersten Arbeit haben wir mit selbst entwickelten theoretischen Modellen Vorhersagen für konkurrierende Theorien getroffen und mit experimentellen Daten verglichen. So konnten wir nachweisen, dass die Beziehung des Alpha Rhythmus zu frühen Anteilen des visuellen EPs (VEP) im Einklang steht mit der so genannten „Evoked Theory“. Diese besagt, dass Rhythmus und EP unabhängig voneinander generiert werden und sich linear summieren. Die ebenfalls populäre „Phase-Reset Theory“ wurde durch unsere Daten nicht bestätigt. Laut dieser Theorie entsteht das EP durch die Ausrichtung der Phase des zuvor spontanen Hintergrundrhythmus zum Stimulus. Wir konnten außerdem zeigen, dass der Alpha- Rhythmus mit der späten kognitiven Komponente des VEPs interagiert. In der zweiten Arbeit, in der wir die Beziehung zwischen Rolandischem Rhythmus und somatosensorischem EP (SEP) untersuchten, fanden wir ein grundsätzlich mit der visuellen Modalität übereinstimmendes Verhalten. Unsere Ergebnisse deuten auf eine funktionelle Bedeutung von Hintergrundrhythmen für die höhere kognitive Verarbeitung von Reizen hin. Wir konnten mit den sieben vorgestellten Arbeiten zeigen, dass mit den von uns optimierten Verfahren die multimodale Erfassung von large-scale Signalen des Gehirns möglich ist. Funktionelle MRT, klassisches EEG sowie ultraschnelle EEG-Korrelate von Summenaktionspotentialen können gleichzeitig nichtinvasiv am Menschen gemessen werden. Das zeitliche und räumliche Verhalten dieser Signaturen gibt Aufschluss über die der Hirnfunktion zugrunde liegenden Prinzipien und Mechanismen.,Spatially and temporally coordinated activities of large neuronal populations in the brain constitute the foundation for the emergence of cognition and behavior. Resulting population activities can be assessed in terms of large- scale signals by noninvasive methods such as electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) noninvasively in humans. The present habilitation thesis presents seven original works that investigate spatiotemporal dynamics of spontaneous and evoked large-scale signals in the human brain. In Publication-1 “Evaluating gradient artifact correction of EEG data acquired simultaneously with fMRI“, we describe technical challenges posed by simultaneous EEG-fMRI acquisitions in terms of emerging artefacts in the EEG signal caused by electromagnetic interferences between the two methods. We present different approaches of artefact removal and evaluate their performance. Publication-2 “High frequency (600Hz) population spikes in human EEG delineate thalamic and cortical fMRI activation sites“ we localize the putative generator structures of two bursts of ultrafast neuronal oscillations succeeding within a few milliseconds along thalamocortical structures. In publication-3 “Ultrahigh-frequency EEG during fMRI: Pushing the limits of imaging-artifact correction“ we demonstrate how these ultrafast EEG correlates of population spikes can be assessed simultaneously and continuously along with fMRI and with the classical low-frequency EEG spectrum. Publication-4 “Correlates of alpha rhythm in functional magnetic resonance imaging and near infrared spectroscopy“ and Publication-5 “Rolandic Alpha and Beta EEG Rhythms’ Strengths are Inversely Related to fMRI-BOLD Signal in Primary Somatosensory and Motor Cortex“ demonstrate that spontaneous amplitude fluctuations of the prominent posterior alpha rhythm and of the more subtle Rolandic my-rhythm are correlated negatively with the blood oxygenation level dependent (BOLD) fMRI signal in areas where the respective rhythm is generated. These findings are in line with the theory that background rhythms such as alpha and mu rhythms are generated by inhibited cortical areas. Publication-6 “Influence of Ongoing Alpha Rhythm on the Visual Evoked Potential“ and Publication-7 “Oscillatory brain states interact with late cognitive components of the somatosensory evoked potential“ illuminate the role of background rhythms for the generation of evoked potentials (EPs). Our results indicate that background rhythms are of functional relevance specifically for the higher cognitive processing of stimuli. Taken together, we have demonstrated that with our optimized methodological approach of simultaneous EEG-fMRI acquisition and analysis a wide spectrum of large-scale signals of the human brain can be assessed noninvasively. The spatiotemporal behavior of these signals provides insight into the principles and mechanisms that underlie human brain function.,
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  • Titelblatt, Inhaltsverzeichnis, Zusammenfassung, Literaturverzeichnis 1\. Verzeichnis wiederkehrender Abkürzungen 7 2\. Einleitung 2.1. Autoregulation der renalen Perfusion 8 2.2. Modelle zur Untersuchung der Mechanismen der renalen Autoregulation 12 2.3. Erkenntnisstand der renalen Autoregulation 13 2.3.1. Statische Untersuchungen 13 2.3.2. Dynamische Untersuchungen 18 2.4. Einflussfaktoren auf die RBF-Autoregulation 31 2.5. Fragestellungen 36 3\. Methodik 3.1. Versuchstiere 37 3.1.1. Human Endothelin-1 (ET-1) übererexpremierende Mäuse 37 3.1.1.1. Transgene Konstruktion und Generierung der Mäuse 37 3.1.1.2. Bestimmung der Endothelin-1 überexpremierenden Mäuse 37 3.1.2. NMRI-,C57Bl6-, eNOS-Knock-Out Mäuse 38 3.2. Haltung und Ernährung der Mäuse 38 3.3. Vorbereitung der Mäuse zum Versuch 39 3.4. Operatives Vorgehen 39 3.5. Versuchsanordnung 41 3.6. Zeitliches Vorgehen 44 3.7. Messungen und Registrierungen 46 3.7.1. Messungen 46 3.7.2. Registrierungen 47 3.8. Auswertung, Berechnung und statistische Bearbeitung 47 3.8.1. Datensatzerstellung 47 3.8.2. Auswertung und statistische Bearbeitung der Rampen 48 3.8.2.1. Bestimmung der absoluten und relativen Leitwerte 48 3.8.2.2. Charakterisierung der RBF-Autoregulation über die Maximalwertbestimmung des relativen renalen Leitwertes 48 3.8.3. Auswertung der Sprungantworten 49 3.8.4. Statistik 53 4\. Ergebnisse 4.1. Statische Untersuchungen 54 4.1.1. Absolutwerte der Fluxe von LFC, LFM und RBF 54 4.1.2. Relative Leitwerte von LFC, LFM und relativer renaler Leitwert von RBF 56 4.1.3. Lage und Ausmaß des maximalen relativen renalen Leitwertes von LFC,LFM und des relativen renalen Leitwertes von RBF (renale Effektivität) 58 4.2. Dynamische Untersuchungen an ET-1 überexpremierenden Mäusen und Wildtypmäusen 62 4.2.1. Absoluter RBF nach Abklemmung des RPP für 30 s (Sprungantwort) 62 4.2.2. Verteilung der Amplitudenquadrate 64 4.2.3. Kennwerte der RBF-Autoregulation 66 5\. Diskussion 5.1. Diskussion der Methodik 69 5.1.1. Maus als Tiermodell 69 5.1.2. Geschlecht der Tiere 70 5.1.3. Untersuchungszeitpunkt 71 5.1.4. Anästhesie 71 5.1.5. Operation 71 5.1.6. Postoperative Maßnahmen 72 5.1.7. Messungen 72 5.1.7.1. Ultraschallmesskopf 72 5.1.7.2. Fiberoptische Lichtleiterkabel 73 5.1.7.3. Druckmesswandler 75 5.1.8. Material 75 5.1.8.1. Drossel 75 5.1.8.2. Intraaortaler Katheter 76 5.2. Diskussion der Ergebnisse 77 5.2.1. Statische Untersuchungen 77 5.2.2. Dynamische Untersuchungen 80 5.2.2.1. Einfluss von Volumenexpansion und Hemmung der NO-Synthetasen auf die renale Hämodynamik von ET-1 überexpremierenden Mäusen und Wildtypmäusen 80 5.2.2.2. Einfluss von ET-1 und NO auf die Schwingungsdauer der Autoregulationsmechanismen 83 5.2.2.3. Einfluss von ET-1 und NO auf die Zeitkonstante der Autoregulationsmechanismen 83 5.3. Zusammenfassung 85 6\. Literaturverzeichnis 88 7\. Erklärung an Eides Statt 102 8\. Danksagung 103 9\. Lebenslauf 104,1\. Die Niere kann ihren Gefäßwiderstand bei Änderungen des renalen arteriellen Druckes so einstellen, dass der renale Blutfluß und die glomeruläre Filtrationsrate in einem weiten Bereich des Blutdruckes annähernd konstant bleiben. Dies nennt man renale Autoregulation. An ihr sind im wesentlichen die myogene Antwort der präglomerulären Gefäße und die tubuloglomeruläre Rückkopplung (TGF) beteiligt. 2\. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war, zunächst ein Mausmodell für die Untersuchung der Autoregulation zu etablieren. Es wurden verschiedene Wildtyp- Mausstämme in die Untersuchungen mit dem Ziel einbezogen, die autoregulatorischen Fähigkeiten in Mäusen zu analysieren. Mäuse ohne endotheliale Stickoxidsynthase sowie solche mit Endothelin-Überproduktion (ET-1 überexpremierende Mäuse) wurden verwendet, um einen Beitrag zur Aufklärung der einzelnen Mechanismen der Autoregulation zu leisten. Dabei interessierte uns, wie sich die Autoregulation bei Blockade des TGF, des Stickoxidsystems und bei Endothelin- überproduktion verändert. 3\. Mäuse wurden narkotisiert und instrumentiert. Die Messung des renalen Blutflusses (RBF) erfolgte durch einen Ultraschallmesskopf. Die Flüsse im Kortex und in der Medulla wurden mittels Laser-Dopplers erfaßt. Der renale Perfusionsdruck (RPP) konnte unter Verwendung einer Drossel, die um die subphrenische Aorta gelegt wurde, eingestellt werden. Dazu wurde eine Servossystem entwickelt. Der Blutdruck in der abdominalen Aorta unterhalb der Drossel wurde gemessen und durch Bedienung der Drossel auf dem vorgegebenen Wert gehalten bzw. entsprechend des Protokolls geführt. Die autoregulatorischen Fähigkeiten der Niere wurden durch Applikation von rampenförmigen und sprungartigen Änderungen des renalen Blutdruckes untersucht. 4\. Statische und dynamische Untersuchungen der RBF-Autoregulation unter langsamer rampenförmige oder sprunghafter Änderung des RPP sind im Mausmodell gut durchführbar. Neben Aussagen über die Lage der Autoregulation bei gängigen Mausstämmen (NMRI, C57BL6), die zwischen 40 mmHg bis 75 mmHg liegt und damit im Vergleich zu Ratten oder Hunden deutlich niedriger ist, konnten aus dem RBF-Schwingungsverhalten Kenndaten der beteiligten Mechanismen der RBF- Autoregulation gewonnen werden. Übereinstimmend mit den Literaturangaben bei Untersuchungen an Ratten und Hunden wurden unter Ausgangsbedingungen auch im RBF-Autoregulationsverhalten an der Mausniere ein myogener Mechanismus mit einer Schwingungsdauer um 7 s, der TGF mit einer Schwingungsdauer um 47 s sowie ein metabolisch gesteuerter Mechanismus mit einer Schwingungsdauer um 200 s identifiziert. Diese Mechanismen ließen sich auch im RBF- Autoregulationsverhalten im transgenen Mausmodell unter Überexpression von ET-1 darstellen. Differenzen ergaben sich in der unterschiedlichen Aktivität der Mechanismen, messbar am Amplitudenquadrat der einzelnen Schwingungen, das bei den ET-1 überexprimierenden Mäusen nicht so groß ist wie bei den Kontrolltieren. 5\. Volumenexpansion mit isotoner Kochsalzlösung führte nur bei den Kontrollmäusen zu einem Anstieg des RBF bei unverändertem Blutdruck. Die mit der Volumenexpansion verbundene shear stress-Erhöhung veränderte nicht die Schwingungsdauer des myogenen Mechanismus oder des TGF bei ET-1 überexpremierenden Mäusen und Wildtypmäuse. Die ET-1 überexpremierenden Mäuse verhalten sich unter Volumenexpansion mit isotoner Kochsalzlösung wie Ratten unter Volumenexpansion mit Vollblut, das heißt, es kommt zu einem Anstieg des Systemblutdrucks bei näherungsweise konstantem RBF. Ursache für dieses Verhalten könnte die herabgesetzte Empfindlichkeit sowie Reaktionsgeschwindigkeit des Endothels der ET-1 überexpremierenden Mäuse auf Änderung der Wandspannung sein, verbunden mit einer gestörten endothelialen Stickoxid(NO)-Freisetzung. Die in der Literatur beschriebene erhöhte Aktivität der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) bei den ET-1 überexpremierenden Mäusen unterdrückt möglicherweise die endotheliale (eNOS) und neuronale Isoform der NOS (nNOS). 6\. Bei unspezifischer Hemmung der NO-Synthasen durch L-NAME nach Volumenexpansion kam es zu einer signifikanten Verlängerung der Schwingungsdauer des myogenen Mechanismus bei ET-1 überexpremierenden Mäuse und Wildtypmäusen. Dieses Verhalten könnte Ausdruck einer NO-abhängigen Reaktionsfähigkeit der Tonusregulierung der renalen Gefäße sein, die sich nach Blockade der NO-Synthasen durch L-NAME in einer Verlängerung der Schwingungsdauer äußert. Bei den Kontrolltieren kam es unter Volumenexpansion (shear stress-Erhöhung) zu einer Abnahme der Schwingungsdauer des metabolisch gesteuerten Anteils der Autoregulation. Bei Volumenexpansion mit anschließender L-NAME Gabe verlängerte sich die Schwingungsdauer jedoch. ET-1 überexpremierenden Mäuse zeigten dagegen ein umgekehrtes Verhalten der Schwingungsdauer unter den genannten Versuchsbedingungen. Interpretationsversuche schließen eine Freisetzung unterschiedlicher Metabolite bei ET-1 überexpremierenden Mäusen und Wildtypmäusen ein, welche die Reaktionsfähigkeit der renalen Widerstandsgefäße entsprechend modifizieren. 7\. Deutliche Unterschiede wurden auch in Bezug auf die Aktivierungszustände der einzelnen Autoregulationsmechanismen im Vergleich von ET-1 überexpremierenden Mäusen und Wildtypmäusen unter den verschiedenen Versuchsbedingungen beobachtet. Volumenexpansion führte zu einer fast vollständigen Hemmung des TGF bei den Wildtypmäusen, jedoch nicht bei den ET-1 überexpremierenden Mäusen. Eine zunehmende Aktivierung des metabolisch gesteuerten Mechanismus war unter Volumenexpansion in beiden Gruppen zu beobachten, während der myogene Mechanismus abgeschwächt war. Die Gabe von L-NAME unter Volumenexpansion führte zu einer Aktivierung des myogenen Mechanismus und des metabolisch gesteuerten Mechanismus in beiden Gruppen.. Hervorzuheben ist hier die deutlich stärkere Aktivierung des myogenen Mechanismus bei den Wildtypmäusen. Eine neue Möglichkeit zur Beurteilung der Regulationsgeschwindigkeit des RBF bei Sprungantworten stellt die Bestimmung der Zeitkonstante dar, d.h. die Zeit, die bis zum Erreichen von 66 % des Ausgangsblutflusses nach induzierter Sprungantwort des RPP benötigt wird. Diese ist bei den ET-1 überexpremierenden Mäusen nach Volumenexpansion im Vergleich zu den Wildtypmäusen signifikant erhöht. 8\. Mit der vorliegenden Arbeit konnte in verschiedenen Wildtypmäusen gezeigt werden, dass drei Mechanismen, nämlich die myogene Antwort der Gefäße, der TGF und eine metabolische Komponente an der Autoregulation beteiligt sind. Der untere Grenzbereich der Autoregulation liegt in unseren Experimenten bei niedrigeren Drücken als bei den Spezies Hund und Ratte. Ferner konnte anhand der ermittelten Kenndaten der einzelnen Mechanismen der RBF-Autoregulation (Schwingungsdauer, -größe) dargelegt werden, dass Tiere mit ET-1-Überexpression auf Manipulationen des Systems durch NOS-Blockade und Volumenexpansion stark differente Reaktionsmuster aufweisen, die auf komplexe Interaktionen der beteiligten Systeme bei der Autoregulation der Niere hinweisen. Neben dem erhöhten ET-1 in der Niere können hierfür auch Funktionsänderungen anderer vasoaktiver Systeme infolge der chronischen Überexpression von ET-1 verantwortlich sein. Die hier etablierte Methode ermöglicht neue Einblicke in die Details der Regulationsmechanismen des renalen Blutflusses durch Studien an anderen zunehmend zur Verfügung stehenden Mausmodellen.,The aim of the study was to establish a method to investigate the renal blood flow (RBF) autoregulation in mouse. Furthermore we investigated the role of endothelin-1 (ET-1) in mice with over expressing of ET-1 and endothelial NO synthase knockout (eNOS) mouse in RBF-autoregulation. Response of renal vasculature to changes in renal perfusion pressure RPP) involves mechanisms with different frequency characteristics. Autoregulation of renal blood flow (RBF) is mediated by the rapid myogenic response, by the slower tubuloglomerular feedback (TGF) mechanism, and, possibly, by an even slower third mechanism. To evaluate the range of RBF autoregulation and individual contribution of these mechanisms to RBF autoregulation, we analyzed the response of RBF, cortical (LFC) and medullar (LFM) Doppler-laser flow to a step increase (ET-1 mouse vs. littermate) and slow decrease with following increase in RPP in mice (NMRI, ET-1, littermate, eNOS knockout,C57Bl6). To investigate the influence of chronic endothelin-1 expression on the RBF autoregulation mechanism, we used different conditions 1) control (C),2) volume expansion (VE) an 3) VE with L-NAME (VE+ L-NAME). METHOD: In anesthetized mice (ET-1 mice, littermate) the suprarenal aorta was occluded for 30 s , and then the occlusion was released to induce a step response in RPP. Afterwards we decrease the RPP from spontaneous RPP to 20 mmHg over 1440s an increase the RPP over 1440s. We evaluate the relative renal conductance of LFC, LFM, RBF and the maximum of the relative renal conductance as well as the adjacent RPP to characterize the range and lower limit of autotegulation. To characterize the mechanisms of RBF autoregulation through step response in RPP, we used a mathematic model. RESULTS: The range of autoregulation for the investigated mice (NMRI, ET-1, littermate, eNOS knockout, C57Bl6) is between 40 mmHg to 75 mmHg. Three dampened oscillations were identified in ET-1 mouse and littermates; their oscillation periods about 7 s for myogenic mechanism, 47 s for TGF, and 100s to 200s for the third metabolic mechanism. VE showed no change in oscillation period in ET-1 mice or littermates. Furthermore VE with isotonic NaCL showed in littermates an increase in RBF, but have no influence on the arterial pressure (AP), whereas the ET-1 mice showed an increase in AP and no influence on RBF. They reacted like rats under VE with whole blood. Under VE in littermates the oscillation period of third mechanism was shortened and extended under VE + L-NAME. ET-1 mice showed inverse behaviour under these conditions. Furthermore VE effected an inhibition of TGF in littermates and correspond with previously reported data. In accordance, after VE, the amplitude of the intermediate oscillation (TGF) was significantly reduced, but less in ET-1 mice. After VE+L-NAME we observed a significantly increased the amplitude of the 10-s oscillation in ET-1 mice and littermates. Also we observed under these conditions an increase of activity of the third metabolic mechanism. A new possibility to describe the velocity of a system is the time constant. It is reduced in ET-1 mice vs. littermates after VE. CONCLUSIONS: Characterization of RBF autoregulation is possible in mouse. The range of RBF autoregulation in mice is lower than in rat or dog. It is concluded that the parameters of the dampened oscillations induced by the step increase in RPP reflect properties of autoregulatory mechanisms. The oscillation period characterizes the individual mechanism and the square of the amplitudes characterizes the power of the respective mechanism. In addition to the myogenic response and the TGF, a third rather slow mechanism of RBF autoregulation exists. ET-1 mice showed a different RBF autoregulation in TGF than littermates. A reason could be an altered perception of shear stress as a result of inhibition of endothelial NO synthase (eNOS) and neuronal NO synthase (nNOS) through inducible NO synthase (iNOS) that previously reported data showed .,
    Data Types:
    • Other
  • network oscillations
    Data Types:
    • Other
  • Gamma oscillations
    Data Types:
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  • Titelblatt und Inhaltsverzeichnis Einleitung Femtosekunden-Laserpulse: Erzeugung, Charakterisierung und Modulation Grundlagen zur Molekulardynamik Isotopenselektive Anregung von Dimeren im Molekularstrahl Pump-Probe-Spektroskopie an Rb2-Molekülen in der MOT Zusammenfassung Literaturverzeichnis Titelblatt und Inhaltsverzeichnis Einleitung 1\. Situation und Konzepte 2\. Vom isolierten Staat zur Neuen Ökonomischen Geographie 3\. Die westdeutschen Regionen und der Weltkriegsschock Ein empirischer Befund 4\. Politikanalyse in der Neuen Ökonomischen Geographie 5\. Perspektiven des Aufbau Ost im Licht der Neuen Ökonomischen Geographie Anhang Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Publikationen, Danksagung,In meiner Arbeit untersuchte ich Alkalidimere mittels kohärenter Kontrolle im Molekularstrahl sowie durch Pump-Probe-Spektroskopie in einer magneto- optischen Falle (MOT). Die optimale Kontrolle wurde verwendet, um im Molekularstrahl erzeugte Dimere isotopenselektiv anzuregen. Diese Methode der isotopenselektiven Anregung ist im Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden, die ein ausführliches Vorwissen der untersuchten Moleküle benötigen. Bei der isotopenselektiven Anregung durch optimale Kontrolle wurde der anregende fs- Laserpuls durch einen Pulsformer in seiner zeitlichen und spektralen Struktur auf das betrachtete Ziel hin optimiert. Im Kapitel 4 diskutierte ich die gewonnenen Ergebnisse am NaK- und KRb-Dimer, wobei unterschiedliche Pulsformer für die Experimente verwendet wurden. Bei der isotopenselektiven Kontrolle des NaK-Dimers wurde zwischen der Maximierung und Minimierung des (23Na39K)+/(23Na41K)+-Isotopomerenverhältnisses bei einer Zentralwellenlänge des fs-Laserpulses von 770 nm ein Optimierungsfaktor von RPh & Ampl770 = Rmax/Rmin = 25 bei gleichzeitiger Modulation der Phase und Amplitude gewonnen, welches eine sehr hohe Ausbeute durch die geformten Laserpulse bedeutet. Weiterhin wurde das Dimer durch reine Phasen- und reine Amplitudenmodulation sowie bei einer Zentralwellenlänge des fs-Laserpulses von λ = 780 nm untersucht. Die Zuordnung von spektralen Strukturen der optimierten Pulse zu Übergangsfrequenzen beider Isotopomere gab den Hinweis auf eine stufenweise Ionisation (s. Kapitel 4.3.3). Nach einer einphotonischen Anregung aus dem Grundzustand X(1) 1Σ+; ν'' = 0 propagiert das erzeugte Wellenpaket im A(2) 1Σ+-Zustand. Von dort wird es über ein resonantes Molekülpotential in das ionische Grundzustandspotential transferiert und nachgewiesen. Weiterhin zeigten die experimentellen Ergebnisse den hohen Optimierungsgrad der simultanen Phasen- und Amplitudenmodulation, bei der die Formung der zeitlichen und spektralen Pulsstrukturen optimal im Anregungsprozess zusammenspielt. Die komplexe zeitliche Struktur der optimierten Pulse der Maximierung des Isotopomerenverhältnisses bei reiner Phasenoptimierung und gleichzeitiger Phasen- und Amplitudenmodulation konnte durch den Vergleich der experimentell gewonnenen Daten mit den Ergebnissen des OCT-Verfahrens - ausgeführt durch die Arbeitsgruppe von Prof. Bonacic-Koutecký - verstanden werden (s. Kapitel 4.3.4). Diese Rechnungen zeigten, dass hauptsächlich die Dephasierung der Wellenpakete im ersten angeregten A(2) 1Σ+-Zustand zur isotopenselektiven Anregung beiträgt. Die OCT-Ergebnisse für die simultane Phasen- und Amplitudenmodulation wiesen, wie das Experiment, auf das Adressieren von Schwingungszuständen im ersten angeregten Zustand hin, die durch die zusätzliche Phasenmodulation mit den Dephasierungseffekten der Wellenpakete durch die optimierte zeitliche Pulsstruktur gekoppelt wurde. Für die isotopenselektive Kontrolle des KRb-Dimers wurde das Isotopomerenverhältnis (124KRb)+/(126KRb)+ als Fitness-Funktion des Optimierungsalgorithmus gewählt (s. Kapitel 4.4.3). Die Experimente wurden mit einem Pulsformer realisiert, der die höchste spektrale Auflösung von 1.84 cm-1/Pixel besitzt, die bisher für ein kohärentes Kontrollexperiment verwendet wurde. Die Experimente bei einer Zentralwellenlänge von 840 nm ergaben bei der kombinierten Phasen- und Amplitudenmodulation einen Optimierungsfaktor von RPh & Ampl = Rmax/Rmin = 7 zwischen der Maximierung und Minimierung des Isotopomerenverhältnisses. Neben dieser effektiven isotopenselektiven Anregung erlaubte die hohe spektrale Auflösung des Experiments bei den Minimierungen der Fitness-Funktion die eindeutige Bestimmung, welches Isotopomer der atomaren Masse 126 amu stärker zur Optimierung des Isotopomerenverhältnisses beiträgt. Zu Beginn des Experiments war nur der Beitrag des 39K85Rb- Isotopomers zur Optimierung bekannt. Die Zuordnung von Übergangsfrequenzen zu spektralen Peaks des optimierten Spektrums erlaubte zumindest bei den Minimierungen des Isotopomerenverhältnisses die Bestimmung des größeren Beitrags des 41K85Rb -Isotopomers als atomare Masse 126 amu zur Optimierung. Wie bei den NaK-Experimenten wurden simultane und reine Phasen- und Amplitudenoptimierungen durchgeführt und analysiert. Das vorgeschlagene Anregungsschema beinhaltet den einphotonischen Übergang vom Grundzustand in den angeregten (2) 1Σ+-Zustand. Von dort aus liegen drei Potentiale im resonanten Anregungsfenster zum ionischen Grundzustandspotential, über die die Ionisation erfolgen kann. Als weiterführende Experimente wäre die isotopenselektive Kontrolle - neben der Amplituden- und Phasenmodulation des Pulses - durch Optimierung der Polarisation des fs-Laserpulses denkbar. Die Möglichkeit der kontrollierten Polarisationsänderung der Laserpulse besteht in der Arbeitsgruppe und ist gerade bei Photoionisationsexperimenten von großem Interesse, da optische Übergänge zwischen molekularen Anregungszuständen durch eine Drehung der Polarisation optimiert werden können. Weiterhin ist eine Untersuchung der isotopenselektiven Anregung komplexerer Systeme möglich. Dafür bietet sich neben Molekularstrahlexperimenten ebenfalls die Untersuchung durch das in der Arbeitsgruppe neue MALDI-Experiment an. Die Ausnutzung der hohen spektralen Auflösung des 2x640-Pixel-Pulsmodulators steht im Mittelpunkt der kohärenten Kontrollexperimente. In Kapitel 5 befasste ich mich mit der Pump-Probe-Spektroskopie an Rb2-Molekülen in der dark SPOT. Hier konnte erstmals die Molekulardynamik durch fs-Laserpulse beobachtet und untersucht werden. Dazu wurden Zweifarben-Pump-Probe-Experimente durchgeführt, wobei der Pump-Puls ein verstärkter fs-Laserpuls des RegA-Systems war und der Probe-Puls durch einen NOPA erzeugt wurde. Das Spektrum des Probe-Pulses wurde durch Manipulation in der Fourierebene des verwendeten Pulsformers nahe - und vor allen Dingen einschließlich - der atomaren Resonanzen blockiert. Für die Experimente an der D1-Linie wurde eine Zentralwellenlänge von 800 nm des Pump- Pulses und 496 nm des Probe-Pulses verwendet. Bei der D2-Linie lag die Zentralwellenlänge des Pump-Pulses bei 785 nm. Durch eine Abhängigkeitsmessung des Rb2+-Signals von der NOPA-Wellenlänge ergab sich dort die effektivste Anregung des Rb2-Dimers bei der Zentralwellenlänge λ = 505 nm. Die Ergebnisse der Pump-Probe-Messungen bei beiden atomaren Resonanzen (D1-Linie und D2-Linie) zeigten eine stark ausgeprägte Oszillationsstruktur des Rb2+-Signals. Sie konnten bei Kantenpositionen des physikalischen Blockers im Spektrum rot und blau verschoben von den D-Linien beobachtet werden, wobei die Oszillationsperiode mit der Verstimmung der Kante von den D-Linien abnahm. Die Oszillationsperiode lag dabei in einem Bereich von wenigen Pikosekunden. Die beobachteten Prozesse bei beiden atomaren Resonanzen waren sehr ähnlich. Im Allgemeinen besaßen die Pump-Probe-Signale eine dreiteilige Struktur. Für Verzögerungszeiten, in denen der Pump-Puls dem Probe-Puls folgte, war ein konstantes Niveau des Rb2+-Signals zu erkennen. Bei gleichzeitig eingestrahltem Pump- und Probe-Puls war die Form einer Kreuzkorrelation beider Pulse im Signal zu beobachten. Die Wellenpaketoszillationen wurden im Bereich von negativen Verzögerungszeiten, in dem der Pump-Puls vor dem Probe-Puls in die MOT fokussiert wird, sichtbar. Die Molekülsignalstruktur konnte durch einen Chirp des Pump-Pulses beeinflusst werden. Für die Erklärung der Pump- Probe-Ergebnisse in der MOT diskutierte ich zwei mögliche Erklärungsschemata. Einerseits ging ich von in der MOT existierenden schwach gebundenen Rb2-Dimeren im Grundzustand aus und andererseits von durch den fs-Laserpuls photoassoziierten Molekülen. Eine direkte Zuordnung der Experimente zu einem dieser Erklärungsschemata war mir zum Zeitpunkt dieser Arbeit leider nicht möglich. Jedoch konnten alle sichtbaren Abhängigkeiten des Pump-Probe-Signals in einem der beiden Bilder erklärt und ihr Prozess visualisiert werden. Weitere Experimente lassen auf eine Erklärung des Ursprungs der beobachteten Rb2-Dimere hoffen. Die Möglichkeit, durch fs-Laserpulse die Molekulardynamik von Dimeren in der MOT zu beeinflussen, bietet eine Vielzahl von Folgeexperimenten. Die vibrationelle Kühlung von in der MOT hergestellten Dimeren durch fs-Pulse wäre dabei sehr wünschenswert und würde für die Herstellung eines schwingungsgekühlten molekularen Bose-Einstein-Kondensats (BEC) wegweisend sein.,During my PhD thesis I investigated alkaline dimers with coherent control in a molecular beam as well as with pump-probe spectroscopy in a magneto-optical trap (MOT). The aim of the coherent control experiments were the isotope selective ionization with phase- and ampltitude-shaped fs-pulses. Chapter 4 described the gained results of isotope selective ionization of NaK and KRb in a molecular beam by using different puse formers. For the NaK dimer was the reached optimization factor RPh & Ampl770 = Rmax/Rmin = 25 between maximization and minimization of the isotopomer ratio (23Na39K)+/(23Na41K)+ with phase and amplitude modulation of the fs-pulse with a central wavelength of λ = 770 nm. Additionally, I realized phase only and amplitude only measurements at this wavelength and at 780 nm. The possible association of spectral features of the optimized pulses with vibrational transitions of the two involved isotopomers revealed a stepwise excitation process. From the electronic ground-state X(1) 1Σ+; ν'' = 0 transfers a one-photon-excitation population in the first excited A(2) 1Σ+ state. After a wave-packet propagation occurs a stepwise resonant excitation to the ionic ground-state. Besides the experimental data I compared theoretical OCT results of the working group of Prof. Bonacic-Koutecký with our experimental results. The theoretical considerations showed the main feature of the isotope selective ionization process as the dephasing of the excited wave-packets in the A(2) 1Σ+ state of the two different isotopomers. The coherent control experiment on KRb was used to maximize and minimize the isotopomer ratio (124KRb)+/(126KRb)+. It was the first coherent control experiment with a spectral resolution of 1.84 cm-1/Pixel. For the phase and amplitude optimization was the received optimization factor between minimization and maximization of the isotopomer ratio RPh & Ampl = Rmax/Rmin = 7 at a central wavelength of 840 nm. The association of spectral features to vibrational transitions indicated which isotopic composition of the heavier isotopomer mass 126KRb mainly contributes to the measurement. Transitions between vibrational levels of different electronic states of the 41K85Rb isotopomer could be assigned to spectral peaks of the minimized pulses. Not only simultaneous phase and amplitude modulation but also phase only and amplitude only optimization were realized. The results showed a stepwise excitation process from the electronic ground-state in the first excited (2) 1Σ+ state with a further excitation, that is possible over three resonant energy potential curves into the ionic ground-state. In the second part of my thesis I realized pump-probe spectroscopy of Rb2 dimers in a dark SPOT. Therefore a two-color pump-probe-setup were used. The pump-pulse was an amplified fs-pulse and the probe-pulse the outcome of a NOPA at wavelength between 495 and 505 nm. The atomic resonances were cutted out of the pump-pulse spectrum with a central wavelength of 785 and 800 nm for the D2 and D1 line, respectively. I showed the dependency from the cutoff-frequency of the visible oscillation periods in the ion signal. If the pump-pulse is followed from the probe-pulse is a pronounced oscillation of the Rb2+-signal visible in the measured spectra, for cutoff-frequencies red shifted from the atomic resonance as well as for blue shifted cut-off-frequencies. The processes were similar for both atomic resonances. When the pump-pulse followed the probe-pulse in time it is a constant value for the ion signal visible in the pump-probe-signal. At temporal overlap of the both pulses showed the Rb2+-signal the cross- correlation of the two pulses and the oscillation of the signal were seen for time shifts, when the probe-puls follwed the pump-pulse. A definetely explanation of the measurements was not possible. Therefore, I discussed two different explanation schemes in my thesis. In both is the basis that the oscillations in the Rb2+-signal can be identified with a wave-packet dynamic in an excited eletronic state. The first given explanation scheme discussed the excitation of dimers, that were photoassociated from the MOT-lasers, whereas the second scheme goes out from a photoassociation of the dimers with the pump-pulse. Both explanation of the origin of the dimers could explain the visible features of the experiments. Following measurements and also calculations let hope to find a defintely explanation of the visible effects.,
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  • 1\. Einleitung 2\. Messtechniken und Grundlagen 2.1. Impulsdauermessung ultrakurzer Lichtimpulse 2.1.1. Impulsdauermessung von UV-Impulsen mittels SD- FROG 2.1.2. Zeitliche Charakterisierung von VUV-Impulsen 2.2. Messung der Impulsenergie von VUV-Impulsen 2.3. Erzeugung der dritten Harmonischen des Ti:Saphir 2.4. Selbstphasenmodulation 2.5. zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie 2.5.1. Velocity map imaging 2.5.2. Winkelverteilungen emittierter Photoelektronen 3\. Erzeugung abstimmbarer VUV- Impulse durch Dreiwellenmischung in einem nichtcentrosymmetrischen optischen Kristall 3.1. Strontiumtetraborat - SrB4O7 3.2. Experimenteller Aufbau 3.3. Ergebnisse und Diskussion 3.3.1. Transmission und Brechungsindex 3.3.2. Abstimmbereich 3.3.3. Umwandlungseffizienzen und Impulsenergie 3.3.4. Impulsdauer 3.4. Ausblick 4\. Anwendung der Vierwellenmischung zur Erzeugung ultrakurzer, abstimmbarer VUV-Impulse 4.1. Experimenteller Aufbau 4.2. Ergebnisse 4.2.1. Spektaler Abstimmbereich 4.2.2. Zeitliche Charakterisierung 4.3. Ausblick: Erzeugung von sub-20 fs VUV-Impulsen 5\. Erzeugung von 133 nm, sub-60 fs Impulsen durch Sechswellenmischung 5.1. Experimenteller Aufbau 5.2. Phasenanpassung durch Sechs-Wellenmischung 5.3. Experimentelle Ergebnisse 5.3.1. Energie- und Druckabhängigkeit 5.3.2. Impulsdauer und Spektrum 5.3.3. Strahlprofil 5.4. Ausblick 6\. Anwendung abstimmbarer VUV Impulse in der TRPES an NO 6.1. Experimenteller Aufbau 6.2. Ergebnisse 6.3. Diskussion 6.3.1. Analytische Beschreibung nicht-adiabatischer Kopplungen 6.3.2. O1 – Valenz- Rydberg-Oszillation 6.3.3. O3 – Valenz-Rydberg-Oszillation 6.3.4. O2 – Rydberg-Rydberg-Schwebung 7\. Zusammenfassung A. Herleitung der Suszeptibilität fünfter Ordnung für einen Frequenzverdreifa- chungsprozess Literaturverzeichnis Kurzzusammenfassung Short summary Danksagung Liste der eigenen Publikationen Selbstständigkeitserklärung,Diese Arbeit behandelt die Entwicklung von neuen Ultrakurzpulsquellen im Vakuum-UV-Spektralbereich (VUV). Mit Hilfe dieser Quellen wurde die Lücke zwischen dem UV- und XUV-Spektralbereich, in denen etablierte Quellen ultrakurzer Impulse zur Verfügung stehen, geschlossen und zeitaufgelöste spektroskopische Untersuchungen im VUV ermöglicht. Die entwickelten Quellen basieren auf Drei-, Vier- und Sechswellenmischungen in nichtlinearen optischen Kristallen oder Edelgasen. Hierbei konnte erstmals in einem nichtlinearen Kristall effizient Licht bei 121 nm durch Frequenzverdopplung erzeugt werden. Dazu wurde ein Strontiumtetraboratkristall (SBO) mit zufällig dicken Domänen alternierendem Vorzeichen der effektiven Nichtlinearität genutzt. Die dadurch bedingte zufällige Quasi-Phasenanpassung ermöglicht die Realisierung einer abstimmbaren VUV-Quelle zwischen 121 nm und 172 nm. Bei der Frequenzverdopplung der dritten Harmonischen des Ti:Saphir konnten Impulse mit bis zu 600 pJ erzeugt werden. Des Weiteren wurde eine Methode abgeleitet, die es ermöglicht, aus gemessenen SH Spektren den bisher unbekannten Brechungsindex von SBO im VUV-Spektralbereich trotz großer Gruppengeschwindigkeits- und Phasenfehlanpassung zu berechnen. Eine ebenfalls abstimmbare VUV-Quelle mit Impulsenergien von bis zu 90nJ bei einer Repetitionsrate von 1 kHz und Impulsdauern <45 fs wurde durch eine Vierwellenmischung der dritten Harmonischen des Ti:Saphir (266 nm) und der Signalwelle eines OPAs (1150 nm − 1550 nm) in einem nicht kollinearen Schema umgesetzt. Als nichtlineare Medien wurden hierbei die Edelgase Krypton und Argon genutzt. Der erzielte Abstimmbereich dieser Quelle liegt zwischen 147 nm und 151 nm. Argon wurde auch in der dritten VUV-Quelle verwendet. Diese erzeugt die dritte Harmonische von 400 nm Impulsen und generiert somit Licht tief im VUV-Spektralbereich mit Wellenlängen um 133 nm. Anhand numerischer Simulationen sowie der beobachteten ringförmigen Strahlprofile der VUV-Impulse wurde eine Sechswellenmischung als Ursache für die effiziente Frequenzverdreifachung identifiziert. Die Dauer der erzeugten Impulse mit Energien von knapp 1 µJ bei einer Repetitionsrate von 1 kHz beträgt 55 fs. Abschließend wurden abstimmbare VUV-Impulse angewandt, um mit zeitaufgelöster Photoelektronenspektroskopie nicht-adiabatische Kopplungen zwischen hoch angeregten Zuständen im Stickstoffmonooxid zu untersuchen. Hierbei wurden drei verschiedene Photoelektronensignale beobachtet, die zeitliche Oszillationen zeigen. Zwei dieser Oszillationen konnten durch nicht-adiabatische Kopplungen eines Rydberg- und eines Valenzzustand erklärt werden. Die dritte Oszillation wurde der Kopplung zweier Rydberg-Zustände zugeordnet.,This thesis deals with the development of new sources of ultrashort pulses in the vacuum-UV (VUV) spectral regime. These sources fill the gap between the UV- and XUV-spectral regime where sources of ultrashort pulses are already available. The newly developed sources will enable time-resolved spectroscopy in the VUV spectral range. The sources are based on three-, four- and six-wave mixing processes in nonlinear optical crystals or noble gases. For the first time, an efficient second harmonic generation in a nonlinear crystal generating 121nm pulses could be demonstrated. For this propose, a polydomain strontium tetraborate crystal (SBO) was used. The different domains with random thicknesses and alternating sign of the effective nonlinearity allowed random quasi-phase matching (RQPM) of the frequency conversion. Due to the RQPM continuous tuning of the SH wavelength was possible between 121 nm and 172 nm. Pulse energies of 600 pJ were achieved by SHG of the third harmonic of the Ti-sapphire. The so far unknown refractive index of SBO in the VUV was calculated from the measured SH spectra by a new algorithm applicable despite large group-velocity and phase mismatch. A second VUV source generating tunable fs-pulses with energies up to 90 nJ at a repetition rate of 1 kHz and pulse durations below 45fs employs a noncollinear four-wave mixing scheme. Mixing the third harmonic of a Ti-sapphire laser (266nm) with the signal of an OPA (1150 nm − 1550 nm) generates pulses between 147 nm and 151 nm. The nonlinear medium was either krypton or argon. Argon was also used for a another VUV source which generates the third harmonic of 400 nm pulses. The pulses deep in the VUV spectral regime with a wavelength of about 133 nm had a duration of 55 fs and energies of almost 1 µJ at a repetition rate of 1 kHz. Numerical simulations and the observed annular VUV beam profile indicate a six-wave mixing process as origin of the efficient frequency conversion. Finally, the ultrashort, tunable VUV source was used to investigate non- adiabatic coupling of highly excited states of nitric oxide by time-resolved photoelectron spectroscopy. Three temporally oscillating photoelectron signals were observed. Two of them are explained by non-adiabatic coupling between a valence and a Rydberg state. The third oscillation is assigned to coupling between two Rydberg states.,
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  • In this study we investigated event-related desynchronizations in 17 hemiparetic patients after acute stroke (2-13 days) subcortical (n=10) and cortical (n=7) lesions and age-matched healthy subjects (n=10) during performance of a simple motor task. In a “rest” condition, data were recorded in a similar setting where subjects were only observing visual cues. In the second “active” task, subjects pressed a mouse button either with their left or right index finger as required by a visual stimulus. A 65-channel EEG, including EOG and EMG, was recorded. Event-related desynchronization (ERD) was measured for both tasks in four frequency bands: 8-10Hz, 10-12Hz, 15-20Hz and 20-25Hz. For interhemispherical comparisons, an electrode with the strongest ERD over the motor cortex was chosen. The data were statistically analyzed with analysis of variance (ANOVA) and, if needed, with post-hoc Tukey's test. The aim of this study was to gain insight into the kinds of changes in the dynamics of the neuronal oscillations in the acute phase of stroke. The other goal was to prove if the lesion location has a significant influence on the brain oscillations. Moreover, this work was intended to investigate possible correlations between the grade of the paresis and the severity of ERD changes. The analysis of the “rest” task did not reveal any differences of ERDs between the two hemispheres of the two groups, nor did in-between group comparisons. In the “active” task for paretic hand movements the cortical stroke patients showed with a stronger ipsilateral (contralesional) than contralateral (ipsilesional) alpha-ERD. The hemisphere with cortical lesions exhibited stronger 8-10Hz - ERD for ipsilateral (healthy) than for contralateral (paretic) hand movements. Within the cortical group, for contralateral hand movements, the alpha-ERD found in the affected hemisphere was smaller than in the unaffected hemisphere. In comparison with the control group, in patients with cortical stroke the amplitude of the alpha-ERD was decreased for both the affected and the unaffected hemispheres. No interhemispherical difference of the alpha-ERD amplitude was found in patients with subcortical stroke. Likewise, the alpha-ERD measured in the unaffected and affected hemisphere did not differ from the control group, but was significantly stronger in the affected hemisphere than in patients with cortical stroke. No significant differences were detected for either of the beta frequency bands. Interestingly, relative preservation of the alpha-ERD amplitude in a hemisphere with a cortical stroke for non-paretic hand movements could exhibit a potential for rehabilitation through training of the remaining cortical network with enforced use of the paretic hand.,In dieser Studie wurde die ereigniskorrelierte Desynchronisation (event- related desynchronization, ERD) in 17 hemiparetischen Patienten nach einem akuten Schlaganfall (2-13 Tage) mit subkortikalen (n=10) und kortikalen (n=7) Läsionen als auch in einer Kontrollgruppe von gesunden und gleichaltrigen Personen während Ausführung einer einfachen motorischen Aufgabe untersucht. Während der „passiven“ Aufgabe wurden die Daten erfasst, während die Patienten die visuellen Stimuli nur beobachtet haben. In der „aktiven“ Aufgabe drückten die Patienten eine Maustaste entweder mit dem linken oder mit dem rechten Zeigefinger entsprechend der Stimulusausrichtung. Es wurde eine EEG mit 65 Elektroden, einschließlich EOG und EMG, aufgenommen. ERD wurde während Ausführung beider Aufgaben in vier Frequenzbereichen: 8-10Hz, 10-12Hz, 15-20Hz und 20-25Hz gemessen. Für die interhemisphärischen Vergleiche wurde immer die Elektrode gewählt, die die stärkste ERD oberhalb des motorischen Kortex aufnahm. Die statistische Auswertung der Daten wurde mittels Varianzanalyse und wenn nötig, auch mittels a posteriori Tukey Test durchgeführt. Das Ziel der Studie war die Untersuchung der dynamischen Veränderungen der neuronalen Oszillationen in der akuten Schlaganfallphase. Zusätzlich sollte der Einfluss der Schlaganfalllokalisation auf die Oszillationen untersucht werden. Weiterhin wurden auch die Korrelationen zwischen dem Grad der Parese und dem Grad der ERD-Veränderungen untersucht. Die Auswertung der „passiven“ Aufgabe zeigte, dass keine interhemisphärischen ERD-Unterschiede innerhalb jeder Gruppe und zwischen den Gruppen bestehen. In der „aktiven“ Aufgabe zeigte sich für die Bewegung der paretischen Hand bei Schlaganfallpatienten mit kortikalen Läsionen stärkere ipsilaterale als kontralaterale alpha-ERD. Die Hemisphäre mit kortikaler Läsion zeigte stärkere 8-10Hz- ERD für ipsilaterale (gesunde) als für kontralaterale (paretische) Handbewegungen. In der Schlanganfallpatientengruppe mit kortikalen Läsionen konnte für die kontralateralen Handbewegungen eine kleinere alpha-ERD in der geschädigten als in der ungeschädigten Hemisphäre gefunden werden. Im Vergleich zu der Kontrollgruppe wurde bei den Patienten mit kortikalen Läsionen eine kleinere alpha-ERD-Amplitude sowohl für die geschädigte als auch für die ungeschädigte Hemisphäre gemessen. Keine interhemisphärischen Unterschiede der alpha-ERD konnten in den beiden Hemisphären der Schlaganfallpatienten mit subkortikalen Läsionen beobachtet werden. Weiterhin, die gemessenen alpha- ERD-Werte unterschieden sich in der geschädigten und ungeschädigten Hemisphäre von der Werten gemessenen bei der Kontrollgruppe nicht, allerdings waren höher als bei Patienten nach kortikalen Schlaganfällen. Keine signifikanten Unterschiede konnten für den Beta-Frequenzbereich erfasst werden. Interessanterweise zeigt die relative Erhaltung der alpha-ERD-Amplitude in der durch den kortikalen Schlaganfall geschädigten Hemisphäre bei nicht-paretischen Handbewegungen ein Rehabilitationspotential durch das Training des kortikalen Netzwerks durch einen verstärken Gebrauch der paretischen Hand.,
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