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FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

meruli erhalten. Es ist daher möglich, anhand der Sequenz der Glomerulusaktivie-
rung den jeweils richtigen Geruchstoff über verschiedenen Konzentrationen hinweg
zuzuordnen. Um zu prüfen, ob die in den zeitlichen Profilen enthaltene Informati-
on redundant ist mit der Information, die in den relativen Antwortstärken enthalten
ist, haben wir die zeitlichen Parameter Latenz und Anstiegszeit mit den Antwortam-
plituden korreliert. Insgesamt sind diese Parameter kaum miteinander korreliert. Dies
bedeutet, dass das zeitliche Profil der afferenten Signale im Bulbus olfaktorius in der
Tat zusätzliche Information über den Stimulus enthält. Da die Stimuluspräsentation
von der Atmung des Tieres abhängt, haben wir untersucht, ob sich die Sequenz der
Glomerulusaktivierung über verschiedene Atemzyklen verändert. In einem ersten
Schritt konnten wir zeigen, dass die Latenzbestimmung durch Annäherung mit einer
Sigmoidfunktion und die Latenzbestimmung durch Kreuzkorrelation sehr ähnliche
Ergebnisse ergeben. Mit der Kreuzkorrelationsmethode konnten wir zeigen, dass
sich die Aktivierungssequenz über mehrere Atemzyklen wiederholt. Bei Messungen
mit experimentell kontrolliertem Luftfluss durch die Nase (durch Tracheotomie)
zeigte sich, dass bei höheren Atemfrequenzen die Atemmodulation des gemessenen
Calcium Signals deutlich zurückgeht. Dies überrascht im Vergleich zu Messungen
durch einen spannungsabhängigen Farbstoff bei (wegen anderer Narkose) schneller
frei atmenden Tieren. Um die Frage nach der Stärke der Atemmodulation zu klären,
haben wir einerseits in ersten Testversuchen die Atemfrequenz der Mäuse im Verhal-
tenstest (s.o.) gemessen und andererseits die Modulation des Membranpotentials und
der Aktionspotentialfrequenz der Zellen im Bulbus olfactorius in Abhängigkeit der
künstlich veränderten Schnüffelfrequenz gemessen. Die elektrophysiologischen Mes-
sungen umgehen das Problem der langsamen Abfallszeitkonstanten des Kalziumfarb-
stoffs. Hierdurch konnten wir zeigen, dass einerseits die Stärke der Atemmodulation
deutlich mit der Atemfrequenz zurückgeht, aber anderseits auch bei Atemfrequen-
zen von mehr als 6 Hz noch signifikante Atemmodulation vorliegt. Dies ist wichtig
im Zusammenhang mit Modellen der Funktionen des Bulbus olfactorius, die auf der
atemsynchronen Modulation des Membranpotentials beruhen.
Die Datenanalyse durch Principal Component Analysis (PCA) und Independent
Component Analysis (ICA) wurde weiter untersucht. Bei Dimensionsreduktion der
Originaldaten durch PCA und ICA sind Detail Verluste gering aber nicht vermeid-
bar. Wir konnten für die von uns eingesetzten Datensätze zeigen, dass der überwie-
gende Teil der verloren gegangenen Varianz Stimulus unabhängig ist, d. h. vor allem
Artefakte und Rauschen gehen bei der Dimensionsreduktion verloren. Inzwischen
konnte die Datenanalyse mit PCA und ICA auch erfolgreich an Datensätzen gete-
stet werden, bei denen mit spannungsabhängigen Farbstoffen im somatosensorischen
Kortex gemessen wurde. Dies lässt eine weite Anwendbarkeit der ICA und PCA
bei der in vivo Bildgebung mit spannungsabhängigen Farbstoffen erwarten.
5. Mathematische Modellierung und Analyse
Zum Gesamtverständnis der Signalverarbeitungswege von den Geruchssinneszellen
über die Glomeruli zu den Mitralzellen des Bulbus olfactorius muss die Funktions-