Journal für Hirnforschung: Band 19, Heft 4 1978 [Reprint 2021 ed.] 9783112526781, 9783112526774

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ISSN 0021-8359

Journal für Hirnforschung Heft 4-1978 Band 19

Internationales Journal für Neurobiologie Begründet von Cécile und Oskar Vogt Herausgeber: J. Anthony, Paris • A Hopf, Düsseldorf W.Kirsche, Berlin • J.Szentägothai, Budapest Schriftleitung: W.Kirsche, Berlin Wiss. Sekretär: J.Wenzel, Berlin

Akademie-Verlag • Berlin EVP 25.-M- 32105

Begründet von Cécile und Oskar Vogt Unter Mitwirkung des Cécile und Oskar Vogt Instituts für Hirnforschung in Düsseldorf und der Arbeitsgemeinschaft für vergleichende Neuroanatomie der Fédération mondiale de Neurologie (World Fédération of Neurology)

Mitherausgeber: H . ADAM, Salzburg—Wien

O. S.

A D R I A N O W , Moskau J . A R I É N S K A P P E R S , Amsterdam E. C R O S B Y , Ann Arbor A . D E W U L F , Corbeck-Lo J . E S C O L A R , Zaragoza R. H A S S L E R , Frankfurt a. M. E . H E R Z O G , Santiago J . J A N S E N , Oslo J . K O N O R S K I , Warschau S T . K Ö R N Y E Y , Pécs M . M A R I N - P A D I L L A , Hanover-New J . M A R É A L A , KoSice H. A. M A T Z K E , Lawrence D . M I S K O L C Z Y , Tirgu Mures G . P I L L E R I , Waldau—Bern T. O G A W A , Tokyo

Le JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG publiera des études sur la morphologie normale (anatomie, histologie, cytologie, microscopie électronique, histochimie), sur le développement du système nerveux ainsi que des études anatomiques expérimentales. On acceptera aussi des travaux du caractère de la coopération entre des domaines différents à condition qu'ils contiennent des résultats morphologiques obtenus par les méthodes de la neuromorphologie et de la neurophysiologie ou de la neuropharmacologie et de la neurochimie. Les travaux doivent contenir des acquisitions nouvelles sur l'action réciproque entre la structure et la fonction. Des études neuropathologiques seront seulement acceptées quand elles contribuent à la conaissance des structures normales, des changements structurels ou de leur signification fonctionelle. Des études sur la localisation cérebrale de phénomènes expérimentaux ou cliniques d'excitation ou de déficit (doctrine des localisations) seront également publiées par le JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG. Une partie spéciale sera réservée à la neurobiologie comparée.

Hampshire

B . REXED, Upsala

H . S T E P H A N , Frankfurt a. M . V E R H A A R T , Leiden

Bezugsmöglichkeiten des „Journal für Hirnforschung".

F. W A L B E R G , Oslo K. G. W I N G S T R A N D , Kopenhagen E . W I N K E L M A N N , Leipzig W . W Ü N S C H E R , Berlin A . D . Z U R A B A S H V I L I , Tbilissi

— in der DDR an eine Buchhandlung oder an den AkademieVerlag, D D R - 108 Berlin, Leipziger Straße 3 - 4

W. J . C.

M. VOGT, Cambridge

Im JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG werden Arbeiten aus dem Gesamtgebiet der normalen Morphologie (Anatomie, Histologie, Cytologie, Elektronenmikroskopie, Histochemie) und der Entwicklungsgeschichte des Nervensystems unter Einschluß experimentell-anatomischer Arbeiten veröffentlicht. Es werden auch Arbeiten multidisziplinären Charakters aufgenommen, sofern sie morphologische Ergebnisse beinhalten, die mit neuromorphologischen und neurophysiologischen oder neuropharmakologischen bzw. neurochemischen Methoden gewonnen wurden und einen Erkenntnisgewinn hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen Struktur und Funktion beinhalten. Neuropathologische Arbeiten werden nur angenommen, wenn sie Beiträge zur normalen Struktur, den Strukturwandlungen oder deren funktionellen Bedeutungen enthalten. Zum Publikationsgebiet des JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG gehören auch Arbeiten, die sich mit der Zuordnung experimenteller Reiz- und Ausfallerscheinungen bzw. klinischen Symptomen zu bestimmten Strukturen des Gehirns („Lokalisationslehre") befassen. Als spezielles Publikationsgebiet ist die vergleichende Neurobiologie vorgesehen.

The JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG will publish studies on normal morphology (anatomy, histology, cytology, electron microscopy, histochemistry), on the development of the nervous system, as well experimental anatomical studies. Papers of multidisciplinary character will also be included so far as they contain morphological results which were obtained using neuromorphological and neurophysiological or neuropharmacological and neurochemical methods and provide further information on the interaction between structure and function. Neuropathological studies will only be published if they contribute to the knowledge of normal structures structurals changes or their functional significance. Papers dealing with the cerebral localization of experimental excitation and deficit phenomena or clinical symptoms (localization theory) will also be published by the JOURNAL F Ü R HIRNFORSCHUNG. A special part of the publication is reserved for comparative neurobiology.

Bestellungen sind zu richten

— im sozialistischen Ausland an eine Buchhandlung für fremdsprachige Literatur oder an den zuständigen Postzeitungsvertrieb — in der B R D und Westberlin an eine Buchhandlung oder an die Auslieferungsstelle KUNST UND WISSEN, Erich Bieber, 7 Stuttgart 1, Wilhelmstraße 4 - 6 — in Österreich an den Globus-Buchvertrieb, 1201 Wien, Höchstädtplatz 3 — im übrigen Ausland an den Internationalen Buch- und Zeitschriftenhandel; den Buchexport, Volkseigener Außenhandelsbetrieb der Deutschen Demokratischen Republik, D D R - 701 Leipzig, Postfach 160, oder an den Akademie-Verlag, D D R - 1 0 8 Berlin, Leipziger Straße 3 bis 4

Journal für Hirnforschung Herausgeber: Im Auftrag des Akademie-Verlages von einem internationalen Wissenschaftlerkollektiv herausgegeben. Verlag: Akademie-Verlag, D D R - 1 0 8 Berlin, Leipziger Straße 3 - 4 ; Fernruf: 2236 221 oder 2236 229; Telex-Nr.: 114420; Bank: Staatsbank der DDR, Berlin, Kto.-Nr.: 6836-26-20712. Schriftleitung: Prof. Dr. sc. med. W. Kirsche, Berlin. Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1326 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik. Gesamtherstellung: V E B Druckhaus „Maxim Gorki", D D R - 74 Altenburg. Erscheinungsweise: Das Journal für Hirnforschung erscheint jährlich in einem Band mit 6 Heften. Bezugspreis eines Bandes 180,— M zuzüglich Versandspesen (Preis für die DDR 150,— M); Preis je Heft 30,— M (Preis für die DDR 2 5 , - M). Bestellnummer dieses Heftes 1018/19/4. © 1978 by Akademie-Verlag Berlin. Printed in the German Democratic Republic. AN (EDV) 60315

ISSN 0 0 2 1 - 8 3 5 9

Journal

J . Hirnforsch. 1 9 {I97S) 2 8 9 - 2 9 0

•

Internationales Journal fur Neurobiologie Heft 4 • 1978 • Band 19

•

-p j j p

Hirnforschung

In memoriam Marian Chomiak (1912—1976) On December 23 r d , 1976 Marian CHOMIAK, professor and doctor of veterinary medicine died. He was a head of the Institute of Animal A n a t o m y of the Veterinary F a c u l t y at Agricultural Academy, its former R e c t o r and Prorector. He was born in Nadolce on December 18, 1912. He studied Veterinary at Warsaw University in years 1 9 3 3 - 1 9 3 8 . On November 1, 1944 j u s t after the period of occupation he started to work at the Veterinary F a c u l t y at the University of Maria CurieSklodowska. On F e b r u a r y 1, 1945 he was appointed a lecturer and in April 1946 he took his degree of veterinary doctor in the field of animal anatomy. In 1948 he became the head of the Department (Institute) of Animal A n a t o m y of Veterinary F a c u l t y and he hold this position until his death. I n 1945 he was appointed associate professor and on April 27, 1.963 full professor. This dynamic way of promotion of prof. C H O M I A K was not only the result of his eminent scientific works, but great organizing abilities. He was vicedean and dean of Veterinary F a c u l t y at UMCS. He was one of the official organizers of Agricultural College at the time of its separating from the University of Maria Curie-Sklodowska. During his scientific training in Czechoslovakia in 1950 he specified his main line of scientific interests to which he devoted his further work. Great achievements of the Polish neuroanatomical school under the leadership of Prof. Marian Chomiak were appreciated by m a n y scientific authorities in Poland and abroad. His scientific output is included in 60 publications in Polish and forcing scientific journals and student's books. Professor M. Chomiak's scientific activity embraced studies on the microscopic structure of the central nervous system of domestic animals. I n this field, H i r n f o r s c h u n g , l i d . 19, Hi-ft 4

he produced a number of papers on the structure and topography of the nerve nuclei of the medulla oblongata and mesencephalon in the cow, sheep, goat, horse and pig. He also studied specific differences in the structure of the nervous system and investigated the correlation between the development of a given nerve nucleus and the action and structure of the organ innervated by t h a t nucleus. T h e situation and course of afferent and efferent nervous pathways in the spinal cord of the sheep and pig were another subject of Prof. C H O M I A K ' S experimental studies. He also devoted much of this time to spastic paresis in cattle in order to determine causal relations between lesions of the central nervous system and the secondary clinical symptoms of spastic paresis. I n the last years of his life, Prof. C H O M I A K conducted studies on the harmful effect which some chemical compounds widely used in agriculture have on the nervous system of domestic animals. As academic teacher, Prof. C H O M I A K was co-author of a number of manuals, namely "Splanchnology of Domestic Animals", "Peripheral Nervous System of Domestic Animals", " A t l a s of Topographical Anatomy of the S h e e p " , and " A t l a s of Topographical A n a t o m y of the Cow". Marian C H O M I A K was actively engaged in m a n y scientific societies and organizations. He was the member of the Polish Anatomical Society, the Polish Society of Veterinary Sciencies, Committee of Veterinary Sciencies of the Polish Academy of Science, the member of the World and European Anatomical Society, the member of the Scientific Counsel of the International Scientific periodical " A n a t o m y , Histology, E m b r i o l o g y " , vicechairman of the Biological F a c u l t y of Lublin's Scientific Society, the alderman of Town Council in Lublin in years 1953 — 1954. 21

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J . Hirnforsch. 1 9 {I97S) 2 8 9 - 2 9 0

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Internationales Journal fur Neurobiologie Heft 4 • 1978 • Band 19

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Hirnforschung

In memoriam Marian Chomiak (1912—1976) On December 23 r d , 1976 Marian CHOMIAK, professor and doctor of veterinary medicine died. He was a head of the Institute of Animal A n a t o m y of the Veterinary F a c u l t y at Agricultural Academy, its former R e c t o r and Prorector. He was born in Nadolce on December 18, 1912. He studied Veterinary at Warsaw University in years 1 9 3 3 - 1 9 3 8 . On November 1, 1944 j u s t after the period of occupation he started to work at the Veterinary F a c u l t y at the University of Maria CurieSklodowska. On F e b r u a r y 1, 1945 he was appointed a lecturer and in April 1946 he took his degree of veterinary doctor in the field of animal anatomy. In 1948 he became the head of the Department (Institute) of Animal A n a t o m y of Veterinary F a c u l t y and he hold this position until his death. I n 1945 he was appointed associate professor and on April 27, 1.963 full professor. This dynamic way of promotion of prof. C H O M I A K was not only the result of his eminent scientific works, but great organizing abilities. He was vicedean and dean of Veterinary F a c u l t y at UMCS. He was one of the official organizers of Agricultural College at the time of its separating from the University of Maria Curie-Sklodowska. During his scientific training in Czechoslovakia in 1950 he specified his main line of scientific interests to which he devoted his further work. Great achievements of the Polish neuroanatomical school under the leadership of Prof. Marian Chomiak were appreciated by m a n y scientific authorities in Poland and abroad. His scientific output is included in 60 publications in Polish and forcing scientific journals and student's books. Professor M. Chomiak's scientific activity embraced studies on the microscopic structure of the central nervous system of domestic animals. I n this field, H i r n f o r s c h u n g , l i d . 19, Hi-ft 4

he produced a number of papers on the structure and topography of the nerve nuclei of the medulla oblongata and mesencephalon in the cow, sheep, goat, horse and pig. He also studied specific differences in the structure of the nervous system and investigated the correlation between the development of a given nerve nucleus and the action and structure of the organ innervated by t h a t nucleus. T h e situation and course of afferent and efferent nervous pathways in the spinal cord of the sheep and pig were another subject of Prof. C H O M I A K ' S experimental studies. He also devoted much of this time to spastic paresis in cattle in order to determine causal relations between lesions of the central nervous system and the secondary clinical symptoms of spastic paresis. I n the last years of his life, Prof. C H O M I A K conducted studies on the harmful effect which some chemical compounds widely used in agriculture have on the nervous system of domestic animals. As academic teacher, Prof. C H O M I A K was co-author of a number of manuals, namely "Splanchnology of Domestic Animals", "Peripheral Nervous System of Domestic Animals", " A t l a s of Topographical Anatomy of the S h e e p " , and " A t l a s of Topographical A n a t o m y of the Cow". Marian C H O M I A K was actively engaged in m a n y scientific societies and organizations. He was the member of the Polish Anatomical Society, the Polish Society of Veterinary Sciencies, Committee of Veterinary Sciencies of the Polish Academy of Science, the member of the World and European Anatomical Society, the member of the Scientific Counsel of the International Scientific periodical " A n a t o m y , Histology, E m b r i o l o g y " , vicechairman of the Biological F a c u l t y of Lublin's Scientific Society, the alderman of Town Council in Lublin in years 1953 — 1954. 21

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Welento, J.

He was awarded the order of Merit and the Military Order of the Revival of Poland, the honory title "Meritorious Teacher of Poland", the Medal of the 10 th and 30 th Anniversaries of Poland and the Czechoslovakian Medal "I. J. Pesiny" and many other distinctions and awards.

Prof. Dr. M . C H O M I A K will remain in our memory as organizer of the only Polish centre of morphological studies on the nervous system of domestic animals, where his activity is being continued by his disciples. J.

WELENTO

J . Hirnforsch. 1 9 (1978) 291 - 2 9 4

Aus dem Anatomischen I n s t i t u t der Medizinischen Akademie Magdeburg (komm. D i r e k t o r : Doz. Dr. med. J . F R Ö H L I C H )

Autoradiographischer Nachweis von tritiiertem Cholinchlorid im Hirngewebe Eine Methode zum lichtoptischen Nachweis im Paraffinschnitt 1 ) Von Horst

RUMMELFXXGER

und J o a c h i m

FRÖHLICH2

Mit 1 Abbildung (Eingegangen a m 18. August 1977)

Zusammenfassung: E s wird eine Methode zum lichtoptischcn Nachweis der A k t i v i t ä t nach intraventrikulärer Applikation von 3 H-Cholinchlorid im Paraffinschnitt beschrieben. Gefriergetrocknetes Material wird in Paraffin eingeschmolzen, die 10 [¿m dicken Schnitte mit wasserfreiem Diäthyläther behandelt und nach der SandwichMethode (mit Strippingfilm) für 90 Tage über CaCl 2 bei + 4 ° C exponiert. Nach getrennter Entwicklung des Filmes und F ä r b e n des Gewebeschnittes erfolgt die Montage. Summary: I t is presented a autoradiographic method for microscopical detection of 3 H-choline chloride activity after intraventricular application in freeze-dried and paraffin-embedded brain sections. T h e 10 ¡xm thick sections are treated with diethyl ether and than exposed during 90 days above calcium chloride at 4 CC using the sandwich technique (with stripping film). After separate film explanation and section staining the film and the brain sections are mounted together.

Der autoradiographische Nachweis wasserlöslicher Radioisotopen-markierter Substanzen ist in den letzten Jahren immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses gerückt (Literaturübersicht s. FEINENDIGEN 19G8, F I S C H E R u n d W E R N E R

1971,

AMLACHER

1974). Grundsätzlich zeichnen sich zwei Wege a b : F ü r Gefrierschnitte beschreibt APPLETON (1968) eine relativ sichere Methode; sie bedarf jedoch eines umfangreichen technischen Aufwandes (Kryostat und Tiefkühlschrank). Der kritische Punkt dieser Methode ist die konstante Einhaltung der erforderlichen tiefen Temperaturen von — 25°C, besonders dann, wenn lange Expositionszeiten erforderlich sind. I m Paraffinschnitt läßt sich der Nachweis inkorporierter wasserlöslicher Substanzen am sichersten nach Gefriertrocknung des Gewebes erreichen (FITZGERALD 196:1). Die Gewebeschnitte werden nach der Sandwich-Methode mit den befilmten Deckgläsern in K o n t a k t gebracht. Nach der Exposition erfolgt dann eine getrennte Weiterbearbeitung von Film (Entwickeln und Fixieren) und Gewebeschnitt (Entparaffinieren und Färben). Das anschließende Eindecken der Schnitte ist der schwierigste Teil dieses Verfahrens, da es nur unter besonderem Auf1 Finanziert mit Mitteln des Ministeriums für Wissenschaft und Technik der D D K . 2 F ü r technische Unterstützung danken wir den Kollegen des Pharmakologischen Institutes der MAM sehr herzlich.

wand möglich ist, eine absolute Deckungsgleichheit von autoradiographischen Filmschwärzungen und histologischen Organstrukturen zu erreichen. Diese Schwierigkeit läßt sich bei getrennter Auswertung von Präparat und Film mit einem Doppelmikroskop vermeiden

(FISCHER u n d WERNER

1971), wenn

die

Schwärzung des Filmes an bestimmten Gewebestrukturen orientiert werden kann. Bei schwachen Strahlern erfordert das aber wiederum eine sehr lange Expositionszeit. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, ein effektives Verfahren für den lichtoptischen Nachweis der Aktivität nach Applikation von ^ - C h o l i n chlorid im Gewebeschnitt zu finden. Wir entschlossen uns für die Paraffinmethode nach vorheriger Gefriertrocknung des Gewebes, besonders auch deshalb, da wir bei den Voruntersuchungen feststellten, daß mit dem von uns angewandten Trocknungsverfahren eine gute Strukturerhaltung auch an größeren Gewebestücken zu erreichen war. Im Verlaufe unserer Untersuchungen mußten wir allerdings feststellen, daß die Expositionszeiten sehr hoch liegen (mehr als 300 Tage). Ursache hierfür ist die relativ geringe mittlere Initialenergie des Tritiums von 6 KeV (AMLACHER 1974); dadurch wird der größere Teil der emitierten Strahlung durch das Paraffin absorbiert. Cholinchlorid ist eine in Wasser und Alkohol leicht lösliche Substanz, die nach RAUEN (1964) 21*

J . Hirnforsch. 1 9 (1978) 291 - 2 9 4

Aus dem Anatomischen I n s t i t u t der Medizinischen Akademie Magdeburg (komm. D i r e k t o r : Doz. Dr. med. J . F R Ö H L I C H )

Autoradiographischer Nachweis von tritiiertem Cholinchlorid im Hirngewebe Eine Methode zum lichtoptischen Nachweis im Paraffinschnitt 1 ) Von Horst

RUMMELFXXGER

und J o a c h i m

FRÖHLICH2

Mit 1 Abbildung (Eingegangen a m 18. August 1977)

Zusammenfassung: E s wird eine Methode zum lichtoptischcn Nachweis der A k t i v i t ä t nach intraventrikulärer Applikation von 3 H-Cholinchlorid im Paraffinschnitt beschrieben. Gefriergetrocknetes Material wird in Paraffin eingeschmolzen, die 10 [¿m dicken Schnitte mit wasserfreiem Diäthyläther behandelt und nach der SandwichMethode (mit Strippingfilm) für 90 Tage über CaCl 2 bei + 4 ° C exponiert. Nach getrennter Entwicklung des Filmes und F ä r b e n des Gewebeschnittes erfolgt die Montage. Summary: I t is presented a autoradiographic method for microscopical detection of 3 H-choline chloride activity after intraventricular application in freeze-dried and paraffin-embedded brain sections. T h e 10 ¡xm thick sections are treated with diethyl ether and than exposed during 90 days above calcium chloride at 4 CC using the sandwich technique (with stripping film). After separate film explanation and section staining the film and the brain sections are mounted together.

Der autoradiographische Nachweis wasserlöslicher Radioisotopen-markierter Substanzen ist in den letzten Jahren immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses gerückt (Literaturübersicht s. FEINENDIGEN 19G8, F I S C H E R u n d W E R N E R

1971,

AMLACHER

1974). Grundsätzlich zeichnen sich zwei Wege a b : F ü r Gefrierschnitte beschreibt APPLETON (1968) eine relativ sichere Methode; sie bedarf jedoch eines umfangreichen technischen Aufwandes (Kryostat und Tiefkühlschrank). Der kritische Punkt dieser Methode ist die konstante Einhaltung der erforderlichen tiefen Temperaturen von — 25°C, besonders dann, wenn lange Expositionszeiten erforderlich sind. I m Paraffinschnitt läßt sich der Nachweis inkorporierter wasserlöslicher Substanzen am sichersten nach Gefriertrocknung des Gewebes erreichen (FITZGERALD 196:1). Die Gewebeschnitte werden nach der Sandwich-Methode mit den befilmten Deckgläsern in K o n t a k t gebracht. Nach der Exposition erfolgt dann eine getrennte Weiterbearbeitung von Film (Entwickeln und Fixieren) und Gewebeschnitt (Entparaffinieren und Färben). Das anschließende Eindecken der Schnitte ist der schwierigste Teil dieses Verfahrens, da es nur unter besonderem Auf1 Finanziert mit Mitteln des Ministeriums für Wissenschaft und Technik der D D K . 2 F ü r technische Unterstützung danken wir den Kollegen des Pharmakologischen Institutes der MAM sehr herzlich.

wand möglich ist, eine absolute Deckungsgleichheit von autoradiographischen Filmschwärzungen und histologischen Organstrukturen zu erreichen. Diese Schwierigkeit läßt sich bei getrennter Auswertung von Präparat und Film mit einem Doppelmikroskop vermeiden

(FISCHER u n d WERNER

1971), wenn

die

Schwärzung des Filmes an bestimmten Gewebestrukturen orientiert werden kann. Bei schwachen Strahlern erfordert das aber wiederum eine sehr lange Expositionszeit. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, ein effektives Verfahren für den lichtoptischen Nachweis der Aktivität nach Applikation von ^ - C h o l i n chlorid im Gewebeschnitt zu finden. Wir entschlossen uns für die Paraffinmethode nach vorheriger Gefriertrocknung des Gewebes, besonders auch deshalb, da wir bei den Voruntersuchungen feststellten, daß mit dem von uns angewandten Trocknungsverfahren eine gute Strukturerhaltung auch an größeren Gewebestücken zu erreichen war. Im Verlaufe unserer Untersuchungen mußten wir allerdings feststellen, daß die Expositionszeiten sehr hoch liegen (mehr als 300 Tage). Ursache hierfür ist die relativ geringe mittlere Initialenergie des Tritiums von 6 KeV (AMLACHER 1974); dadurch wird der größere Teil der emitierten Strahlung durch das Paraffin absorbiert. Cholinchlorid ist eine in Wasser und Alkohol leicht lösliche Substanz, die nach RAUEN (1964) 21*

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R u m m e l f ä n g e r , H., u n d J . Fröhlich

in Äther nicht löslich ist. Diese Eigenschaft veranlaßte uns, die nachfolgend beschriebene Methode zu erproben. Dazu war zu prüfen, ob eine Entparaffinierung des Gewebeschnittes mit Äther das applizierte 3 H-Cholinchlorid disloziert und um wieviel die Expositionszeit gegenüber den nicht entparaffinierten Schnitten verkürzt werden kann. Mit der Herabsetzung der notwendigen Expositionszeit, was gleichzeitig eine Reduzierung der ßAbsorption bedeutet, soll neben der kürzeren Zugriffszeit der Ergebnisse vor allem der von vielen Autoren beschriebene „Fadingeffect" kleingehalten werden. Weiter glauben wir, daß die u. a. von MAURER-SCHULTZE (1976) genannten Effekte der positiven und negativen Chemographie an einem absolut trockenen Präparat in bestimmten, nicht störenden Grenzen gehalten werden können. Da nach erfolgter Exposition Film und Gewebeschnitt getrennt weiterbehandelt werden, kann das von R O G E R S (1969) beschriebene Herausdiffundieren chemographisch wirkender Substanzen während der Entwicklung des Filmes nicht erfolgen.

Die Deckgläser w u r d e n n a c h A P P L E T O N (1968) mit Orwo® K 106 Autoradiographiefilm (Strippingfilm) überzogen u n d im Dunklen bei Z i m m e r t e m p e r a t u r 20 S t u n d e n getrocknet. Die Exposition der Schnitte erfolgte u n t e r V e r w e n d u n g der Sandwich-Methode bei + 4 ° C im K ü h l s c h r a n k über CaCl 2 . Als Expositionszeit wurde eine Zeitdauer von 310 Tagen gewählt, die sich f ü r nicht e n t p a r a f f i n i e r t e Schnitte aus Vorversuchen ergeben h a t t e . N a c h Ablauf der Expositionszeit w u r d e n Film u n d Schnitt wieder g e t r e n n t u n d jedes f ü r sich gesondert b e h a n d e l t . Die Filme w u r d e n in Orwo®Entwickler M H 28 (1:3) 3 Min. entwickelt u n d 15 Min. im F i x i e r b a d Orwo® A 300 fixiert. Die m i t D i ä t h y l ä t h e r entp a r a f f i n i e r t e n Gewebeschnitte w u r d e n sofort verschiedenen Ü b e r s i c h t s f ä r b u n g e n unterzogen, die Kontrollserie zunächst wie üblich e n t p a r a f f i n i e r t u n d d a n n gefärbt. Die Montage der Schnitte erfolgte f ü r Groborientierungen u n t e r einem Stereomikroskop (SM X X , Zeiss, Jena) an H a n d der Schwärzung u n d der ihr identischen histologischen S t r u k t u r . Dieser umständliche M o n t a g e v o r g a n g w u r d e f ü r speziellere U n t e r suchungen d u r c h die E n t w i c k l u n g einer Montagevorricht u n g 3 wesentlich vereinfacht, v o r allem k o n n t e n d a d u r c h die Fehlerquellen bei der Z u o r d n u n g der Filmschwärzungcn zu den histologischen O r g a n s t r u k t u r e n weiter eingeschränkt werden.

Material und Methode

Die erzielten Ergebnisse entsprachen unseren Erwartungen (Abb. 1). Nach dem Entwickeln konnte bereits makroskopisch eine verstärkte Schwärzung des Films an den mit Äther entparaffinierten Schnitten festgestellt werden. Der mikroskopische Vergleich identischer Hirnregionen zeigte keine Unterschiede in der Lokalisation der Silberkörner zwischen den mit Äther entparaffinierten und den nicht entparaffinierten Kontrollschnitten. An besonders ausgewählten, korrespondierenden Regionen der beiden Präparateserien wurden die Silberkornzahlen bestimmt. Hierbei ergab sich gleichbleibend bei den mit Äther behandelten Schnitten eine annähernd vier Mal höhere Silberkornzahl pro Flächeneinheit als in den nicht behandelten Schnitten. Allerdings muß bemerkt werden, daß an den Stellen hoher Aktivität in den mit Äther vorbehandelten Schnitten und einer Expositionszeit von 310 Tagen eine exakte Kornzahlbestimmung auf Grund der hohen Dichte nicht mehr möglich war. Der Anstieg der Kornzahl des Backgroundes verlief bis zu etwa 250 Tagen relativ linear (bei Abweichungen von ± 3 % von Schnitt zu Schnitt), danach traten größere Schwankungen auf, die aber ebenfalls von Präparat zu Präparat unterschiedlich waren und keinen einheitlichen linearen Verlauf mehr erkennen ließen. Im Rahmen unserer Untersuchungen wurde besonders auf die mögliche Ausschwemmung des 3 H-Cholinchlorids während der Paraffineinbettung geachtet. Dazu wurden die Randzonen zwischen

In Ä t h a n o l gelöstes (X-Methyl- 3 H)-Cholinchlorid (Radiochemical Centre, Amersham) w u r d e gefriergetrocknet u n d d a n a c h e r n e u t in L i q u o r gelöst. Die A k t i v i t ä t der I n j e k t i o n s lösung b e t r u g 50 [xCi p r o 10 ¡j.1. Männlichen a d u l t e n R a t t e n ( R a t t u s norvegicus [Berkenhout] f. alba) v o m W i s t a r I n z u c h t s t a m m „ R e h b r ü c k e " (Koloniezucht, I n s t i t u t f ü r Pharmakologie u n d Toxikologie der MAM) w u r d e n 8 Tage nach der I m p l a n t a t i o n einer Spezialkanüle in den Seitenventrikel 50 (j.Ci 3 H-Cholinchlorid (spezif. A k t i v i t ä t 10,1 Ci/ mmol) m i t einer Hamilton-Mikroliterspritze injiziert. Die T ö t u n g der Tiere erfolgte 3 Minuten, 5 Minuten u n d 10 Min u t e n nach I n k o r p o r a t i o n der a k t i v e n S u b s t a n z d u r c h D e k a p i t i e r e n ; die H i r n e w u r d e n innerhalb von 2 —3 Minuten h e r a u s p r ä p a r i e r t , in 1 m m dicke, f r o n t a l e Scheiben zerlegt u n d diese in m i t N 2 g e k ü h l t e m iso-Pentan (Fluka) von — 160°C eingefroren u n d bei 1 0 - 3 Torr f ü r 4 Tage gefriergetrocknet. N a c h Beendigung der T r o c k n u n g w u r d e das Gewebe u n t e r V a k u u m in P a r a f f i n ( Z u s a m m e n s e t z u n g : 85% P a r a f f i n 56° u n d 15% reines Bienenwachs) eingeschmolzen. Über das V e r f a h r e n der G e f r i e r t r o c k n u n g von R a t t e n hirnscheiben, die in ihrer Größe weit über die in der L i t e r a t u r vorgeschlagenen Abmessungen von Gewebeproben f ü r die Gefriertrocknung hinausgehen, wird an anderer Stelle ausführlich berichtet. Von den Hirnscheiben w u r d e n d a n n auf einem P a r a f f i n m i k r o t o m 10 (im s t a r k e Schnitte hergestellt, die u n t e r U m gehung des Strcckbades direkt auf den O b j e k t t r ä g e r geb r a c h t u n d d u r c h die W ä r m e e i n w i r k u n g einer S t r e c k p l a t t e gestreckt u n d befestigt wurden. Von den beiden alternierenden Schnittserien w u r d e die eine in wasserfreiem D i ä t h y l ä t h e r 2 Minuten e n t p a r a f f i n i e r t , w ä h r e n d die andere Serie u n b e h a n d e l t blieb. Die E n t p a r a f f i n i e r u n g s z e i t w u r d e ermittelt, indem die beste A n f ä r b b a r k e i t der S t r u k t u r e n nach unterschiedlichen E n t p a r a f f i n i e r u n g s z e i t e n festgestellt wurde. Alle Schnitte w u r d e n bis zur Befilmung im E x s i k a t o r über CaCl 2 a u f b e w a h r t .

Befunde

3 N V 212/76 der Medizinischen A k a d e m i e Magdeburg.

A u t o r a d i o g r a p h i s c h e r Nachweis von [ 3 H]-Cholinchlorid

Abb. 1. Ausschnitt aus dem Hippocampus der Katte (I''rontalschnitt entsprechend der Abb. 'I.'i von KÖNIG und KLIPPKL). Autoradiogramm 5 Min. nach intraventrikulärer Gabe von 50 ¡xCi 3 H-Cholinchlorid. a mit Diäthyläthcr behandelter Schnitt; b nicht entparaffinierter Schnitt. Vergr. 350fach.

Gewebe und Paraffin genauer untersucht und die Silberkornzahl mit der des Backgroundes verglichen. In den untersuchten Präparaten konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden, so daß mit hoher Wahrscheinlichkeit durch das Eindringen des Paraffins in das Gewebe während des Einschmelzens eine Dislokation von 3 H-Cholinchlorid nicht stattfindet.

293

Diskussion Bei allen Vorbehalten gegen die Paraffintechnik scheint uns die Methode der Gefriertrocknung des Gewebes mit anschließender Paraffineinbettung und Entparaffinierung vor der Exposition — zumindest für die von uns getestete Substanz — anwendbar zu sein. Die ermittelten Werte zeigen, daß durch die Entparaffinierung der Schnitte mit wasserfreiem Diäthyläther vor der Exposition auch im mikroskopischen Bereich eine Dislokalisation des aufgenommenen 3 H-Cholinchlorids nicht erfolgt. Die höhere Silberkornzahl nach der Entparaffinierung der Schnitte ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Expositionszeit, so daß sich in Abhängigkeit von der Aktivität der verwendeten Substanz die Expositionszeit — wie im vorliegenden

294

Rummelfänger, H., und J . Fröhlich

Fall — von ca. 300 Tagen auf maximal 90 Tage verkürzt. Auf Grund der vorliegenden Ergebnisse muß die Frage gestellt werden, wodurch die emittierte Strahlung im wesentlichen absorbiert wird. Nach ROGERS (1967),

PELC (1972)

u n d AMLACHER

(1974)

beträgt

die mittlere Energie der emittierten Strahlung bei der Desintegration des Tritiums 5,7 bis 6 KeV, was einer mittleren Weglänge von ungefähr 1 ¡¿m in Wasser entspricht. Auf Grund dieser Feststellung sind wir der Ansicht, daß sich beim Paraffinschnitt durch den Schneide- und Streckvorgang eine Paraffinschicht von äquivalenter Absorptionskraft über den Schnitt zieht, die den größten Teil der Strahlung mit mittlerer Initialenergie absorbiert und nur noch den mit 1 0 % angegebenen Anteil mit höherer Initialenergie passieren läßt. Durch die Behandlung mit Äther wird diese Schicht so weit entfernt, daß die Absorption von /3-Teilchen zumindest in den oberen Schichten gering ist und dadurch ein bestimmter Anteil mit mittlerer Initialenergie den Film erreicht. Wir setzen hierbei voraus, daß durch die Entparaffinierung der übliche Anteil der /S-Selbstabsorption nicht verändert wird. Die aus der Entparaffinierung resultierende Verkürzung der Expositionszeit bringt nicht nur einen Zeitgewinn, sondern verbessert auch die Auswertung der Autoradiogramme, da durch die kürzere Expositionszeit auch eine geringere Zunahme des Backgroundes erfolgt. Entgegen der Feststellung von MAURER-SCHULTZE (1976), wonach der Fadingeffect bei Strippingfilm bereits nach 2 Wochen auftreten soll, haben wir Erscheinungen, die als Auswirkung des Fading bezeichnet werden können, erst zu einem sehr späten Zeitpunkt festgestellt; allerdings wurden unsere Auswertungen bisher nicht in dem Umfange durchgeführt, um eine statistisch gesicherte Aussage machen zu können. Wir schließen uns der Feststellung von AMLACHER (1974) an, wonach das Ausmaß des Fading sehr stark von den Expositionsbedingungen und der verwendeten Fotoemulsion abhängig ist. Eine Veränderung des entparaffinierten unfixierten Gewebes während der Exposition kann verhindert werden, wenn jegliche Feuchtigkeit ferngehalten wird, was ohne großen Aufwand zu erreichen ist. Wir lagerten die Präparate während der Exposition über CaCl2 in schwarzen Folienbeuteln, die durch Verschweißen luftdicht verschlossen wurden. In der kurzen Zeit der Befilmung, in der die Schnitte nor-

maler Luftfeuchtigkeit ausgesetzt waren (max. 2 Minuten), ist keine nennenswerte Feuchtigkeitsaufnahme eingetreten; jedenfalls reichte sie nicht aus, um eine Diffusion der zu untersuchenden Substanz in Gang zu bringen und/oder das Gewebe zu verändern. Wenn mit der von uns beschriebenen Methode auch nicht generell die Probleme des autoradiographischen Nachweises von wasserlöslichen Substanzen im Paraffinschnitt gelöst werden konnten, so zeigt sich aber eine weitere Möglichkeit, bestimmte mit Tritium markierte Substanzen darzustellen, indem eine Entparaffinierung mit einer Lösung durchgeführt wird, in der die darzustellende Substanz und ihre Verbindungen nicht löslich sind. Literatur AMLACHER, E . : Autoradiographic in Histologie und Zytologie. Leipzig: Georg Thieme 1974. APPLETON, T . C.: T h e Application of Autoradiography to the Study of Soluble Compounds. A c t a histochem., Suppl. V I I I , 115 — 133 (1968). FEINENDIGEN, L . E . : Autoradiographic der wasserlöslichen Substanzen. A c t a histochem., Suppl. V I I I , 107 — 114 (1968). FISCHER, H. A.,

und

G.WERNER:

Autoradiographic.

In:

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Balti-

more: Williams and Wilkins Comp. 1963. MAURER-SCHULTZIC, B . : Die Bedeutung der quantitativen Autoradiographic für zellkinetische Untersuchungen. A c t a histochem., Suppl. X V I , 2 5 - 3 7 (1976). PELC, S. 11.: T h e o r y of autoradiography. I n : Autoradiography for biologists, edited b y P. B . Gahan. London, New Y o r k : Academic Press 1972. RAUEN, H. M.: Biochemisches Taschenbuch. Teil 1. Berlin, Göttingen, Heidelberg: Springer 1964. ROGERS, A . : Techniques of Autoradiography. Amsterdam, London, New Y o r k : Elsevier Publ. Comp. 1967.

Anschrift

der

Autoren:

Ing. H o r s t RUMMELFÄNGER Doz. Dr. Joachim

FRÖHLICH

Anatomisches I n s t i t u t der Medizinischen Akademie D D R 301 Magdeburg Leipziger Str. 44

und

J . Hirnforsch. 19 (1978) 295-299

From the Department of Normal Anatomy, Institute of Biostructure, Academy of Medicine in Poznan (Director: Doc. Dr. habil. med. W . WOZNIAK)

Dendritic range of the neurons of the intermediate gray at the levels of the first and second lumbar segment of the spinal cord in the cat 1. The range of dendrites of the central region neurons

K a z i m i e r z GROTTEL a n d T e r e s a

HOFMAN

W i t h 2 figures (Received 2 nd September 1977)

Summary: Spinal cords of kittens and mature cats were examined at the levels of L , and L2 segments. Using Golgi impregnation method it has been stated that dendrites of the small and medium neurons lying in the central region of the intermediate gray ramify mainly within the region in question. Some of them, however, penetrate the neighbouring regions. The dendrites of large neurons reach the lamina I I I (according to Rexed's division), paramedially the white commissure, the intcrmediomedial as well as the thoracic nuclei. These dendrites reach even the lateral horns of the spinal cord (laterally) and the motor nuclei (ventrally). Zusammenfassung: Bei juvenilen und adulten Katzen wurde das Rückenmark in Höhe der Lumbaisegmente Z., und L„ untersucht. Nach Anwendung der Golgi-Imprägnationsmethode wurde festgestellt, daß sich die im Zentrum der Substantia intermedia gelegenen kleinen und mittleren Neurone hauptsächlich auch in dieser Region verzweigen. Einige Dendriten dringen in die benachbarten Regionen ein. Die Dendriten der großen Neurone erreichen dorsal die 3. Schicht (nach der , , R E X E D A - T e i l u n g " ) , paramedian die Commissura alba und intermedio-medial auch die Nuclei thoracici. Seitlich erreichen diese Dendriten die Columna lateralis des Rückenmarkes und ventral die motorischen Kerne.

The range of dendrites of cells in the intermediate gray of cat's spinal cord shows the possibilities of afferent links of the region considering tracts entering the cord, supraspinal as well as the intraspinal tracts. All the tracts may form synapses not only on cell bodies but also on dendrites of neurons converged there. A wide range of dendrites passing to more distant regions increases the possibility of synaptic connections. The dendrites of cells of one nucleus passing from cells of another nucleus may be the point of termination for the descending axons from other nuclei as well as for other nervous tracts terminating within the second group of neurons. In examinations based on degenerating axons this possibility was not usually taken into account, and the connections of degenerated cells was thought to be limited to the cellular groups being the site of termination of degenerating axons. I t is possible that such a connections may exist between the different groups of cells which send dendrites to the places in which degenerating fibers terminate. For this reason we examined the dendritic range of some spinal centers in order to show the possibilities of

their connections with tracts entering and passing within the spinal cord. Considering the various length of dendrites as well as different sites of their terminations, the intermediate gray was divided into three parts and the lateral horn. The latter forms separate part. The aim of the present studies is to describe the range of dendrites of the central region of the intermediate gray. The other parts of the substance as well as the thoracic nucleus are the subjects of the separate papers. Material and methods Four spinal cords were taken from each of the following groups: four and seven days old kittens and three mature cats. The first and second lumbar segments were taken out and impregnated according to the rapid Golgi and Bubenaite methods (MATSUSHITA, 1969). The sections were of 100 to 250 [im thick. In order to determine the localization and to compare our results with those of other authors the Nissl's method, in which the sections were of 10 — 20 ¡un thick, was used. Transverse sections of the cord were made. The sections were photographed and drawn from photographs. The dendritic range of cells was corrected by direct microscopic observations (GROTTEL, 1976, 1977).

J . Hirnforsch. 19 (1978) 295-299

From the Department of Normal Anatomy, Institute of Biostructure, Academy of Medicine in Poznan (Director: Doc. Dr. habil. med. W . WOZNIAK)

Dendritic range of the neurons of the intermediate gray at the levels of the first and second lumbar segment of the spinal cord in the cat 1. The range of dendrites of the central region neurons

K a z i m i e r z GROTTEL a n d T e r e s a

HOFMAN

W i t h 2 figures (Received 2 nd September 1977)

Summary: Spinal cords of kittens and mature cats were examined at the levels of L , and L2 segments. Using Golgi impregnation method it has been stated that dendrites of the small and medium neurons lying in the central region of the intermediate gray ramify mainly within the region in question. Some of them, however, penetrate the neighbouring regions. The dendrites of large neurons reach the lamina I I I (according to Rexed's division), paramedially the white commissure, the intcrmediomedial as well as the thoracic nuclei. These dendrites reach even the lateral horns of the spinal cord (laterally) and the motor nuclei (ventrally). Zusammenfassung: Bei juvenilen und adulten Katzen wurde das Rückenmark in Höhe der Lumbaisegmente Z., und L„ untersucht. Nach Anwendung der Golgi-Imprägnationsmethode wurde festgestellt, daß sich die im Zentrum der Substantia intermedia gelegenen kleinen und mittleren Neurone hauptsächlich auch in dieser Region verzweigen. Einige Dendriten dringen in die benachbarten Regionen ein. Die Dendriten der großen Neurone erreichen dorsal die 3. Schicht (nach der , , R E X E D A - T e i l u n g " ) , paramedian die Commissura alba und intermedio-medial auch die Nuclei thoracici. Seitlich erreichen diese Dendriten die Columna lateralis des Rückenmarkes und ventral die motorischen Kerne.

The range of dendrites of cells in the intermediate gray of cat's spinal cord shows the possibilities of afferent links of the region considering tracts entering the cord, supraspinal as well as the intraspinal tracts. All the tracts may form synapses not only on cell bodies but also on dendrites of neurons converged there. A wide range of dendrites passing to more distant regions increases the possibility of synaptic connections. The dendrites of cells of one nucleus passing from cells of another nucleus may be the point of termination for the descending axons from other nuclei as well as for other nervous tracts terminating within the second group of neurons. In examinations based on degenerating axons this possibility was not usually taken into account, and the connections of degenerated cells was thought to be limited to the cellular groups being the site of termination of degenerating axons. I t is possible that such a connections may exist between the different groups of cells which send dendrites to the places in which degenerating fibers terminate. For this reason we examined the dendritic range of some spinal centers in order to show the possibilities of

their connections with tracts entering and passing within the spinal cord. Considering the various length of dendrites as well as different sites of their terminations, the intermediate gray was divided into three parts and the lateral horn. The latter forms separate part. The aim of the present studies is to describe the range of dendrites of the central region of the intermediate gray. The other parts of the substance as well as the thoracic nucleus are the subjects of the separate papers. Material and methods Four spinal cords were taken from each of the following groups: four and seven days old kittens and three mature cats. The first and second lumbar segments were taken out and impregnated according to the rapid Golgi and Bubenaite methods (MATSUSHITA, 1969). The sections were of 100 to 250 [im thick. In order to determine the localization and to compare our results with those of other authors the Nissl's method, in which the sections were of 10 — 20 ¡un thick, was used. Transverse sections of the cord were made. The sections were photographed and drawn from photographs. The dendritic range of cells was corrected by direct microscopic observations (GROTTEL, 1976, 1977).

296

Grottel, K., and T. H o f m a n

Results In the central region of the intermediate gray the medium sized cells (13— 15 X 15 — 20 ¡jm) are most often found. Small (8— 10x10 [im) and large cells (iOxSOijjn, and larger ones) are less numerous. The dendrites of the small and medium cells often travers the boundaries of the region in question over a short distance. Such dendrites arise from the peripherally located medium cells. The longest dendrites of medium cells were of 800—1000 ¡xm length and those of small cells had the length of 200 to 300 |j.m. In some cases the dendrites of medium cells reached the thoracic nucleus (Fig. 1 a). The large cells have the widest range for they posses the longest dendrites. The size of some of these cells is equal to that of the alfa motoneurons. However, in Nissl's sections they are usually more pale than motoneurons. In the transverse sections impregnated according

Fig. 2. Semischematic figure represents transverse section of right side of spinal cord a t the level of L,. Cells were drawn from one section of 250 ¡im thick taken from m a t u r e cat. Magn. 80 X .

Fig. 1. Semischematic figure represents transverse section of left side of spinal cord a t the level of L„. Division into laminae is based on Rexed's description (1952, 1954). In lamina V I I (intermediate gray) paramedial, central and lateral parts have been distinguished. Cells were drawn from one section of 200 |jm thick taken from a seven days old kitten. Magn. 80 X .

to Golgi method one cell gives origin to 3 —7 dendrites which branch further into smaller ramifications. The impregnated dendrites of large cells do not usually exceed the central region of the intermediate gray. Some dendrites, however, chiefly the longest ones (sometimes as long as 1500 —2000 (xm) pass ventrally over the central region of the intermediate gray penetrating the lamina VIII (Fig. 1 g, h) and reaching even the groups of motoneurons (Fig. 2i). This refers mainly to cells whose cell bodies lie in the ventral part of the studied region. Some cells of this region, however, whose cell bodies lie in the center or dorsally also reach the dorsal region of the ventral horn (Fig. 2j). In often happens that two long dendrites penetrate the ventral horn independently of each other (Fig. 1 g, h). Dendrites of neurons of the central region of the intermediate gray penetrate also the dorsal horn. This is most often done by dendrites of cells located dorsally in the region (Fig. 1c, d), though some of cells lying in the middle of this region (Fig. 2 c) also

Dendritic ranges of neurons of the spinal cord

send their dendrites to the dorsal horn. Generally these dendrites do not penetrate the dorsal horn beyond the lamina IV, but sometimes they pass over the area of the lamina IV into lamina I I I (Fig. I d , 2e) identified in Nissl's stained sections. Ventrally lying neurons of the central part of the intermediate gray do not send their dendrites into the dorsal horn beyond the lamina V (Fig. l e ) . The lateral range of dendrites of cells lying in the central region of the intermediate substance is also very wide. Quite often they penetrate the lateral region of the intermediate gray (Fig. I f , 2b, 1). In some sections the long dendrites reach the neurons of the lateral horn (Fig. 2 k). Some of them even enter the lateral funiculus (Fig. 2 a, d). Medially directed dendrites of cells of the central region reach 'the dorsal, central (Fig. 2h) and the ventral parts (Fig. li) of the paramedian region of the intermediate gray of the spinal cord. As it is known, in the dorsal part of this region there is the thoracic nucleus. Cells lying both in the dorsal (Fig. l b ) and ventral parts of the central region of the intermediate substance send their dendrites to this nucleus. Laterally from the central canal of the cord there is the intermediomedial nucleus. In its direction some cells of the central region of the intermediate substance send their dendrites. Dendrites of cells of the central region also reach the white commissure. The central region of the intermediate substance of the spinal cord receives also dendrites from the cells lying in the all mentioned above regions, which have dendritic links with neurons of the central oregin of the intermediate gray of the cord.

Discussion The division of the intermediate gray into paramedial, central and lateral parts is not new although not precisely defined. MATSUSHITA (1970b) used it among others. Our studies refer to the two upper lumbar segments in cat, where the lateral horns are. MATSUSHITA (1970b) did not mark them, as he had studied the cervical part. It was shown that the central region of the intermediate gray at the level of the first and second lumbar segments corresponds to the R E X E D ' S central region of the lamina V I I (1952, 1954). In this way the ventral range of the intermediate gray, described by us, is oriented more ventrally than that given by MATSUSHITA, R E X E D distinguished three types of neurons, according to size, in lamina V I I , though, as cells of medium size prevail, he thought that lamina V I I was rather uniform. W E S T M A N (1971.)

297

also distinguishes three types of neurons in this region, but he divides them according to their synaptic terminals. MATSUSHITA divided the neurons of this region not only according to size (he used different criteria from REXED, 1952, 1954), but he also considered the cell shape (1970b) and the direction of the axons (1969, 1970a). MATSUSHITA (1970b) distinguishes two groups of neurons in the central region of the intermediate gray, i.e. the dorsal ( C A J A L ' S intermediate nucleus) and the ventral ones. According to our observations such a cell system may be distinguished in some sections. These dorsally located neurons (a few in number) correspond to the central group of cells studied with horseradish peroxidase following sympathectomy (CHUNG et al., 1975). As we were not interested in the size of neurons, we accepted R E X E D ' S division (1952), though the size of large neurons, found by us, went far beyond the upper limit given by R E X E D . Most of the morphological papers mentioning this region have been mainly concerned with the course of axons (MATSUSHITA, 1969, 1970a). R A M O N - M O L I NER (1962) was concerned with the formula of dendrite division, but he did not ascribe it to definite centres and their connections in the spinal cord. Our observations of the dendrite system in the intermediate gray of the cord can be compared only with some information given by MATSUSHITA (1970b). The latter considering the shape and way of division of dendrites in the cervical intumescence of cat described and illustrated the range of dendrites. Though his descriptions referred to another part of the cord, we think that they can be compared with our results. The dendrites of cells lying in the central region of the intermediate gray observed by MATSUSHITA penetrate laminae V I I and V I I I ventrally, and even reach the motor nuclei, while paramedially they run in the direction of the while commissure. In this respect our results confirm MATSUSHITA'S observations, though in the part described by us the arrangement of laminae is quite different. MATSUSHITA (1970 b) could not see the connections of dendrites in this region with the thoracic nucleus as he examined the cervical part of the cord. According to us these connections often occur in the examined segments of L1 and L2. Besides, MATSISHITA did not show the dendritic connections with the intermedio-medial nucleus. Descriptions referring to the range of dendrites of cells of other regions into the central region of the intermediate substance are more numerous. In some cases, for instance, it has been found that dendrites of motoneurons and those of cells of lamina V I I I penetrate this region (MATSUSHITA,

1970 a;

MC

LAUGHLIN,

1973;

GROTTEL,

298

Grottel, K., and T. H o f m a n n

1 9 7 7 ) . Dendritic connections of neurons of the thoracic nucleus with this region have been also shown by H O F M A N (in print). JANKOWSKA

and

LINDSTROM

(197:1,

1972)

on

the

basis of physiological and morphological studies have stated that Renshaw's cells ( J A N K O W S K A and L I N D S T R O M , 1 9 7 1 ) and inhibitory interneurons mediating l a reciprocal inhibition of motoneurons of antagonistic muscles ( J A N K O W S K A and L I N D STROM, 1 9 7 2 ) lie dorsally to the motor nuclei, while their dendrites penetrate the central region of the intermediate gray. This has been confirmed by ZIMM E R M A N , W O L F F and K L U B M A N ( 1 9 7 3 ) who localized the interneurons mentioned above just in the intermediate substance. The dendrites of interneurons described by these authors penetrated the ventral and dorsal horns. It should be mentioned that JANK O W S K A and L I N D S T R O M examined segments of the spinal cord situated lower than we did, and Z I M M E R MAN et al., carried out their studies on rats. A diverse range of dendrites of cells lying in the central region of the intermediate gray, even in the case of acceptance a certain selectivity in the impregnation of dendrites of neuron complexes and of individual neurons, indicates that this region does not contain the cells of the same function. According to O S C A R S S O N ( 1 9 6 4 ) in the region studied by us, in mammals, are cells of origin of the VSCT for both the ipsi- and contra-lateral afferentations. It should be remembered, however, that the cells being the source for the same tract must not receive identical afferent connections ( L I N D S T R O M , 1 9 7 3 ) , and thus they may differ in the range of receptive surfaces. We have also to remember that 90 per cent of the receptive surfaces of a neuron is on its dendrites ( G E L F A N , K A O and R U C H L I N , 1 9 7 0 ) . L I N D S T R O M ( 1 9 7 3 ) stated that the influence of different afferentations and interneurons on the VSCT cells was not identical at this level, owing to the dissimilarity of entrances the information obtained by a cell becomes differentiated. No wonder, that the topographic mutability within the dendrites of VSCT cells is quite justified. In the intermediate gray of the spinal cord, especially in the central region, according to the latest studies of H A N C O C K , R I G A M O N T I and B R Y A N ( 1 9 7 3 ) , as well as those of H A N C O C K , F O R E M A N and W I L L I S ( 1 9 7 3 ) there are neurons to which visceral and cutaneous afferentations are brought. These neurons, being the source of the spinothalamic tract, most probably take part in transferring visceral pain. The wide range of dendrites of these neurons enables them reception from such different regions and integration of so many various kinds of information. The complexity of activities ( H U L T B O R N , I L L E R T

and S A N T I N I , 1 9 7 6 a, b, c) of la inhibitory interneurons in the pathway to antagonistic muscles and Renshaw's cells, found in this region ( J A N K O W S K A and

LINDSTROM,

1971;

ZIMMERMANN,

WOLFF

and

may be reflected in the greatly differentiated arrangement of dendrites. The activity of these neurons is also controlled by supraspinal centers. According to N Y B E R G - H A N S E N ( 1 9 6 6 ) in the central part of lamina VII the rubro-spinal, lateral vestibulo-spinal, and tecto-spinal fibers terminate. These and other supraspinal tracts, as well as intraspinal afferentations and those from the periphery, require proper surfaces to make contacts with the neurons. The richness of function of the different neurons should be reflected in the connections and arrangements of their dendrites. KLUBMANN,

1973)

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299

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The author's A dress: Dept. of Normal Anatomy Institute of Biostructure Academy of Medicine in Poznari, 60-781 Poznari Av. Swi^cickiego 6. Poland

J . Hirnforsch. 19 (1978) 3 0 1 - 3 1 2

Division of Neuropathology. University Medical Center Lausanne, Switzerland (Head: Th. R A B I N O W I C Z , Assoc. Prof.)

Postnatal development of the mouse cerebral neocortex III. Some dynamical aspects* By Genevieve

LEUBA,

Didier

HEUMANN

a n d Theodore

RABINOWICZ

W i t h 3 figures a n d 2 tables (Received August 24, 1977)

Summary: In this p a p e r we analyse our d a t a f r o m t h e q u a n t i t a t i v e cytoarchitectonic s t u d y of motor a n d sensory areas 10 — 4 — 3 a n d 2 (Leuba and coll., 1977) and of visual and a u d i t o r y area 5 —17 —18a—18 —41 and 20 ( H e u m a n n and coll., 1977). The analysis of neuronal densities and cortical d e p t h s shows the following facts during the p o s t n a t a l m a t u r a t i o n : 1. Generally t h e sequence of m a t u r a t i o n of t h e cortical layers is t h e same in the 9 studied areas: first layers I a n d V, t h e n V I b a n d V i a followed b y I I I and IV a n d finally II. 2. This sequence is t h e same between 5 and 10 days as between 10 and 30 days. Still t h e m a t u r a t i o n is m u c h faster between 5 a n d 10 days. After 30 days differences between t h e layers are not very i m p o r t a n t . 3. F o r layers I, V and V I our 9 areas show an approximately similar degree of development from 5 d a y s on. 4. Layers I I , I I I a n d I V are in a faster period of development between 5 and 10 days. At this m o m e n t a n d for these layers, areas 17, 2, 3, 4 and 10 are less well developed t h a n areas 41, 20, 18 and 18a. 5. One can t h u s consider t h a t in mice t h e m a t u r a t i o n of t h e areas seems t o be more correlated with their localization t h a n with their function. Effectively areas 41, 20 and 18a are in t h e vicinity of the rhinal fissure a n d a m a t u r a t i o n a l gradient m a y well s t a r t in this fissure. 6. In terms of neuronal densities and cortical d e p t h s an adult aspect of the layers and of t h e areas seems to be reached around 30 days. B u t some other p h e n o m e n a of m a t u r a t i o n exist a f t e r 30 days. Résumé : Nous comparons d a n s ce travail les résultats de cytoarchitectonie q u a n t i t a t i v e o b t e n u s dans les aires motrices et sensorielles 10, 4, 3 et 2, L E U B A et al. (1977) et d a n s les aires visuelles et auditives 17, 18, 18a, 41 et 20, H E U M A N N et al. (1977). L'analyse des densités neuronales et des épaisseurs fait a p p a r a î t r e un certain nombre de caractéristiques dans la m a t u r a t i o n postnatale des différentes aires et couches corticales. 1. De manière générale, l'ordre de m a t u r a t i o n des couches est le même dans les neuf aires étudiées : couches I et V, puis V I b et V i a , puis I I I et IV, puis finalement II. 2. Cet ordre est le même entre 5 et 10 jours et entre 10 et 30 jours, mais la m a t u r a t i o n est beaucoup plus rapide entre 5 et 10 jours. Après 30 jours les différences entre couches sont minimes. 3. Si l'on considère u n i q u e m e n t les couches. I, V et VI, les neuf aires étudiées sont a p p r o x i m a t i v e m e n t d a n s le même é t a t de développement à partir de 5 jours. 4. P a r contre, si l'on considère les couches II, I I I et IV qui sont, entre 5 et 10 jours dans une phase de développ e m e n t plus rapide, l e s a i r e s l 7 , 2, 3, 4 et 10 présentent un retard de m a t u r a t i o n sur les aires 41, 20, 18 et 18a. 5. On p e u t en déduire que, chez la souris, la m a t u r a t i o n des aires p o u r r a i t se faire selon la localisation p l u t ô t que selon la fonction. E n effet les aires 41, 20 et 18a sont très proches de la scissure rhinale et un gradient de m a t u r a t i o n p o u r r a i t diffuser à partir de là. G. E n termes de densité neuronale et d'épaisseur corticale, l ' é t a t adulte des couches et des aires semble a t t e i n t a u t o u r de 30 jours. On p e u t néanmoins observer des différences fines après 30 jours.

Introduction In two previous papers (LEUBA and coll. (1977), HEUMANN a n d coll. (1977), we provided q u a n t i t a t i v e *) This work was m a d e possible t h r o u g h g r a n t s from t h e Swiss National Science F o u n d a t i o n No 3.641 t o 0.71 and No 3 . 4 3 4 - 0 . 7 4

data on the cytoarchitectonic postnatal development of the mouse cerebral neocortex. We chose to study some regions representing as well motor as sensory and associative functions (areas 10, 4, 3, 2, 17, 18, 18 a, 41 and 20, KRIEG (1946). We want now to compare these areas between them during their postnatal development from 5 to 180 days.

J . Hirnforsch. 19 (1978) 3 0 1 - 3 1 2

Division of Neuropathology. University Medical Center Lausanne, Switzerland (Head: Th. R A B I N O W I C Z , Assoc. Prof.)

Postnatal development of the mouse cerebral neocortex III. Some dynamical aspects* By Genevieve

LEUBA,

Didier

HEUMANN

a n d Theodore

RABINOWICZ

W i t h 3 figures a n d 2 tables (Received August 24, 1977)

Summary: In this p a p e r we analyse our d a t a f r o m t h e q u a n t i t a t i v e cytoarchitectonic s t u d y of motor a n d sensory areas 10 — 4 — 3 a n d 2 (Leuba and coll., 1977) and of visual and a u d i t o r y area 5 —17 —18a—18 —41 and 20 ( H e u m a n n and coll., 1977). The analysis of neuronal densities and cortical d e p t h s shows the following facts during the p o s t n a t a l m a t u r a t i o n : 1. Generally t h e sequence of m a t u r a t i o n of t h e cortical layers is t h e same in the 9 studied areas: first layers I a n d V, t h e n V I b a n d V i a followed b y I I I and IV a n d finally II. 2. This sequence is t h e same between 5 and 10 days as between 10 and 30 days. Still t h e m a t u r a t i o n is m u c h faster between 5 a n d 10 days. After 30 days differences between t h e layers are not very i m p o r t a n t . 3. F o r layers I, V and V I our 9 areas show an approximately similar degree of development from 5 d a y s on. 4. Layers I I , I I I a n d I V are in a faster period of development between 5 and 10 days. At this m o m e n t a n d for these layers, areas 17, 2, 3, 4 and 10 are less well developed t h a n areas 41, 20, 18 and 18a. 5. One can t h u s consider t h a t in mice t h e m a t u r a t i o n of t h e areas seems t o be more correlated with their localization t h a n with their function. Effectively areas 41, 20 and 18a are in t h e vicinity of the rhinal fissure a n d a m a t u r a t i o n a l gradient m a y well s t a r t in this fissure. 6. In terms of neuronal densities and cortical d e p t h s an adult aspect of the layers and of t h e areas seems to be reached around 30 days. B u t some other p h e n o m e n a of m a t u r a t i o n exist a f t e r 30 days. Résumé : Nous comparons d a n s ce travail les résultats de cytoarchitectonie q u a n t i t a t i v e o b t e n u s dans les aires motrices et sensorielles 10, 4, 3 et 2, L E U B A et al. (1977) et d a n s les aires visuelles et auditives 17, 18, 18a, 41 et 20, H E U M A N N et al. (1977). L'analyse des densités neuronales et des épaisseurs fait a p p a r a î t r e un certain nombre de caractéristiques dans la m a t u r a t i o n postnatale des différentes aires et couches corticales. 1. De manière générale, l'ordre de m a t u r a t i o n des couches est le même dans les neuf aires étudiées : couches I et V, puis V I b et V i a , puis I I I et IV, puis finalement II. 2. Cet ordre est le même entre 5 et 10 jours et entre 10 et 30 jours, mais la m a t u r a t i o n est beaucoup plus rapide entre 5 et 10 jours. Après 30 jours les différences entre couches sont minimes. 3. Si l'on considère u n i q u e m e n t les couches. I, V et VI, les neuf aires étudiées sont a p p r o x i m a t i v e m e n t d a n s le même é t a t de développement à partir de 5 jours. 4. P a r contre, si l'on considère les couches II, I I I et IV qui sont, entre 5 et 10 jours dans une phase de développ e m e n t plus rapide, l e s a i r e s l 7 , 2, 3, 4 et 10 présentent un retard de m a t u r a t i o n sur les aires 41, 20, 18 et 18a. 5. On p e u t en déduire que, chez la souris, la m a t u r a t i o n des aires p o u r r a i t se faire selon la localisation p l u t ô t que selon la fonction. E n effet les aires 41, 20 et 18a sont très proches de la scissure rhinale et un gradient de m a t u r a t i o n p o u r r a i t diffuser à partir de là. G. E n termes de densité neuronale et d'épaisseur corticale, l ' é t a t adulte des couches et des aires semble a t t e i n t a u t o u r de 30 jours. On p e u t néanmoins observer des différences fines après 30 jours.

Introduction In two previous papers (LEUBA and coll. (1977), HEUMANN a n d coll. (1977), we provided q u a n t i t a t i v e *) This work was m a d e possible t h r o u g h g r a n t s from t h e Swiss National Science F o u n d a t i o n No 3.641 t o 0.71 and No 3 . 4 3 4 - 0 . 7 4

data on the cytoarchitectonic postnatal development of the mouse cerebral neocortex. We chose to study some regions representing as well motor as sensory and associative functions (areas 10, 4, 3, 2, 17, 18, 18 a, 41 and 20, KRIEG (1946). We want now to compare these areas between them during their postnatal development from 5 to 180 days.

302

Leuba, G., D. Heumann and Th. Rabinowicz

I. Material The same material is used as in our previous papers (LEUHA and coll. ( 1 9 7 7 ) ; H E U M A N N and coll. ( 1 9 7 7 ) .

II. Methods 1. Quantitative

cytoarchitectonics

The methods have been described and discussed in our first paper, L E U B A and coll. (1977). The data have been obtained in areas 10, 4, 3 , 2, 17, 1 8 , 18a, 41 and 20 K R I E G (1946) at the ages of 5, 10, 30, 60 and 180 days.

2. Measurements

of cortical

depths

The thickness of the cortex was measured on cresyl violet stained sections cut serially and perpendicularly to the anteroposterior axis of the brain deleting the most anterior and posterior parts of the brain. Nevertheless the frontal sections are note rigorously perpendicular to the cortical pial surface due to the remaining curvature Of the forebrain. As a consequence, in the latter the measured thickness does not correspond exactly to the real ones. We may, however, compare the same area through different ages or two or more areas of the same age on the same frontal level, L E U B A and coll. (1977). The evolution of the cortial depth of an area represents one of the functional criteria of maturation of that area. I t is also interesting to know how the thickness of the different groups of layers or of isolated layers of an area increases (or decreases) during the maturation. To allow correlations between different areas or between different layers of the same area it was necessary to express these thicknesses in percentages of the total thickness of the cortex. Thus the data obtained are indépendant from the variations due to the cerebral convexity or to the techniques.

3. Slopes of the curves of cellular

In layer I I I the density is slightly less than that of layer I I between 5 and 10 days. This is specially true for areas r\, 41 and 18a. Layers I and V show in the 9 studied areas the smallest cellular density with the least decrease of density between 5 and 10 days. Finally layer V I presents a cellular density which shows on the whole an intermediate evolution between that of layer V and that of layer I I I , depending on the area. However in area 20, the density of layer V I is the highest after layer I I between 5 and 10 days. Generally speaking for most of the areas the future aspect of the layers is being established between 5 and 10 days. Still some more variations can be evidenced between 10 and 30 days. For all the 9 areas the cellular densities reached at 30 days are going to be more or less stable. Nevertheless slight modifications depending on the layer and on the area occur between 30 and 180 days but without any specificity.

densities

The cell densities of each layer of each area through time are presented in curves (fig. 1). As one may notice these curves do not exhibit very sharp differences from one area to another. As a consequence it was necessary to enhance these differences and for this purpose our results were expressed in terms of slopes. The slopes of the curves are calculated from the previously published quantitative data, L E U B A and coll. ( 1 9 7 7 ) , H E U M A N N and coll. ( 1 9 7 7 ) and given in arbitrary units: for each layer the slope represents the ratio: difference of neuronal densities between two successive ages / time (in days) elapsed between these two ages.

Results I. Quantitative

We present here (Fig. 1) the differential patterns of evolution of the cellular densities for our 9 areas. The following observations can be made: The granular layers do not show the same dynamics of development in all the 9 areas. However layer I I generally presents the biggest cellular density in all the areas at 5 days and presents also the most important decrease of cell density between 5 and 10 days. Remarkably enough at 10 days already it is no more layer I I which shows the highest density, but layer I V in areas 2 and 3, while in area 17, differences between the two granular layers are weak. In the other areas it is layer I I which shows the highest density all along the development.

cytoarchitectonics

The quantitative data of the neuronal and glial densities have already been published in our two previous papers.

II.

Slopes

of the curves of neuronal

densities

The evolution of the neuronal densities (Fig. 1) will be better analysed in terms of slopes (see techniques). I. Analysis between layers (table 1) From 5 to 10 days: the slopes of the group of layers I I , I I I and I V are more pronounced than those of the group of layers I, V, V i a and V I b . Among these

Fig. 1. Evolution of the cellular density (neurons and glial cells) from 5 to 180 days. Areas 10, 4, 3, 2, 17, 18, 18a, 41 and 2 0 according to K R I E G (1946). Values after A B E R C R O M B I F . ' S (1946) correction. These curves reflect essentially the evolution of the neuronal densities. This is due to the fact that the number of glial cells is rather stable and relatively low during the development.

Postnatal development of the neocortex

303

304

Leuba, G., D. Heumann and Th. Rabinowicz

Table 1. Evolution of the neuronal densities in areas 10, 4, 3, 2, 17, 18, 18 a, 41 and 20, expressed in terms of slopes, representing the ratio: difference of neuronal density between two successive ages / differences of age (5 to 10 clays, 10 to 30 days, 30 to 60 days, 60 to 180 days). Slopes

5-10D

10-30D 30-60D 60-180D

Area 10 I II III IV V Via VI b

6,0 59,2 37,3 35,7 9,0 14,9 4,3

0,35 2,40 1,86 2,10 0,75 1,40 1,34

0,04 0,14 0,07 0,04 0,01 0,15 0,06

0,01 0,01 0,02 0,04 0,02 0,01 0,01

9,6 70,8 42,0 40,7 8,8 18,5 7,4

7,3 67,2 21,9

5,8 70,7 43,4 48,1 9,4 18,3 5,4

0,88 2,53 1,96 3,21 0,88 1,47 0,88

0,07 0,09 0,05 0,22 0,12 0,22 0,11

0,01 0,01 0,03 0,04 0,01 0,04 0,04

0,44 1,80 0,83

0,10 0,37 0,24

0,01 0,01 0,01

0,40 2,31 2,01 1,95 0,75 1,53 1,25

—

—

—

8,7 11,5

0,57 3,34

0,16 0,18

0,02 0,04

0,44 2,44 1,51 1,06 0,72 0,96

—

—

0,01 0,03 0,01 0,04 0,01 0,01 0,02

5 , 5 - 9,6

5,9 70,0 41,5 40,9 9,8 16,8 4,5

0,32 2,10 1,75 1,94 0,73 1,54 1,29

0,03 0,37 0,09 0,18 0,06 0,19 0,16

0,01 0,02 0,02 0,04 0,01 0,01 0,01

0,05 0,13 0,15 0,19 0,04 0,13

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02

0,04 0,10 0,11 0,16 0,05 0,09

0,01 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01

6,1 74,6 44,6 44,1 13,7 19,2

0,11 2,52 2,57 2,93 0,78 1,4 5

0,01 0,05 0,05 0,16 0,05 0,16

0,01 0,01 0,04 0,04 0,01 0,02

0,37 2,52 1, h 6

0,02 0,25 0,19

0,01 0,00 0,02

Area 20 0,51 2,85 1,94 1,13 0,92 1,43

two groups a gradient of slopes can be distinguished. The following numbers give the minimal and maximal values of the slopes of all our areas for each of their six layers (For more details see table 1). Layer I :

0,03 0,31 0,20 0,11 0,07 0,18 0,12

Area 1 8 a

—

10-30D 30-60D 60-180D

Area 17

6,1 73,7 29,3 20,2 14,4 23,4

5,5 72,8 33,0 23,2 11,0 20,3

5-10D Area 4

Area 41

Area 18 I II III IV V VI

10-30D 30-60D 60-180D

Area 3

Area 2 I II III IV V Via VI b

5-10D

Layer V:

8,5-12,5

Layer V i a : 1 0 , 0 - 1 2 , 5

Layer V I b :

5 , 0 - 7,5

Layer I I :

55-75

Layer I I I : 1 5 - 4 5

Layer I V :

20-47,5

From 10 to 30 days: layers I and V, V i a and V I b have still a slight advance in development on layers II, I I I and IV. Layer I I tends to reduce its delay towards layers I I I and IV. After 30 days the slopes of all the layers vary between 0,001% and 0,5%. There are no important variations from 30 days on. This age can be considered as a more or less adult one from a quantitative cytoarchitectonic point of view. Still this does not mean that no modifications are any more present after 30 days: the table of slopes show still some sensible differences between 30 and 180 days.

7,7 58,2 16,0 —

—

—

—

12,8 22,2

1,07 1,56

0,12 0,19

0,02 0,02

2. Analysis between areas (Fig. 2 and table I) From 5 to 10 days (Fig. 2) the slopes of areas 17, 2, 3, 4 and 10 follow more or less the same evolution particularly if one considers the homologous layers in each area. Nevertheless all the layers of area 10 look better developed. All these areas have at the adult age a well defined cytoarchitecture with well delimited layers and a distinct granular layer IV even in areas 4 and 10. These are projection areas responsible for sensory and motor functions. In this regard, area 41 (primary auditory) presents in terms of slopes a mode of development slightly different and nearer to that of area 18 a (visual associative) than to that of the other already mentioned projection areas 17, 2 and 3. In areas 18a and 41 the second layer is at the same stage of maturation as in the projection areas. The same is true for layers V and VI. On the other hand layers I I I and particularly IV seem to have some advance in maturation. The phenomenon is even more pronounced for areas 20 and 18 (auditory and visual associative for KRIEG, 1946), whose layers I I I present an even more advanced maturation. Layer IV is not consider-

P o s t n a t a l d e v e l o p m e n t of t h e n e o c o r t e x

Pig. 2. E v o l u t i o n of t h e slopes (ratio: difference of n e u r o n a l d e n s i t y b e t w e e n 3 a n d 10 d a y s / d i f f e r e n c e ol age) of t h e diff e r e n t layers in a r e a s 10, 3, 2, 17, 18, 1 8 a , 41 a n d 20. Speed of m a t u r a t i o n is q u i t e d i f f e r e n t b e t w e e n t h e a r e a s a n d in t h e s a m e area b e t w e e n t h e layers (see t e x t ) . This p h e n o m e n o n is striking between 5 a n d 10 d a y s . I'"or t h e o t h e r ages, see t a b l e 2.

ccl in areas 20 a n d 18 being n o t individualized f r o m layer III. From 10 to 30 days t h e p h e n o m e n a are similar b u t on a m u c h r e d u c e d level (table 1). After 30 days t h e slopes of all t h e layers in all our a r e a s v a r y b e t w e e n 0 , 0 0 1 % a n d 0 , 5 % , as we h a v e a l r e a d y shown (table 1). T h i s m a k e s it difficult to a n a l y s e s u b t l e differences b e t w e e n areas a t t h e a d u l t age. I I I . Depths of the layers T h e m e a s u r e m e n t s of t h e thicknesses of t h e layers t h r o u g h t h e p o s t n a t a l d e v e l o p m e n t h a v e been s h o w n in our t w o previous p a p e r s . l i i r n f i i r s c h i i n g , H d . 19, H c f l -1

305

W e p r e s e n t here (Fig. 3) their d y n a m i c e v o l u t i o n t h r o u g h time. All these !) areas h a v e a t o t a l thickness which is c h a r a c t e r i z e d b y a v e r y r a p i d increase b e t w e e n 5 a n d 10 d a y s a n d b y a less r a p i d one between 10 a n d 30 days. This increase is followed bet w e e n 30 a n d (¡0 d a y s b y a clear decrease in areas 10, 3, 2, 17, 18 a n d 18a a n d in areas 20 a n d 41 b y a less i m p o r t a n t decrease which goes on slightly till 180 days. These t w o l a t t e r areas a r e also t h e only ones t o h a v e a lesser cortical d e p t h a t 180 d a y s t h a n a t (¡0 clays. I n t h e o t h e r areas t h e t o t a l cortical t h i c k n e s s is more a t 180 d a y s t h a n a t (»0 days, b u t less t h a n a t 30 days. W e will see in t h e discussion t h a t this relative decrease in cortical t h i c k n e s s a f t e r 30 d a y s m a y be considered as a sign of cortical plasticity. If t h e i n d i v i d u a l layers are considered, similar t e n dencies a p p e a r : t h e g r o u p of layers I I I I I IV follows t h e evolution of t h e t o t a l thickness w i t h a less p r o n o u n c e d decrease b e t w e e n 30 a n d 60 days. I n areas 18, 3 u n d 2, layer V p r e s e n t s also such a n evolution. L a y e r s I a n d VI show only a slight increase in thickness till 30 d a y s a n d f r o m this m o m e n t on are r a t h e r stable. L a y e r V I is stable as early as f r o m 10 d a y s on, in most of t h e areas.

,'506

Leuba, G., D. H e u m a n n a n d T h . R a b i n o w i c z

Postnatal development of the neocortex

307

Table 2. Thickness of the layers in % of the total thickness, in areas 10, 4, 3, 2, 17, 18, 18a, 41 and 20 at 5, 10, 30, 60 and 180 days. Explanations: see text. Thickness of layers in % of total thickness Days

5

Layers

Area 4

I II-IV V VI

5 23 33 39

10

30

60

180

7 31 30 32

9 33 29 29

9 32 30 29

9 29 29 33

12 43 25 20

12 43 26 19

11 49 26 14

8 32 24 36

12 30 34 24

9 39 27 25

11 31 38 20

5 29 30 36

6 29 30 35

60

180

7 35 28 30

8 37 27 28

8 38 25 29

8 38 27 27

12 30 38 20

11 32 37 20

13 32 36 19

10 31 31 28

Thickness of the layers in % of the total cortical depth (table 2)

Generally speaking in all our areas the group of layers II —III —IV increases in relative importance of the total thickness while layer VI decreases slowly with time. Layer V shows an intermediate evolution (see later).

Fig. 3. Evolution of the thickness of the whole cortex (in solid lines). Evolution of the depth of layers I, V and V I individually (in discontinued lines). Evolution of the group of layers I I - I I I - I V (in dotted lines). Areas 10, 4, 3, 2, 20, 41, 17, 18 and 1 8 a according to KRIEG (1946).

5

10

30

60

18C

8 30 35 27

8 28 36 28

8 28 37 27

14 24 35 27

14 24 32 30

14 23 32 31

14 26 40 20

15 24 40 21

15 25 37 23

Area 10 5 26 35 34

7 29 35 29

Area 18 6 37 28 29

7 39 25 29

8 40 25 27

7 38 26 29

Area 1 8 a

In area 17 layer VI shows a maximum thickness at 5 days and then decreases progressively till 60 days, while at 180 days there appears again a slight increase. In area 18a also the maximum thickness is already reached at 5 days. Thus in areas 17 and 18 a layer VI seems to have a rather different evolution than in the other areas. In summary the increase of the total cortical depth depends first on layers I I — I I I —IV and then on layer V, layers I and VI showing different evolutions. These facts are demonstrated by the evolution of the layer's thickness in % of total cortical depth. IV.

30

Area 2

Area 41 I II-IV V VI

10

Area 3

Area 17 I II-IV V VI

5

9 22 32 37

13 21 33 33

Area 20

11 32 37 20

12 33 35 20

12 36 33 19

12 34 34 20

15 23 38 24

16 24 40 20

Layer I Motor and sensory areas have a relatively thinner first layer than visual and auditory areas. Area 20 has from all our areas the relatively thickest layer I. The increase is slow and progressive till 30 days for all our areas. Layers

II-III-IV

In areas 2 and 3 a more important part of the cortex is occupied by layers II, I I I and IV than in areas 10 and 4 (because of the rather thick fourth layer in the sensory areas). This was found all along the development. In area 17, one third to half of the total depth of the cortex is due to the group of layers I I —III —IV. The relative importance of these layers decreases in areas 41 and 18a and is even less in areas 18 and 20. In fact in these latter areas there is no individualized layer IV. In terms of development the group of layers I I , I I I and IV takes an increasing importance with time, more in areas 4, 3, 2 and 17 than in areas 10, 18, 18 a, 41 and 20. Layer V This layer takes a less important part of the total depth in areas 17, 3, 2 (sensory areas) than in motor areas 4 and 10. In auditory 41, 20 and visual areas 22*

308

Leuba, G., I). Heumann and Th. Rabinowicz

development which allows the quantitative estimation of its degree and speed of maturation. This criterion should naturally be confronted with the morphological criteria of the layer (structuration, limitations and thickness) and of the cells themselves (nucleus and cytoplasm, dendritic network). The proliferation of the dendritic field ( R A B I N O W I C Z and Layer VI coll., 1977) explains mainly in our opinion the decrease On the contrary of layer V the relative thickness of the neuronal density during the development. of layer VI is more obvious in the motor and sen- The number of neurons by unit of volume can thus be taken as an index of the degree of maturation sory areas than in the auditory and visual areas. Generally speaking layer VI is decreasing in rela- of the layer as shown by numerous authors. Between 5 and 10 days (Fig. 2) in the nine studied tive importance in all our areas between 5 and 180 areas (1.0, 4, 3, 2, 17, "l8, 18a, 41 and 20) layers I days. and V have the slightest slope, layers V I b and V i a a slightly steeper one, layers I I I and IV a still steeper one and layer II the steepest. We thus admit the Discussion following order of maturation of the cortical layers between 5 and 10 days: I and V, then V I b and V i a , I. Differential maturation of the layers then I I I and IV, and finally II. After 10 days, the maturation is going on in the Our study begins at five postnatal days. It thus can not provide direct informations on the early differ- same order (Table 1) but at a slower pace. The order we suggest has already been described ential migration of the neuroblasts in the future cortex. These events have been well studied by on the basis of morphological criteria in man by autoradiographic methods: A N G E V I N E and S I D M A N C O N E L (1939-1967), R A B I N O W I C Z (1964) and also (1961), B E R R Y and R O G E R S (1965), H I C K S and D ' A M A - by M A R I N - P A D I L L A (1970 a; 1970b) on a G O L G I TO (1968), B I S C O N T E and M A R T Y (1975), B R Ü C K N E R study in the human premature and new-born. The and coll. (1976). Neurons assigned to the cerebral last author has also suggested that the maturational cortex are born essentially during the gestation order follows the sequential arrival of afferent fibers (E ! 3 — 20). According to these authors the neuronal to the different cortical levels. The early maturation migration seems to be completed at birth in rat and of the big pyramidal cells of layer V has also been mouse and cells labelled from the 20 — 21th day of reported by numerous authors: S U G I T A (1918) in rat, the gestation appear to become glial cells. This has E A Y R S and G O O D H E A D (1959) also in rat, P U R P U R A been confirmed by A L T M A N and D A S (1966) who and coll. (1.964) in cat, A S T R O M (1967) in sheep, in their postnatal autoradiographic study of the rat's S T E N S A A S (1968) in rabbit, M O R E S T (1970) in opposbrain did not found any labelled neurons in the sum, M O L L I V E R and VAN D E R L O O S (1970) in dog, cortical layers. For H I C K S and D ' A M A T O (1968) the C O N E L (1939-1967), R A B I N O W I C Z (1.964) in human. cells born after the 21th embryonic day will become As a matter of fact it seems that the group of glial; but, as the duration of the migration increases layers II, I I I and IV follows a pattern of maturation gradually with the thickenning of the cortical plate, different from that of layers I, V and IV. In our the cells born between 19 and 21 embryonic days study the steepest slope is seen between 5 and 10 will enter the cerebral cortex at about the time of days, steeper for layers II, I I I and IV than for layers I, birth and will still need 5 — 7 days to reach their V and VI. We have no quantitative data of the period destination in the external layers of the cortex. Thus before 5 days but R I C E (1974) showed with autothe settling down of the layers does not seem to be radiographic methods that layers V and VI are completed at birth in mouse and the maturation earlier mature than layers II, I I I and IV. It is thus is far from being achieved. possible that the spurt of maturation occurs before Our evaluation of the cortical maturation begins 5 days for layers I, V and VI. The period between at 5 postnatal days as quantitative cytoarchitectonic 5 and 10 days would therefore be a slowing down methods necessitate well recognizable neurons and phase of maturation for these layers. layers. On the contrary in layers II, I I I and IV the period We use frequently the criterion of cellular (neubetween 5 and 10 days appears to be very important ronal) density as a mean to appreciate the degree for their maturation and organization in distinct of maturation of a layer. In fact it is the evolution layers. Indeed, at 5 days, the group of layers II, of the neuronal density of a given layer during the I I I and IV is well delimited towards layers I and V

18 and 18 a the fifth layer is the most important one. The relative thickness of this layer during the postnatal development decreases slightly in sensory and motor areas and increases in visual and auditory areas.

P o s t n a t a l development of the n e o c o r t e x

but inside of this group clear demarcations between layers are not easy to be recognized. Our quantitative data at 5 days have been obtained in places which will correspond later (at 10 days) to the individualized layers I I , I I I or IV. These three layers seem even to be the site of some intracortical reorganization between 5 and 10 days. At 5 days the place corresponding to the future layer IV in sensory areas is sometimes less dense than that corresponding to the future layer I I I while at 10 days it is just the contrary. It is well known that layer I V is much denser in all the sensory areas and this is clearly confirmed by our quantitative data. Generally speaking at 5 days the variability maturation for this three layers is much more striking than at 10 days. The less developed brains show most clearly this phenomenon. As suggested by H I C K S and D'AMATO ( 1 9 6 8 ) the migration in layers I I , I I I and IV is not complete at birth. Our data (see table of the percentage of the layers' thicknesses in relation to the total cortical thickness), are in agreement with this hypothesis. Indeed between five and ten days and even till the adult age layers V and VI tend to loose part of their importance in the total cortical depth, while layers I I — I I I —IV tend to gain in relative thickness from 5 days up to the adult age. R I C E (1974) has shown in mice that the appearance of the barrels in layer I V of area 2 at the 3rd—4th postnatal day is correlated with the end of the migration in layers V and VI. However the phenomenon may not be completed even at 5 days: the presence at 10 postnatal days of more neurons in the white matter than at adult age below all the areas would speak in favour of a prolongation of the migration between 5 and 10 days after birth. There are probably more neurons at 5 days but we could not identify them with enough safetj'. If layers I, V and VI on one side and layers I I , I I I and I V on the other side have really different patterns of maturation, an intracortical migration could be conceivable along with a reorganization of the layers. This late migration could take place between 5 and 10 days.

II.

Differential

maturation

of the areas

The analysis of the differential maturation of the studied areas has evidenced the two following main features: 1. Between 5 and 10 days and for layers I, V and V I all our areas except area 18 have approximately the same speed of development in terms of slope. All these areas are for these layers in a slower phase of maturation.

2. For layers II, I I I and I V and 10 days are in a rapid phase found that areas .17, 2, 3, 4 and well developed than areas 41, 20,

30!)

which between 5 of development we 10 seem to be less 18 and :18a.

It seems that in the mouse (Fig. 2) the maturation of the areas does not follow a pattern depending on the functional importance of these areas: primary areas as 17 (visual), 3 (sensory), 4 and 10 (motor), 2 (barrels) have a delay of maturation in comparison with associative areas as 20, 18 and 18 a. The analysis of the maturation of the auditory and visual areas at a same frontal level shows the following order: first area 20, then areas 41 and 18a, finally 17. This could lead us to an interpretation of the developmental sequence in mouse according to the localization rather than to the function. Indeed areas 20, 41 and 18a are very near from the rhinal fissure laterally. Thus a latero-median gradient of maturation may start from the rhinal fissure (limited by the paleocortex). Such a gradient with an advance of the lateral part of the brain compared to the median part has already been described in the cerebral cortex in earlier stages: H I C K S and D'AMATO (1968) in rat, H I N D S and R U F E T T (1971) in mouse, F E R N A N D E Z and B R A V O (1974) in rabbit. H I N D S and R U F E T T (1971) described an advance of the development of the lateral cortex in comparison with the median one as early as at 13 — 14 embryonic days. Area 18 near the median fissure shows also some advance of maturation in comparison with area 17 and an other gradient of development may start from the median fissure to the convexity. As a matter of fact the new mapping of CAVINESS ( 1 9 7 5 ) brings some other interesting elements: The two areas 2 0 and 1 8 of K R I E G ( 1 9 4 6 ) which show the greatest advance of development are for CAVINESS ( 1 9 7 5 ) , rather retrohippocampic areas than neocortical association areas. Area 2 0 of K R I E G ( 1 9 4 6 ) corresponds to area 3 5 of CAVINESS ( 1 9 7 5 ) and area 1 8 of K R I E G ( 1 9 4 6 ) corresponds partially to area 2 9 d for CAVINES ( 1 9 7 5 ) . This new mapping would be well in accordance with the advance of development in areas 18 and 20, as the paleocortex is known to mature earlier, F E R N A N D E Z and B R A V O ( 1 9 7 4 ) . For H I C K S and d'AMATO (1968) there is a slight delay of maturation in the frontal areas but our results in area 10 do not confirm this fact. The most evident gradient of maturation is for us lateromedian. A similar gradient has been described by other authors in different cerebral structures: in the thalamus by A N G E V I N E ( 1 9 7 0 ) , in the hypothalamus by SHIMADA and NAKAMURA ( 1 9 7 3 ) , in the hippocampus and neocortex by F E R N A N D E Z and B R A V O ( 1 9 7 4 ) . In the paleocortex the gradient of

310

Leuba, G., D. Heumann and Th. Rabinowicz

maturation seems to be mediolateral starting from the rhinal fissure, F E R N A N D E Z and B R A V O (1.07-1). According to these results the lissencephalic brain may diffuse developmental gradients from the rhinal fissure, that is on an anatomical basis rather than on a functional basis. A gradient of development is also found in brains with circonvolutions. It has been observed in children from the Rolando fissure by C O N E L ( 1 9 3 9 — 1.967) and in the human premature by

RABINOWICZ

(1964).

MARIN-PADILLA

(1967)

has

also shown an advance in the development of the auditory cortex of man.

I I I . Cortical maturity and some functional

correlations

In terms of cortical depths and cell densities most of the development is completed in all the layers around 30 days. However the maturation seems well to slow down already before this moment. We are now stuying the 20 days old animals to fill in the gap. Preliminary results show that layers I, V and VI have already reached an almost adult state in term of quantitative cytoarchitectonics while maturation is still delayed in layers II, I I I and IV. Moreover analysis at the level of the dendritic branching and of the spines shows an analogous phenomenon R A B I N O W I C Z and coll., 1977). Our current research shows that there are still some maturational phenomena after 30 days. It is already known that the decrease of neuronal density during the development is correlated with the increase of the neuropile, H A D D A R A (1956) in mouse, P U R P U R A and coll (1964) in cat, R A B I N O W I C Z (1964) in h u m a n premature, C O N E L (1939 — 1967) in children. Other parameters may also be taken into consideration such as glial proliferation and neuronal death, H E U M A N N and coll. (in print). For H A D D A R A ( 1 9 5 6 ) the visual cortex of the mouse reaches an adult interperikaryal space as early as at 17 days. For E A Y R S and G O O D H E A D ( 1 9 5 9 ) the cerebral cortex of the rat has reached its mature characteristics at 18 days but fine quantitative changes may still be produced later. For B R I Z Z E E and J A C O B S ( 1 9 5 9 ) neuronal density, cellular volume and gray coefficient approach their adult values at 2 0 days. M E L L E R and coll. ( 1 9 6 8 ) have noticed that dendritic branching and the size of spines are adult at 2 1 days. A G H A J A N I A N and B L O O M (1.967) have shown a great increase of synapses in layer I of the rat's cerebral cortex between 14 and 26 days. The period around 20 days seems to be a critical one for the morphological maturation. However our results on Golgi studies ( R A B I N O W I C Z and coll., 1 9 7 7 ) suggest that the dendritic branching and specially

the number of spines increase till 30 days in layers I I I and V. On the other hand the neurophysiological maturation seems to be slightly earlier than the morphological one. In rats and mice the development of the E E G and of the evoked potentials corresponds to the adult patterns around the 16 —17th day, KoBAVASHI and coll. ( 1 9 6 3 ) , around the third week, D E Z A and E I D E L B E R G ( 1 9 6 7 ) or between 1 7 and 2 0 days, R O S E ( 1 9 6 8 ) . The behavioural maturation seems to appear even earlier. The main reflexes are acquired at 15 days, K O B A Y A S H I and coll. ( 1 9 6 3 ) , F o x (1965), O L I V E R I O ( 1 9 7 4 ) . The inception of long term memory in mouse appears at about 9—10 days for escape learning, N A G Y and coll. ( 1 9 7 2 ) , at about 1 1 . - 1 3 days for T maze, N A G Y and S A N D M A N N ( 1 9 7 3 ) . On the contrary, the biochemical maturation comes later. F O L C H - P I ( 1 9 5 5 ) has noticed that only at 50 days is the myelination indistinguishable from that of 1 8 0 days in the mouse's brain. D A V I S O N and coll. ( 1 9 6 6 ) have found only at 3 0 days an almost adult contain of lipids in rat's brain. For W I C N D E R and K O Z I K ( 1 9 6 8 ) myelinated fibers are present in all cerebral structures at 20 days but in smaller number than at 70 days. Several enzymes show an increase of activity till 3 0 days H I M W I C H ( 1 9 6 2 ) , or have a maximum at 17 days for the neurons and at 25 days for the glial cells, A R B O G A S T and A R S E N I S ( 1 9 7 4 ) . C A M P A G N O N I and C A M P A G N O N I ( 1 9 7 6 ) have observed a maximum increase of proteolipid proteins between 10 and 33 days after birth in the rat's brain. All these results raise the problem of the links between morphological and functional parameters. Trying to find relationships between function and morphology is extremly difficult on the many levels of the cerebral cortical development. This is mainly due to the fact that with morphological studies we can study precise areas while most of the biochemical, electroencephalographical and behavioural studies are made on the brain as a whole. Still the maturation of morphological, electroencephalographical and behavioural components is rather well correlated during the period extending from birth to the end of the third week, according to most of the authors. This is not always true for some biochemical parameters. We have pointed out that the spurt of decreasing neuronal density is before 10 days for all the cortical layers in all the studied areas, and may be before 5 days for layers I, V ad VI. This coincides with the appearance of electrical activity, K O B A Y A S H I and coll. ( 1 9 6 3 ) , D E Z A a n d E I D E L B E R G ( 1 9 6 7 ) , O L I V E R I O and coll. ( 1 . 9 7 5 ) , with the ontogeny of the first reflexes, K O B A Y A S H I and coll. ( 1 9 6 3 ) ,

Postnatal development of the neocortex

F o x (1965), OLIVERIO (1974) and of the so called long term memory, N A G Y and coll. (1972), N A G Y and SANDMANN (1973). The main connections begin to be established at that time. For us between 10 and 30 days and may be later the maturation goes on in a way quantitative cytoarchitechtonic methods and GOLGI techniques are better able to apprehend. As we showed (RABINOWICZ and coll., 1977) in a GOLGI study there are some rather elaborate patterns of development (dendritic growth, spines) still in evolution after 30 days. These elements point to the fact that we have to admit the existence of a period of "adolescence" in mice, or in any case of a real cortical plasticity at adult age.

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312

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Aknowledgements Mrs

M. MEIER,

Mrs

R . LACHAT

and

Miss

Z. TRBOVIC

prepared the microscopical slides; Mr B . MAURER did t h e photographic work; Miss L. DEPREZ typed the manuscript.

A ddress of the authors : T h . RABINOWICZ, M . D .

Assoc. Prof. Division of Neuropathology Centre Hospitalier Universitaire Vaudois 1011 Lausanne Switzerland

J . Hirnforsch, I9 (1978) 3 1 3 - 3 3 2

Aus dem Zoologischen Institut der Universität Basel (Direktor: Prof. Dr. H.

NÜESCH

und Prof. Dr. W.

STINGELIN)

Untersuchungen zur Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus canicula (L.). I. Bildung der Hirngestalt, Migrationsmodi und -phasen, Bau des Zwischenhirns. Von Hans-Peter

FARNER1

Mit 7 Abbildungen und 1 Tabelle (Eingegangen am 27. Juli 1977) Zusammenfassung: Untersuchungen über den Bau des Gehirns von Scyliorhinus canicula wurden an embryonalen Stadien durchgeführt. Die Aufzucht der Embryonen dauert bis zum Schlüpfen im Mittel 157 Tage bei einer Wassertemperatur von 1 5 O ; B 0 , 5 O Celsius und einer Dichte von 1 , 0 2 6 . Das Studium der Ontogenese des Gehirns ergab folgende erste Ergebnisse: 1. Die äußere Hirngestalt zeichnet sich durch eine prominente Anlage von Tectum und Cerebellum einerseits und das frühe Auftreten der Hemisphären und des Nervus oculomotorius andererseits aus. Im Cerebellum bereich und im Prosencephalon treten neue Hirnbeugen auf, letztere sehr ausgeprägt. Die Nackenbeuge fehlt völlig. 2. Die Bildung des S t r a t u m matricis erfolgt nicht in allen Gehirnteilen gleichmäßig. Generell sind dorsale Regionen gegenüber ventralen retardiert, d. h. Grundplattenmaterial wird früher gebildet als Flügelplattenmaterial. Sehr spät setzt die Matrixbildung im Cerebellum an, wo die Proliferation auch entsprechend länger dauert. Grundsätzlich decken sich diese Ergebnisse mit den von K A H L E ( 1 9 5 1 ) im menschlichen Gehirn gemachten Feststellungen. Eine Ausnahme ergibt sich im Telencephalon. Beim Menschen unterliegt es einer starken Retardierung, wogegen bei Scyliorhinus canicula kaum nennenswerte Verzögerungen auftreten. 3. Mächtig überragt der H y p o t h a l a m u s alle übrigen Zwischenhirnteile. Sehr wenig entwickelt ist der Thalamus ventralis, nicht vorhanden der Thalamus dorsalis. Prominent ist die praetectale Region, die gut differenzierte Nuclei aufweist. 4. Die asymmetrische Gestalt des Epithalamus, die vergrößerte linke Habenula erweist sich als postnatale Elongation, gekoppelt mit einer verstärkten Myelinisation des linken Fasciculus retroflexus. Summary: Brain structure of the shark Scyliorhinus canicula has been studied on the basis of a series of embryonic stages. The incubation time was 157 days in average (under constant conditions of 15 centigrades and density of 1.026). 1. The first predominant characters of the external brain shape are the optic tectum, cerebellum, telencephali hemispheres and oculomotor root. In addition, the brain axis is characterized by new flexures in the cerebellar and prosencephalic level. A nuchal flexure in absent. 2. The ontogenetic p a t t e r n of the matrix layer differs in different brain parts. Generally, ventral columns develop earlier t h a n dorsal ones. Matrix development and cell proliferation occur especially late in the cerebellum. For the most p a r t the results agree with findings by K A H L E ( 1 9 5 1 ) concerning the human brain. The telencephalon is an exception and shows a developmental retardation, while a regular development is observed in Scyliorhinus. 3. The hypothalamus overlaps the other regions of the diencephalon. The ventral thalamus is small, a dorsal thalamus is not observed. The pretectal region is remarkably differentiated and contains a rich set of nuclei. 4. The epithalamus is asymmetrical; a phenomenon t h a t occurs after hatch. The left habenula is distinctly larger t h a n the right-one.

1

Die vorliegende Arbeit entstand unter der Leitung von Herrn P. D. Dr. D. G. SENN, f ü r dessen fruchtbare Anregungen und Hilfe ich herzlich danke. Herrn Prof. Dr. W. S T I N G E L I N bin ich f ü r sein stetes Interesse an diesem Thema dankbar. Für die Materialbeschaffung bin ich dem Laboratoire Arago in Banyuls sur Mer und der Stazzione Zoologica in Neapel besonders aber den beiden Herren Dr. J. M A R T Y und Dr. D. F R O S C H ZU großem Dank verpflichtet.

Einleitung In mancher Hinsicht bilden die Selachier innerhalb der Fische eine aberrante Gruppe. So erweisen sich das Skelett und die Körperdecke z. B. mit ihrer Beschuppung als eigenartig. Gestalt und Beschalungen der Eier mancher Haie und Rochen stehen im Tierreich einzigartig da. Der Bau des Zentralnerven-

J . Hirnforsch, I9 (1978) 3 1 3 - 3 3 2

Aus dem Zoologischen Institut der Universität Basel (Direktor: Prof. Dr. H.

NÜESCH

und Prof. Dr. W.

STINGELIN)

Untersuchungen zur Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus canicula (L.). I. Bildung der Hirngestalt, Migrationsmodi und -phasen, Bau des Zwischenhirns. Von Hans-Peter

FARNER1

Mit 7 Abbildungen und 1 Tabelle (Eingegangen am 27. Juli 1977) Zusammenfassung: Untersuchungen über den Bau des Gehirns von Scyliorhinus canicula wurden an embryonalen Stadien durchgeführt. Die Aufzucht der Embryonen dauert bis zum Schlüpfen im Mittel 157 Tage bei einer Wassertemperatur von 1 5 O ; B 0 , 5 O Celsius und einer Dichte von 1 , 0 2 6 . Das Studium der Ontogenese des Gehirns ergab folgende erste Ergebnisse: 1. Die äußere Hirngestalt zeichnet sich durch eine prominente Anlage von Tectum und Cerebellum einerseits und das frühe Auftreten der Hemisphären und des Nervus oculomotorius andererseits aus. Im Cerebellum bereich und im Prosencephalon treten neue Hirnbeugen auf, letztere sehr ausgeprägt. Die Nackenbeuge fehlt völlig. 2. Die Bildung des S t r a t u m matricis erfolgt nicht in allen Gehirnteilen gleichmäßig. Generell sind dorsale Regionen gegenüber ventralen retardiert, d. h. Grundplattenmaterial wird früher gebildet als Flügelplattenmaterial. Sehr spät setzt die Matrixbildung im Cerebellum an, wo die Proliferation auch entsprechend länger dauert. Grundsätzlich decken sich diese Ergebnisse mit den von K A H L E ( 1 9 5 1 ) im menschlichen Gehirn gemachten Feststellungen. Eine Ausnahme ergibt sich im Telencephalon. Beim Menschen unterliegt es einer starken Retardierung, wogegen bei Scyliorhinus canicula kaum nennenswerte Verzögerungen auftreten. 3. Mächtig überragt der H y p o t h a l a m u s alle übrigen Zwischenhirnteile. Sehr wenig entwickelt ist der Thalamus ventralis, nicht vorhanden der Thalamus dorsalis. Prominent ist die praetectale Region, die gut differenzierte Nuclei aufweist. 4. Die asymmetrische Gestalt des Epithalamus, die vergrößerte linke Habenula erweist sich als postnatale Elongation, gekoppelt mit einer verstärkten Myelinisation des linken Fasciculus retroflexus. Summary: Brain structure of the shark Scyliorhinus canicula has been studied on the basis of a series of embryonic stages. The incubation time was 157 days in average (under constant conditions of 15 centigrades and density of 1.026). 1. The first predominant characters of the external brain shape are the optic tectum, cerebellum, telencephali hemispheres and oculomotor root. In addition, the brain axis is characterized by new flexures in the cerebellar and prosencephalic level. A nuchal flexure in absent. 2. The ontogenetic p a t t e r n of the matrix layer differs in different brain parts. Generally, ventral columns develop earlier t h a n dorsal ones. Matrix development and cell proliferation occur especially late in the cerebellum. For the most p a r t the results agree with findings by K A H L E ( 1 9 5 1 ) concerning the human brain. The telencephalon is an exception and shows a developmental retardation, while a regular development is observed in Scyliorhinus. 3. The hypothalamus overlaps the other regions of the diencephalon. The ventral thalamus is small, a dorsal thalamus is not observed. The pretectal region is remarkably differentiated and contains a rich set of nuclei. 4. The epithalamus is asymmetrical; a phenomenon t h a t occurs after hatch. The left habenula is distinctly larger t h a n the right-one.

1

Die vorliegende Arbeit entstand unter der Leitung von Herrn P. D. Dr. D. G. SENN, f ü r dessen fruchtbare Anregungen und Hilfe ich herzlich danke. Herrn Prof. Dr. W. S T I N G E L I N bin ich f ü r sein stetes Interesse an diesem Thema dankbar. Für die Materialbeschaffung bin ich dem Laboratoire Arago in Banyuls sur Mer und der Stazzione Zoologica in Neapel besonders aber den beiden Herren Dr. J. M A R T Y und Dr. D. F R O S C H ZU großem Dank verpflichtet.

Einleitung In mancher Hinsicht bilden die Selachier innerhalb der Fische eine aberrante Gruppe. So erweisen sich das Skelett und die Körperdecke z. B. mit ihrer Beschuppung als eigenartig. Gestalt und Beschalungen der Eier mancher Haie und Rochen stehen im Tierreich einzigartig da. Der Bau des Zentralnerven-

314

Farner, H.-P.

systems, insbesondere seine Cytoarchitektonik und teilweise die Faserarchitektonik weichen von derjenigen der übrigen Fische ab. Grundlegende Untersuchungen von B U R C K H A R D T ( 1 9 0 7 , 1 9 1 1 ) , von K U P F F E R ( 1 9 0 6 ) , ARIENS K A P P E R S , H U B E R & CROSBY

(i960), K U I I L E N B E C K ( 1 9 6 9 — 1 9 7 5 ) wurden an adulten Selachiern durchgeführt. Untersuchungen an Embryonen geben in einzelnen Entwicklungsstadien die Genese von Hirnstrukturen, insbesondere von Schichtungen, Nuclei und Faserzügen deutlich wieder. Ein Teil der vorliegenden Arbeit ist der Aufklärung von Cyto- und Faserarchitektonik, i.b. den Proliferations-, Migrationsund Differenzierungsvorgängen im frühembryonalen Neurairohr gewidmet. In einem weiteren Abschnitt werden Schichtungen und Arealbildungen im Zwischenhirn dargestellt. Eine folgende Publikation befaßt sich mit der Genese und Schichtung des Tectum opticum.

Material und Methoden

1. A ufzucht der

Embryonen

F ü r die Untersuchungen an Scyliorhinus canicula Embryonen sind Wasser-, Temperatur- und Lichtverhältnisse, aufgrund ihres Verbreitungsgebietes abzuschätzen und zu imitieren, um eine Datierung der Embryonen zu ermöglichen. Als optimal erwiesen sich folgende W e r t e : die Salzkonzentration wurde auf eine Dichte von 1,026 eingestellt, die Wassertemperatur betrug während der ganzen Entwicklungszeit 15,5 ± 0,5 Grad Celsius, pH 8 bis 8,3. Das Laboratoires Arago in Banyuls sur Mer lieferte in Abständen von ein bis zwei Wochen im Bassin abgelegte Eier, insgesamt 52 Stück, 48 Eier lieferte die Stazzione Zoologica in Neapel. In einem Aquarium von 150 Liter Inhalt wurden diese an einem Glasgestell so aufgehängt, daß jedes E i mittels Koordinaten bestimmt war. Keine Beachtung erhielt die Lage der E i e r ; d. h. die präsumtive Schlüpföffnung zeigte nach oben oder zum Boden.

2. Datierung der

Embryonen

Größere Schwierigkeiten bietet das Datieren der Embryonen, da der Ablagetag nicht als Entwicklungsanfang genommen werden kann. Stadienbeschreibungen

wurden

von

BALFOUR

u n d SCAMMON ( 1 9 1 1 ) g e m a c h t . BALFOUR b e s c h r e i b t

(1878) Pristi-

urus, Torpedo und Scyliorhinus canicula in einigen Entwicklungsstufen. Sehr e x a k t beschreibt SCAMMON die Entwicklung von Squalus acanthias. WENDLING (1975) gibt neben Angaben über Lebendbeobachtungen eine Einteilung der E m b r y o n a l z e i t in drei

Phasen.

ALLUCHON-GERARD

(1971)

bezieht bei der Feststellung des Entwicklungsstandes die gesamte Körperlänge mit ein. F ü r die vorliegende Arbeit wurden die Embryonen in der

Eihülle im Durchlicht beobachtet, mit WENDLING- und ScAMMON-Angaben verglichen, im gewünschten Stadium photographiert und fixiert in A F E ( A F E = 90 ml Alkohol 8 0 % , 5 ml Formol 4 0 % , 5 ml Eisessig). Die Embryonen wurden fortlaufend numeriert, wobei die Embryonen mit den Nummern 1 — 42 der Eihülle entnommen wurden. Die Neonati tragen die Zahlen 43 — 52. Die Entwicklungszeit der Embryonen betrug im Schnitt 157 Tage. Die fixierten Embryonen wurden in Paraplast eingebettet, in Schnittserien verschiedener Schnittrichtungen verarbeitet und mit der Neurofibrillendarstellung nach Bodian mit Albumosesilber und anschließend mit Kresylviolett (SENN 1 9 6 6 ) g e f ä r b t .

Überblick über die Entwicklung des Gehirns Die

Ontogenie der Elasmobranchier wurde von (1878) beschrieben. Die Untersuchungen erfolgten vorwiegend an Selachii (Pristiurus, Scyliorhinus u. a.). Eingehendere embryologische Betrachtungen des Zentralnervensystems der Selachii publizierte von K U P F F E R (1906). E r bezog sich in erster Linie auf Haie und Torpedo, anhand derer er die auf C. E. v. B A E R zurückgehende Segmentierung des embryonalen Gehirns darstellte, wofür allerdings in den vorliegenden Schnittserien Anhaltspunkte fehlen. Im Embryo 1 (Em1) sind die Augenkapseln kugelig gebildet, die Ohrplakoden deutlich verdickt und die Spinalganglien erkennbar. In E m 3 treten die Linsenplakoden hervor. Die Wandungen des sich formierenden Zentralnervensystems sind in E m l bis EM'I rein zellulär; Faserlaminae fehlen noch durchweg. Die Zellkörper unterscheiden sich noch wenig. In E m 5 senken sich die Riechplakoden ein, und erste periphere Faserschichten treten auf. Oculomotorische Axone bilden erste Faserbündel. Gleichzeitig differenziert sich ein Ependym aus, ohne die Anzahl der Mitosezellen merklich zu verkleinern. In E m 9 — 12 Evagination des noch unpaaren Endhirns und Anlage der Bulbi olfactorii sowie der Habenulae. Eine deutliche Gliederung im Hirndach zwischen Tectum opticum und Cerebellum zeichnet sich ab. Im Übergangsbereich von Medulla oblongata und spinalis treten in E m 3 die prominenten „Dorsalzellen" auf. J O H N B E A R D (1892, 1896) beschreibt dieselben Neurone von R a j a batis als transitorische zentrale Ganglienzellen. Bei Scyliorhinus weisen sie stark myelinisierte Axone, die zu den Myomeren führen, auf. Sie entwickeln sich in der Mediane zu Doppelreihen bis E m l 8, wo sie die größte Dichte erreichen. Synchron mit der Wirbelbildung, ab Em20, beginnt die Reduktion. Die Dorsalzellen bleiben in lückenhafter Doppelreihe bis zum Schlüpfstadium erhalten, werden jedoch in der Juvenilzeit vollständig reduziert; so daß bei Adulttieren von 45 cm und 60 cm Körperlänge keinerlei Rudimente auszumachen sind. Auch die zugehörigen Fasern wurden durch BALFOUR

Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus

C. I.

315

Tabelle 1. Übersicht über die verwendeten Tiere und deren Verarbeitung in Schnittserien. KörperLänge Kopf Schwanz in mm

Länge Rostrum-Dottergefäße in mm

Augenabstand über Corneae in mm

Schnitt-• Schnitt- Färbung Außenkiemen- und Dicke Richder frühembryonale in n tung Schnitte Kiemenentwicklung

1

5,8

1,7

0,68

10

Tq

A/K

Kiemenbogen vorhanden keine Außenkiemen

2

7,0

1,85

0,72

10

sag

A/K

5 Kiemenspalten ausgebildet Spiraculum verschlossen

3

6,8

2,2

0,80

10

Tq

A/K

wie Nr. 2

4

7,9

3,2

1,20

10

hör

A/K

Kiemenbogen eng aneinander liegend Spiraculum noch nicht durchgebrochen

5

IG, 2

4,1

1,40

10

Tq

A/K

Kiemenfäden als Knospen vorhanden, 2 — 4 an den Bogen 3 — 5

dorsal und ventral erste Zellagen

6

16,8

4,6

1,50

15

Tq

A/K

An Kiemenbogen 1 — 3 kurze Fäden sichtbar, 1 Faden am Spiraculum als Knospe

Anlagen von Ventralis und Pektoralis als Knospen

7

18,0

4,8

1,68

15

Tq

A/K

Kiemenbogen verstärkt

Flossensaum abgehoben, Pektoralis und Ventralis 1 mm lang, Dorsalis I als Knospe

8

19,2

5,1

1,72

15

Tq

A/K

Kiemenfäden verlängert, Ansätze sind von den Kiemenbogen überdeckt

9

21,5

5,65

2,08

15

Tq

A/K

2 Kiemenfäden vom Spiraculum ausgehend

10

21,0

8,83

2,12

15

Tq

A/K

Kiemenfäden in allen Spalten dicht, Länge caudalwärts abnehmend

11

22,0

5,52

3,80

15

Tq

A/K

Kiemenfäden so dicht, daß Spalten ausgefüllt, Länge ca. 1/2 Spaltenlänge Spiraculumfäden kürzer

Flossensaum ca. 0,4 mm breit, bei Analis und Dorsalis unterbrochen Pectoralis weit ausgewachsen

12

32

6,65

4,10

15

Tq

A/K

Länge der Kiemenfäden ca. Kopfbreite 4 kürzere Fäden aus dem Spiraculum

Flossensaum ca. 0,6 mm breit, Flossen deutlich vom Saum abgesetzt

13

32,5

7,5

4,32

15

Tq

A/K

14

33,6

7,25

4,76

15

sag

A/K

15

33,1

7,3

4,92

15

hör

A/K

16

34,5

7,64

5,50

15

Tq

A/K

17

36,0

8,33

5,50

15

Tq

A/K

EmbryoNummer

Flossen- und Flossensaumentwicklung

—

—

—

Flossensaum durchgehend, Dorsalis I I als Knospe

Flossensaum 0,8 mm breit

Kiemenfadenlänge variabel maximal der Kiemenkorbbreite entsprechend

Starke Verbreiterung des Flossensaum 0,9 mm Kiemenkorbes Fäden breit Kontur leicht wellig nur halbe Querschnittbreite ausmachend

31(3

Farner, H.-P.

Tab. 1 (Fortsetzung) Embryo- KörperNummer länge Kopf Schwanz in mm

Länge RostrumDottergefäße in mm

Augenabstand über Corneae in mm

Schnitt- Schnitt- Färbung Außenkiemen- und Dicke Richder frühembryonale in ¡i tung Schnitte Kiemenentwicklung

Flossen- und Flossensaumentwicklung

Dorsales und Analis überragen den Flossensaum

18

38,5

9,2

6,25

15

Tq

A/K

Reduktion der Kiemenfäden von rostral nach caudal fortschreitend

19

38,5

9,6

6,25

15

Tq

A/K

Fäden des Spiraculums noch als Stummel vorhanden

20

39,0

9,6

6,66

15

Tq

A/K

21

41,5

9,8

6,68

15

Tq

A/K

22

43,3

9,5

6,68

15

Tq

A/K

Tq

A/K

weiterer Abbau der Kiemenfäden

23

47,6

9,5

7,0

15

24

49,4

10,9

7,45

15

sag.

A/K

25

56,3

12,8

7,48

15

hör.

A/K

Kiemenfäden des Spiraculums vollständig reduziert

26

64,5

13,5

8,0

15

Tq

A/K

Fädenabbau von rostral nach caudal fortschreitend, in Spalte 1 noch Stummel vorhanden

27

64

14

8,1

15

Tq

A/K

Kiemenfäden in Spalte 1 und 2 vollständig reduziert

28

64

14,2

8,33

15

Tq

A/K

29

69

14,5

8,33

15

Tq

A/K

HO

70

14,8

8,45

15

Tq

A/K

Reste der Kiemenfäden Flossensaum im Caudanoch in Spalte 5 sichtbar lisbereich schmal vorhanden

31

74

15

8,15

15

hör

A/K

75 74,5 77 79 81 83 76 76 79 81 82 85 90

15 15,5 15,3 15,8 16,1 16,5 16 16,6 17,3 17,2 17 16,5 17,5

8,66 8,67 8,75 8,82 8,83 8,83 8,38 9,0 8,84 8,5 8,6 8,4 9,18

15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15

Kiemenfäden völlig redu- Flossensaum vollständig ziert reduziert

Tq sag.

q q

A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K A/K

q q

A/K L/K

32 33 34 35 36 37 38 39 40 42 43 45 49 51 100 110

450

15 15

Tq Tq

q q q q q

sag

Kiemenfäden auf Spaltenlänge abgebaut

Abbau des Flossensaumes j e am caudalen Flossenende beginnend Caudalis nach dorsal aufgewölbt

Reduktion des Flossensaumes von Flossen aus caudalwärts fortschreitend

Dorsales haben die Gfache Breite des Flossensaumes

Neonatus Neonatus Neonatus Neonatus Adultus Adultus Tq q

= Tcctum quer = quer

sag. = sagittal

hör. A/K

= horizontal = Albumosesilber

L/K

=

Kresylviolett Luxol/Kresylviolett

Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus

feinere Axone ersetzt, wobei ab Em 10 die endgültigen Faserstränge sichtbar werden. Die frühe, mit ca. (i mm Körperlänge einsetzende Schlängelbewegung der Embryonen, welche die episodisch auftretenden Zuckbewegungen des Rupfes ablöst, erlaubt die Vermutung, daß die Dorsalzellen steuernd in den Bewegungsablauf eingreifen. Eine Massenzunahme der Bulbi olfactorii, das Wachstum des Nervus trochlearis, die Bildung der cerebellären Aurikel sowie eine deutliche Trennung zwischen Tectum opticum und Cerebellum setzen ab E m l ß ein. Ab Em27 sind Fasern des Nervus abducens myelinisiert. Mit dem raschen Vorwachsen der Hemisphären, dem Strecken der Scheitelbeuge und der Differenzierung des Infundibulums erreicht das Gehirn mit dem Schlüpfstadium die endgültige Form. Besondere Aufmerksamkeit sei den verschiedenen Hirnbeugen gewidmet, weil sich mit ihrer Berücksichtigung einige in scheinbar aberranter Lage sich bildende Nuclei besser verstehen lassen. In Em3 ist eine eindeutige Scheitelbeuge vorhanden, die sich bis Em9 derart erweitert, daß sie dorsal der Plica ventralis erhalten bleibt, aber kaudal im Bereich des Cerebellum durch eine zweite ergänzt wird. Im selben Stadium zeichnet sich eine Brückenbeuge ab; wobei die Nackenbeuge, die frühembryonal prominent sein sollte, erst mit Em22 auftritt und bis zum Schlüpfling bleibt. Durch eine Beuge besonderer Art zeichnet sich die Zwischenhirnregion ab Em5 aus. Diese, als prosencephale Beuge bezeichnet, in Abb. 1 mit p. B. eingezeichnet, bildet bis Em33 einen spitzen Winkel. Durch die Evagination der Hemisphären wird diese Beuge nur geringfügig verändert, was ein starkes dorsales Ansteigen des Tegmentum impliziert. Dadurch ist der Nucleus interstitialis des Fasciculus longitudinalis medialis bezüglich der angrenzenden Kernareale dorsal verschoben. Die prätektale Region scheint ins mesencephale Tegmentum überzugreifen, und das Chiasma des Tractus opticus liegt weit kaudal. Auf Grund der prosencephalen Beuge wirkt das Zwischenhirn gedrungen, was wiederum einen Hinweis gibt, weshalb sich das Subcommissuralorgan, im Recessus des dritten Ventrikels fortsetzend, nach dorso-rostral um die Commissura posterior legt.

C. I.

317

Entwicklungen im Zwischenhirn und Ausblick auf andere Hirnregionen 1. Die

Matrixbildung

Aus dem Neuralepithel bildet sich die Matrix (Keimschicht) als eine dichtgepackte Schicht indifferenter Zellen. Die Zellfortsätze reichen bei den peripher liegenden Zellen sehr junger Embryonen bis zum Ventrikel, wo sie mit der Ventrikelrandzone Kontakt nehmen. Periventrikuläre Zellen bleiben teilweise bis Em20 mit der Peripherie in Verbindung und bilden als Spongioblasten das Stützgewebe. Die Wandung des frühembryonalen Gehirns besteht bis Em3 aus einem stets mächtiger werdenden Stratum matricis und dem noch hauchdünnen Stratum zonale (Abb. 3). Die größte Mitoseaktivität bleibt auf die ventrikelnahen Zellagen beschränkt. 2, Migrationen, Zelldifferenzierung bildung

und Schicht-

Die Gliederung des Gehirns in konzentrische Schichten ist einerseits vom Gehirnteil, andererseits vom ontogenetischen Entwicklungsstatus abhängig. KAHLE (1951) unterscheidet in Anlehnung an HIS drei verschiedene Zonen: 1. die periventrikuläre Matrix, 2. eine Differenzierungszone und 3. den zellarmen Randschleier. Die Zonen eins und zwei liegen innerhalb der subzentralen Grenze und bilden zusammen das Stratum matricis, wobei die Differenzierungszone transitorischen Charakter aufweist. Im englischen Sprachgebrauch wird die Matrix (KUHLENBECK 1970) mit „ependymal layer" bezeichnet. Hierbei darf nicht übersehen werden, daß die Ependymzellen aus dem Stratum matricis hervorgehen und strukturell wie funktionell nicht mit der Keimschicht gleichzusetzen sind. Die Zone 3 ist dem Stratum zonale gleichzusetzen, das in einzelnen Hirngebieten die Mehrzahl der Neurone beinhaltet. Der Migrationsbegriff kann verschieden interpretiert werden. Um allen Hirnteilen zu genügen, werden für die vorliegende Untersuchung zwei Migrationsmodi unterschieden. Wandern die Zellen innerhalb des Stratum matricis, d. h. wird die embryonal dichte Keimschicht aufgelockert, so handelt es sich um eine interne Migration; wird hingegen von Zellen die subzentrale Grenze passiert, liegt der externe Modus vor. Oft werden beide Modi parallel vorkommen, so daß eine Unterteilung vorteilhaft scheint.

318

Farner, H.-P.

Epph,

Abb. 1 a Abb. 1. Embryonale Hirnentwicklung bis zum Schlüpfstadium, die Zahlen beziehen sich auf Embryonummern der Tabelle 1. Die äußeren Linien geben die Kopfumrisse wieder. 1 —45a Lateralprojektionen von Gehirn und Nn. optici, 45 b Lateralprojektion der Hirnkonturen und der Hirnnerven. (Schnittrichtung parallel zum Blattrand.)

Embryonalentwicldung des Gehirns von Scyliorhinus

Ch.opt.

Abb. 1 b

C. I.

319

320

Farner, H.-P.

Abb. 2. Embryonen, deren Querschnittserien f ü r die Lateralprojektionen von Abb. 1 dienten. 1 — 33 Embryonen dem Ei entnommen, 45 Neonatus.

Embryo 1—3 Das Neurairohr der Stadien 1—3 zeigt eine kontinuierliche Zunahme der Zellenzahl. In ventrikelnahen Zellen sind häufig Mitosen zu beobachten, so daß die peripheren Zellen älter sind. Die radiale Anordnung der Zellkerne wird in Em3 manifest, sie weist auf eine peripherwärts gerichtete Proliferation hin. Ein rostro-kaudaler Vergleich zeigt lediglich Unterschiede in der Wandstärke; eine Faserzone ist kaum noch auszumachen. (Abb. 3A, B).

Embryo 4—9 An erster Stelle steht innerhalb dieses Entwicklungsschrittes noch die Zellvermehrung, die mit einer Größenabnahme der Zellen einhergeht. In Em5 wird eine Stratum zonale in allen Hirnteilen evident. Die Mächtigkeit entspricht im Schnitt etwa dem Durchmesser eines Zellkernes. Am Rand der Matrix stehen erste Zellen im Differenzierungsstadium (Abb. 3, E, F). Die Spindelform wird mehr und mehr zur Kugelform umgestaltet. Retardiert erweisen sich die Zustände im Telencephalon und in den Medullae oblongata und spinalis. Bis Em9 treten kugelige Zellen im Telencephalon auf. Im Thalamus ventralis lockern sich die marginalen Matrixzellen auf, während im Hypothalamus die Kompaktheit bestehen bleibt. Im Tegmentum und im ventralen Bereich der Medulla oblongata zeich-

E m b r y o n a l e n t w i c k l u n g des Gehirns von Scvlior/iinus

C. I.

321

Epph.

Ventr mig.

Ze.

A b b . 3. M a t r i x b i l d u n g verschiedener H i r n a b s c h n i t t e . Quers c h n i t t e : A, B v o m E m l ; C, D v o n E m 3 ; E, F v o n E m 5 ; A, C P r o s e n c e p h a l o n ; F D i e n c e p h a l o n , S t r a t u m zonale im A n s a t z . (Maßeinheit = 100 ¡x.)

nen sich erste Wanderungen ab. Auch in den Ventralzonen des Rückenmarks lockert sich das Zellgefüge, während nach dorsal ein deutlicher Rückstand auszumachen ist (Abb. 4 E). Embryo

10—12

Mit E m 12 setzt eine paarige Entwicklung des Telencephalons ein. Die Strukturen des Epithalamus manifestieren sich in den Habenulae und in der ComH i n i f o r s c l u m i i , B erreicht. In diesem Stadium hat der Nucleus praeopticus seine Differenzierungsverzögerung beinahe aufgeholt. Bis Em33 werden die Perikaryen verkleinert, und die in Reihen angeordneten Schichten derart auf-

328

Farner, H.-P.

gelockert, daß bis zum Schlüpfling (Em43) kaum nennenswerte Veränderungen in der Cytoarchitektonik der Nuclei praeopticus und paraventricularis auszumachen sind. Die postembryonale Auflockerung, bedingt durch Faserwachstum ist derart eminent, daß das gesamte Zellband oft als aus einer einzigen Zellreihe bestehend erscheint.

Nucleus ventralis

hypothalami

Der Nucleus ventralis hypothalami liegt vorwiegend im Praeopticusgebiet, ventro-lateral des Nucleus praeopticus. Rostrai läßt er sich nicht eindeutig abgrenzen. Die dorsolaterale Zellanordnung hebt sich deutlich ab, wogegen medianwärts ein fließender Übergang in den Nucleus lateralis hypothalami erfolgt. Die Zellen entsprechen denjenigen des Nucleus praeopticus; allerdings neigen viele zu spindelförmigen Habitus. Diese sind radial orientiert (Abb. 6B, 7D). In Em12 beginnen Zellen im präoptischen Hypothalamus zu migrieren, die sich in Em 13 in diffuser Anordnung zeigen und in Em 16 eine erste Zellgruppe des Nucleus ventralis hypothalami bilden. Der Kern istiin Em23 noch kompakt, erreicht bis Em26 eine erhebliche Auflockerung und ist in Em33 bezüglich Größe und Struktur demjenigen des Schlüpflings aequivalent. Nucleus lateralis hy-pothalami Der Nucleus lateralis hypothalami hebt sich durch erhöhte Zelldichtc von den angrenzenden Gebieten ab. Noch stärker als beim Nucleus ventralis neigen die Zellen zur Spindelform und sind teilweise in Reihen angeordnet. Der Kern wird lateral von Zellgebieten des Praetectum überlappt. Rostrai beginnt er auf demselben Niveau wie der Thalamus ventralis; setzt sich dann kaudalwärts fort und leitet dorsal in das Zellgebiet des Nucleus lentiformis praetectalis über, derart, daß keine eindeutige Abgrenzung möglich ist. Im kaudalen Anteil liegen die Zellen lockerer als rostral und neigen zur rundlichen Form, wie sie für die Zellen des Nucleus paraventricularis charakteristisch ist. Der Kern liegt in Zone 5, er wird lateral von Fasern des Tractus opticus überlagert. Auf die äußerste periventrikuläre Zone folgt direkt die superfizielle Schicht. Vorwiegend rostral des Kernareals nehmen Fasern des V H B Kontakt auf. Weitere Fasern ziehen in kleinen Bündeln dorso-medialwärts zum Tegmentum. Frühembryonal wandern Zellen des Nucleus lateralis hypothalami mit Em 13 in die Fasermassen ein und werden in tagentialen Reihen formiert bis E m l 6 .

In Em30 sind die Reihen völlig aufgelöst, die kleinen Migrationszellen liegen stark gestreut, behalten aber bis Em30 ihre radiale Anordnung bei. Erst mit Em35 setzt eine sekundäre reihenförmige Schichtung ein, die durch das Eindringen von tangentialen Faserzügen eingeleitet wird und bis zum adulten Tier in abgeschwächter Form erhalten bleibt.

B) Thalamus

ventralis

Nicht eindeutig erkennbar ist der Thalamus ventralis. Rostro-kaudal ist er nur über 16 Schnitte (15 ¡am) ausgebildet. Der direkte Anschluß an den Hypothalamus erlaubt embryologisch eine eindeutige Abgrenzung, obgleich eine deutliche Furche im Ependym fehlt. Nach dorsal schließt sich die Habenula an, deren Areale durch eine evidente Migrationsrichtung klar angeordnet werden können. Kaudalwärts leitet der Thalamus ventralis gleitend in das Praetectum über, so daß eine Abgrenzung unmöglich und, wegen der Kleinheit des Gebietes, wenig sinnvoll ist. In charakteristischer Weise liegen die Zellen stark lateral in zentralen Schichten. Das Stratum album periventriculare ist von wenigen Zellen durchsetzt. Der Thalamus ventralis weist generell eine einheitliche Cytoarchitektonik mit mittelgroßen Zellen auf; lediglich die Zellen des Nucleus geniculatus lateralis sind spindelförmig und radial orientiert. Das zugehörige Neuropil liegt lateral nach ventral etwas verschoben (Abb. IC). Rostrale Fasern des Tractus opticus, die vom Chiasma opticum stark rostrodorsal verlaufen, nehmen hier Kontakt auf. Der Nucleus ist entsprechend dem ventralen Thalamus sehr klein, ebenso ist die Anzahl der optischen Afferenzen sehr gering und verstreut. Eine weitere Unterteilung des Thalamus ventralis in Kernareale würde den Differenzierungsgrad überschreiten. Die Entwicklung des Thalamus ventralis setzt, seiner Größe entsprechend, mit E m l 6 ein. Hier kann eindeutig die zugehörige Matrix ausgemacht werden. In E m l 8 migrieren Zellen, die sich bereits in Em20 differenzieren und dabei vergrößern. Sehr auffällig hat der Thalamus ventralis damit seine Retardation aufgeholt und steht bezüglich Differenzierungsgrad im Diencephalon an erster Stelle. Die periphersten Zellen sind bis in die Faserzüge des Tractus opticus eingewandert. Sie formieren sich bis Em26 zu einer kompakten Zellgruppe, wovon einzelne Zellen sich in Spindelform ausdifferenzieren, wie sie für Zellen des Nucleus geniculatus typisch ist. Das laterale Neuropil des Nucleus geniculatus lateralis ist bereits in Em33 in seiner endgültigen Ausdehnung entwickelt, was auch für den gesamten Thalamus ventralis

Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus C. I.

zutrifft. Postembryonal wird die Verstreuung der Zellen derart getrieben, daß nur mit Mühe Kernareale erkannt werden.

C)

Epithalamus

Der Epithalamus, i. B. das Ganglion habenulare, nimmt einen Großteil des dorso-rostralen Zwischenhirns ein. Die beiden Kerne reichen weit rostralwärts. Das paarige Ganglion wird von A R I E N S K A P P E R S , H U B E R & CROSBY ( 1 9 6 0 ) für die Selachii generell als asymmetrisch beschrieben und an Acanthias vulgaris illustriert, wobei sich der linke Kern als prominent erweist. Diese Beobachtung kann an Scyliorhinus canicula bestätigt werden. Eine unterschiedliche Größenentwicklung zeichnet sich in pränatalen Stadien ab und erreicht bis zum Schlüpfen eine kaum auszumachende Differenz. Im Gehirn des Adultus findet man diesbezüglich eindeutige Verhältnisse. Die linke Habenula überragt die rechte weit rostralwärts und übertrifft letztere in der dorsoventralen Ausdehnung. Kaudal leiten beide Ganglien auf demselben Niveau in das Praetectum über. Die Matrix ist bereits im pränatalen Stadium erschöpft, so daß eine bevorzugte Proliferation im linken Ganglion habenulare entfällt. Auch sind die Zelldichten in beiden Teilen beim Neonatus gleich. Die rechte Habenula, die weniger rostralwärts reicht und insgesamt schwächer ist, weist eine bedeutend höhere Zelldichte im Adultus auf. Die kompakte Zellmasse der linken Habenula wird demzufolge während der postnatalen Entwicklung durch ein verbreitetes Faserwachstum aufgelockert. Die durchwegs diffus erscheinende Cytoarchitektonik zeigt lediglich in der Mediane eine reihenförmige Zellverdichtung. Der Fasciculus retroflexus, nach A R I E N S K A P P E R S , H U B E R & CROSBY ( 1 9 6 0 ) das bedeutendste efferente System der Habenula, wird von den Autoren auf der linken Seite als mächtiger und mit mehr myelinisierten Fasern versehen, beschrieben. Den diametralen Massen entsprechend, trifft diese Beschreibung für Scyliorhinus canicula ebenso zu wie die Angaben bezüglich der Myelinisation. Die Untersuchungen an den vorliegenden Präparaten ergeben eine geringe Abweichung der Faseranzahl beider Seiten; jedoch benötigen die markhaltigen Fasern wesentlich mehr Raum, was einen kräftigeren Faszikel ergibt. Das Ganglion habenulare wird durch die Kommissuren gleichsam in zwei Anteile zerlegt, ohne daß eine eigentliche Gliederung anhand der Cytoarchitektonik in zwei Areale möglich wird. Die Fasern der Commissura habenularis verlaufen von ventrolateral zum Ganglion. Darüber liegt die Commissura

329

pallii posterior, deren Fasern lateral der Habenula nach dorsal umbiegen. Im Übergangsbereich zum Praetectum sind die Zellen aufgelockert. Die Commissura posterior bildet eine dorsale Abgrenzung des Epithalamus. Eigenartig ist das Organon subcommissurale ausgebildet. Es umfaßt die Kommissur von kaudal, indem sich ein Recessus des dritten Ventrikels, Recessus pinealis nach A R I E N S K A P P E R S , H U B E R & CROSBY (1960) rostralwärts über diese vorwölbt. Charakteristische Zellen des Subcommissuralorgans kleiden diese Verwölbung aus, so daß das ganze Gebilde einer Oberflächenvergrößerung des Organon gleichkommt (Abb. 7B). Der Größe des Epithalamus entsprechend, sind im Em9 erste Wandverdickungen evident, die sich bis E m l 1 zum spezifischen Habenulahabitus formen. Auch die bereits myelinisierten Fasern der Commissurae habenularis und posterior sind in diesem Stadium mächtig. Daneben differenzieren sich die Zellen des Organon subcommissurale zwischen Em9 und 11 aus. Zu einem unmyelinisierten, dem Entwicklungsgrad entsprechend kräftigen Bündel formieren sich die Fasern des Fasciculus retroflexus bis E m l 6 . In derselben Phase wachsen die pallialen Fasern aus, die sich in der Commissura pallii poste ior kreuzen. Mit Em18 ist die bilaterale Ausdehnung annähernd derjenigen des Neonatus; die rostro-kaudalen Ausmaße liegen noch weiter zurück. In der Medianebene findet sich noch eine Proliferationsschicht mit Mitosezellen. Erheblich ist die Massenzunahme, die unter Zellvergrößerung des Subcommissuralorganes und Ausprägung des Fasciculus retroflexus bis Em28 erfolgt; wobei die Stärke der beiden Faserzüge und der Myelinisationsgrad für die linke und rechte Hälfte sich als äquivalent erweisen und dem neonaten Zustand sehr nahe kommen. Die Elongation der linken Habenula sowie die verstärkte Myelinisierung des linken Fasciculus retroflexus erfolgen erst in postnatalen Stadien.

D) Praetectale Region Das Praetectum als Zwischenglied leitet von thalamischen Gebieten in das Tectum opticum über. Seine Hauptgebiete liegen ventral des Tectum und kaudal von Thalamus ventralis und Epithalamus. Entsprechend seiner Lage setzen sich die Schichtungen des Tectum opticum ventralwärts im Praetectum weitgehend kontinuierlich fort. Obgleich einige Zellgruppen sich zu Nuclei formieren und dadurch eher thalamischen Charakteristika aufweisen, erweist sich die generelle Cytoarchitektonik ähnlich derjenigen des Tectums; weshalb für Scyliorhinus canicula der

330

Farner, H.-P.

Begriff Praetectum dem Thalamotectum vorzuziehen ist. Die Nuclei sind nur partiell markant und oft andeutungsweise geschichtet, so der Nucleus lentiformis praetectalis, der Nucleus lentiformis mesencephali und der Nucleus geniculatus praetectalis. Die Ausdehnung des Praetectum erweist sich als mächtig (Abb. 6A). Ventral überlappen laterale Gebiete den Nucleus lateralis hypothalami. Kaudalwärts findet sich ein Übergang, sowie eine deutliche Überlagerung des mesencephalen Tegmentums; insbesondere wird der periventrikulär gelegene Nucleus interstitialis des Fasciculus longitudinalis medialis zu dreiviertel lateral überdeckt. Der ventrale Anteil des Nucleus lateralis profundus mesencephali erstreckt sich ventro-lateral über praetectale Zonen. Ventral und kaudal ist das Praetectum abgrenzbar. Rostrai schließt es im Ventralbereich an den Thalamus ventralis, inform einer fließenden Überlappungszone. Im dcrsaleren Gebiet kann ein deutlicher Unterschied zu epithalamischen Strukturen festgestellt werden. Die Festlegung einer Grenze zum Tectum opticum, also dorso-rostralwärts scheint bezüglich veränderter Strukturen im Folgegebiet wenig sinnvoll. Wohl kann eine aproximative Zuordnung vorgenommen werden, wenn wir Zonen derselben Schichtbestandteile auf Grund ihrer andersartigen Differenzierungen als Kriterien wählen. Nucleus geniculatus

praetectalis

Die Umrisse des Nucleus geniculatus praetectalis können nicht durchweg exakt bestimmt werden. Rostrai und dorsal ist die Abgrenzung nur in den lateralen Kernanteilen möglich. Mediale Partien gehen ohne wesentliche Unterschiede in angrenzende Areale über. Dies insbesondere, weil die mediale Zellplatte keine charakteristisch differenzierten Zellen des Nucleus geniculatus aufweist, und die Zellen sehr verstreut liegen. Einerseits besteht sie aus mittelgroßen rundlichen Zellen, andererseits fehlen diesen die eindeutigen medialen und lateralen Zellfortsätze. Ventromedian geht der Nucleus geniculatus praetectalis in den Nucleus lentiformis praetectalis über, wobei ersterer beide Partes des Nucleus lentiformis lateral zu etwa dreiviertel überlappt. Das laterale Neuropil ist gut entwickelt und reicht bis nahe an die Peripherie. Die superfiziellen optischen Fasern ziehen, von ventral kommend, median abbiegend ins Neuropil ein. Im Neuropil eingestreut finden sich spindelförmige Zellen des Nucleus geniculatus. Eine zonale Zuordnung gemäß den Zonen des Tectum opticum ist nicht einwandfrei möglich. Rostrai grenzt der Nucleus lentiformis mesencephali an, wodurch die ventrale Ausdehnung tectaler Zonen unterbrochen wird.

Das Praetectum entwickelt sich weitgehend als kompakte Einheit, so daß Migrationen bis Em2/1 keine eindeutigen Zellgruppierungen erkennen lassen. In Em26 sind die Zellen des Nucleus geniculatus praetectalis differenziert und zum Neuropil gewandert, das gleichfalls in Em2(> evident wird. Bis zum Schlüpfstadium sind Zellen und Neuropil des Kerns noch wenig ausgeprägt; mit Em28 sind Struktur und Organisation des Nucleus abgeschlossen.

Nucleus lentiformis

praetectalis

Der zweiteilige Nucleus lentiformis praetectalis liegt innerhalb des Praetectum. Ventralwärts grenzt er an den Hypothalamus. Lateral wird der teilweise vom Nucleus geniculatus praetectalis überlagert. Der Nucleus lentiformis praetectalis — bei Reptilien als Nucleus lentiformis thalami bezeichnet ( K U H L E N BECK 1931) — besteht aus zwei cytoarchitektonisch verschieden aufgebauten Anteilen. Die Pars plicata liegt medial und weist beim Neonatus eine innere Schichtung in Form von Zellreihen auf. Diese bleibt wenn auch in lockerer Form im Adultus erhalten. Lateral, schwach dorsal ziehend, grenzt im rostralen Bereich die Pars extensa an, deren Zellen unterschiedlich verstreut in einzelnen Gruppen auftreten, wobei diese Gruppenanordnung im adulten Tier durch eine faserbedingte innere Schichtung etwas überdeckt wird. Pars plicata und Pars extensa liegen median der subzentralen Grenze, bilden einen Hauptteil des praetectalen Stratum periventriculare. Die mittelgroßen rundlichen Zellen der Pars plicata bilden gleichsam die dorsale Fortsetzung des Nucleus paraventricularis; wobei die arealmäßige Zuordnung anhand der geringeren Zellgröße und Zelldichte im letzteren eindeutig ist. Dorsal begrenzt der Fasciculus retroflexus die Pars plicata im medianen Teil. Lateralwärts leiten die verstreut liegenden Zellen in die Pars extensa über, wo lediglich noch eine grobe Zuordnung gesichert ist. Die Zellen dieser Pars unterliegen — bezüglich ihrer Größe — denselben Schwankungen wie die in der medianen Kernzone. Allerdings finden sich hier spindelförmige, radial orientierte Neurone, die vereinzelt eingestreut sind. Auch sind sie sichtlich größer. Die radiale Lage deutet auf radial verlaufende Fasern hin, deren Existenz beim Neonatus in geringer Zahl bestätigt, beim Adultus evident ist. Die mäßig myelinisierten Fasern lassen sich von Zellen der Pars plicata bis in zentrale, vereinzelt in superfizielle optische Schichten verfolgen. Inwiefern synaptische Kontakte mit den praetectalen Zellen des Nucleus geniculatus bestehen, kann hier nicht eindeutig festgestellt werden (Abb. (>B, 7D, G).

Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus

Als deutlichste diencephale Bildung in frühembryonalen Stadien erweist sich die Pars plicata des Nucleus lentiformis praetectalis. In Em9 besteht noch eine einheitlich mächtige Zellplatte mit wenigen Migrationszellen. Ein enormer Zellteilungsschub überhöht im Plicatabereich die Proliferationsschicht derart, daß in E m l 1 dieselbe etwa doppelt so mächtig und lateral ausgebuchtet ist. Auch finden in den angrenzenden praetectalen Zonen verbreitet Zellwanderungen statt. Die wachsende Faserschicht wird synchron mit Zellen beschickt. Erkennbar wird die Area der Pars extensa in E m Iii, die mit Em'18 sich gut abhebt. Die Struktur der Pars plicata ähnelt hier dem neonaten Zustand sehr. Mit Em26 sind Cytoarchitektonik und Zelldifferenzierung auf dem Stand des Schlüpflings. Lediglich die Faserarchitektonik und das im Bereich des Nucleus lentiformis praetectalis zweischichtige Ependym weisen noch pränatale Charakteristika auf. Nucleus lentiformis

mesencephali

Der Nucleus lentiformis mesencephali, lateral und kaudal der Commissura posterior, ist aus dichtliegenden Zellen aufgebaut. Der Hauptanteil besteht aus mittelgroßen, nicht spezifisch differenzierten Zellen; eingestreut sind wenig größere polygonale Neurone. Als flacher Kern schließt er medial an die superfiziellen optischen Bahnen an. Medio-dorsal liegt der Nucleus lateralis profundus mesencephali, dem vorigen fast völlig median unterlagert. Der K o n t a k t mit marginalen optischen Fasern und die Verbindungen zu superfiziellen Zonen des Tectum opticum werden erst im Adultus evident. Auch werden die polygonalen Zellen erst in postembryonalen Stadien prominent. Der im Neonatus als eng beschriebene Kontakt zum Nucleus lateralis profundus mesencephali wird, bedingt durch die Elongation des Gehirns und das Faserwachstum, wesentlich gelockert. Die in E m 13 in das betreffende Areal migrierenden Zellen bilden noch keine abgrenzbare Struktur. Mit Emití haben einerseits die Fasermassen stark zugenommen, andererseits haben sich die in großer Zahl migrierten Zellen teilweise differenziert und sich im wesentlichen zum Kerngebiet gruppiert. Auf Grund der Zelldichte kann der Nucleus in Em23 am deutlichsten beobachtet werden. Die folgende Entwicklung bringt ein Auseinanderrücken der Zellen, sowie einen kleineren Zwischenraum zum Nucleus lateralis profundus mesencephali, so daß in Em28 eine dem neonaten Zustand ähnliche Cytoarchitektonik besteht.

C. I.

33 1

Abkürzungen A. bas. Augb. Augb. St. Aur. ccr. Bul. olf. Bri. Cer. Ch. do. Ch. opt. Com. ant. Com. hab. Com. pal. post Com. post. diff. Ze diff. Zo do. Ho. Do. Ze. Em. d. str. gr.

Area superficialis basalis Augenbecher Augenbechers tiel Auriculum cerebcllaris Bulbus olfactorius Branchialfilamente Cerebellum Chorda dorsalis Chiasma opticum Commissura anterior Commissura habenularis Commissura Pallii posterior Commissura posterior differenzierende Zellen Differenzierungszone Dorsalhorn Dorsalzellen

Eminentia dorsalis s t r a t u m granulosum d. Cerebellum Em. v. str. gr. Eminentia ventralis s t r a t u m granulosum d. Cerebellum Epph. Epiphyse Fase. re. Fasciculus retroflexus Fil. olf. Fila olfactiva F. 1. m. Fasciculus longitudinalis meJialis Hab. Ganglion habenulare Hem. Hemisphäre Hem. bl. Hemisphärenblase Hyp. Hypophyse Hypoth. Hypothalamus Med. obl. Medulla oblongata mig. Ze. migrierende Zellen Mit. Ze. Mitosezellen mot. Ne. motorische Neurone NTa. kap. Nasenkapsel N. I I I Nervus oculomotorius N. IV Nervus trochlearis N. V,_, Nervus trigeminus, 1 = R a m u s ophthalmicus 2 = Ramus maxillaris 3 = Ramus mandibularis Nervus abducens N. VI Nervus facialis N. V I I N. V I I I Nervus octavus N. I X Nervus glossopharyngeus N. X Nervus vagus Np Neuropil Nsk Nasenkapsel Nucleus geniculatus lateralis Nuc. gen. lat. Nuc. gen. praet. Nucleus geniculatus praetectalis Nuc. lat. hyp. Nucleus lateralis hypthalami Nuc. lat. pr. m. Nucleus lateralis profundus mesencephali Nuc. lent. mes. Nucleus lentiformis mesencephali Nuc. mes. V Nucleus mesencephalicus trigemini Nuc. parav. Nucleus paraventricularis Nuc. praeopt. Nucleus praeopticus Nuc. ve. hyp. Nucleus ventralis hypothalami Pars ext. Nucleus lentiformis praetectalis pars extensa Nucleus lentiformis praetectalis pars Pars plic. plicata Plexus chorioideus PI. chor. Praetectum Praet. Proliferationszone Prol. Zo.

332

Farner, H.-P.

Purkz. Rad. n. lat. ant. Rad. n. lat. post. Ree. ve. I l l SP sub. Gr. Str. alb. peri. Str. gr. Str. mat. Str. zon. Tec. Teg. Tel. Thai. ve. Tr. co-hab. Tr. opt. ve. Ho. V. H. B . Z3, Z6

Purkinjezellschicht Radix nervus lateralis anterior Radix nervus lateralis posterior Recessus des I I I . Ventrikels Spiraculum subzentrale Grenze Stratum album periventriculare Stratum granulosum Stratum matricis Stratum zonale Tectum opticum Tegmentum Telencephalon Thalamus ventralis Tractus cortico-habenularis Tractus opticus Ventralhorn Vorderhirnbündel Zonennummer nach P. Ramon

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en

évi-

brain.

J.

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chemo-

Hirnforsch.

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newborn

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A dresse des A utors : Dr. H.-P.

FARNER

Zoologisches Institut der Universität Basel CH 4051 Basel, Rheinsprung 9

J . Hirnforsch. 19 (1978) 3 3 3 - 3 4 4

Aus dem Zoologischen I n s t i t u t der Universität Basel ( D i r e k t o r : P r o f . D r . H . NÜESCH u n d P r o f . D r . W . STINGELIN)

Untersuchungen zur Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus canicula (L.). II. Das Tectum opticum und dessen Stratifikation. V o n H a n s - P e t e r FARXER1

Mit 7 Abbildungen (Eingegangen am 27. Juli 1977)

Zusammenfassung: Die vorliegenden Studien über das T e c t u m opticum h a b e n eindeutig ergeben, d a ß die von P . R A M Ó N (1896) an Chamaeleon d u r c h g e f ü h r t e Zonierung auch f ü r Scyliorhinus canicula a n g e w a n d t werden kann, u n d d a ß die von HUBER & CROSBY (1933b) beschriebene Stratifikation des V e r t e b r a t e n m i t t e l h i r n d a c h e s ihre Allgemeingültigkeit bestätigt. 1. Die Z u s a m m e n f a s s u n g einzelner Zonen in die S t r a t a periventriculare, centrale und superficiale ist sinnvoll. 2. Die einzelnen Zonen t r e t e n in verschiedener Deutlichkeit hervor. a) von den periventrikulären Zonen 1 — 5 sind die ersten drei p r o m i n e n t , 4 u n d 5 teilweise durchmischt. Das E p e n d y m wird erst p o s t n a t a l ausdifferenziert. b) Die zentralen Zonen 6 — 8 sind s t a r k durchmischt, Zone G grenzt peripherwärts an Zone 9, Zone 7 ventrikelw ä r t s n a h e an Zone 5; Zone 8 ist von sieben nicht t r e n n b a r . c) Die superfiziellen Zonen 9 — 13 sind im N e o n a t u s g u t entwickelt, werden jedoch bis zum erwachsenen Z u s t a n d , vor allem d u r c h F a s e r z u n a h m e wesentlich erweitert. Die Zone 9 f ü h r t vom T r a c t u s marginalis medialis einstrahlende s t a r k myelinisierte Fasern. Die Zonen 10 — 12 sind gut ausgebildet, jedoch u n t e r sich nicht deutlich separierbar. Zone 13 grenzt an die Peripherie, Zone 14 ist nicht ausgebildet. 3. Der Nucleus mesencephalicus trigemini wird f r ü h e m b r y o n a l angelegt und erlangt vor dem Schlüpfen seine endgültige Zellenzahl, die über die Gesamtlänge median gestreut liegen. Die Ontogenese; Matrixbildung, Migrationen und F a s e r w a c h s t u m erweisen sich in rostrocaudaler R i c h t u n g etwas r e t a r d i e r t . Summary: T h e stratification of t h e optic t e c t u m of t h e shark Scyliorhinus canicula is comparable to p a t t e r n s of other vertebrates. T h u s it is possible to homologize p a r t of t h e cortex layers with those described by P. RAMON ( 1 8 9 6 ) a n d H U B E R & CROSBY ( 1 9 3 3 b ) .

1. As for other vertebrates, it makes sense t o collect t h e large n u m b e r of zones (layers) into three groupes: periventricular, central and superficial. 2. R a m o n ' s periventricular zones 1 — 3 are distinct; fibrous zone 4 and cellular zone 5 are partially mixed. T h e central zones (6, 7) are mixed. All superficial zones are recognized, with t h e exception of zone 14, which was not found. 3. The trigeminal mesencephalic nucleus develops in t h e early embryo.

Einleitung Der Bauplan des optischen Mittelhirndaches der niederen Vertebraten weist grundlegende Gemein1 U n t e r der Leitung von H e r r n P. I). Dr. D. G. SENN ents t a n d die vorliegende Arbeit, für dessen f r u c h t b a r e Diskussionen u n d Hilfe ich herzlich danke. H e r r n Prof. Dr. W. STINGELIN d a n k e ich für die zur V e r f ü g u n g gestellte Schnittserie eines ausdifferenzierten Gehirns in Luxol/ Kresylviolett gefärbt. Die Anlieferung der Eier v e r d a n k e i c h d e n H e r r e n D r s . J . MARTY u n d 1). FROSCH ( I . a b o r a t o i r e s

Arago, B a n y u l s Sur Mer).

samkeiten auf, die sich auch bei Vögeln aufzeigen lassen und bezüglich genereller Schichtung auch für Säugetiere zutreffen. Die von P. R A M O N (1896) durchgeführte Zonierung des Tectum opticum von Chamaeleon wurde in verschiedenen Untersuchungen bei Amphibien, Reptilien und Vögeln in teilweise modifizierter Art erfolgreich angewandt. Auch für die Teleostier erwies sich diese Gliederung als sinnvoll. Wie in vielen anderen Belangen nehmen die Plagiostoma auch bezüglich der Stratifikation des Mittelhirndaches eine Sonderstellung ein. A R I E N S K A P P E R S , H U B E R & C R O S B Y

J . Hirnforsch. 19 (1978) 3 3 3 - 3 4 4

Aus dem Zoologischen I n s t i t u t der Universität Basel ( D i r e k t o r : P r o f . D r . H . NÜESCH u n d P r o f . D r . W . STINGELIN)

Untersuchungen zur Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus canicula (L.). II. Das Tectum opticum und dessen Stratifikation. V o n H a n s - P e t e r FARXER1

Mit 7 Abbildungen (Eingegangen am 27. Juli 1977)

Zusammenfassung: Die vorliegenden Studien über das T e c t u m opticum h a b e n eindeutig ergeben, d a ß die von P . R A M Ó N (1896) an Chamaeleon d u r c h g e f ü h r t e Zonierung auch f ü r Scyliorhinus canicula a n g e w a n d t werden kann, u n d d a ß die von HUBER & CROSBY (1933b) beschriebene Stratifikation des V e r t e b r a t e n m i t t e l h i r n d a c h e s ihre Allgemeingültigkeit bestätigt. 1. Die Z u s a m m e n f a s s u n g einzelner Zonen in die S t r a t a periventriculare, centrale und superficiale ist sinnvoll. 2. Die einzelnen Zonen t r e t e n in verschiedener Deutlichkeit hervor. a) von den periventrikulären Zonen 1 — 5 sind die ersten drei p r o m i n e n t , 4 u n d 5 teilweise durchmischt. Das E p e n d y m wird erst p o s t n a t a l ausdifferenziert. b) Die zentralen Zonen 6 — 8 sind s t a r k durchmischt, Zone G grenzt peripherwärts an Zone 9, Zone 7 ventrikelw ä r t s n a h e an Zone 5; Zone 8 ist von sieben nicht t r e n n b a r . c) Die superfiziellen Zonen 9 — 13 sind im N e o n a t u s g u t entwickelt, werden jedoch bis zum erwachsenen Z u s t a n d , vor allem d u r c h F a s e r z u n a h m e wesentlich erweitert. Die Zone 9 f ü h r t vom T r a c t u s marginalis medialis einstrahlende s t a r k myelinisierte Fasern. Die Zonen 10 — 12 sind gut ausgebildet, jedoch u n t e r sich nicht deutlich separierbar. Zone 13 grenzt an die Peripherie, Zone 14 ist nicht ausgebildet. 3. Der Nucleus mesencephalicus trigemini wird f r ü h e m b r y o n a l angelegt und erlangt vor dem Schlüpfen seine endgültige Zellenzahl, die über die Gesamtlänge median gestreut liegen. Die Ontogenese; Matrixbildung, Migrationen und F a s e r w a c h s t u m erweisen sich in rostrocaudaler R i c h t u n g etwas r e t a r d i e r t . Summary: T h e stratification of t h e optic t e c t u m of t h e shark Scyliorhinus canicula is comparable to p a t t e r n s of other vertebrates. T h u s it is possible to homologize p a r t of t h e cortex layers with those described by P. RAMON ( 1 8 9 6 ) a n d H U B E R & CROSBY ( 1 9 3 3 b ) .

1. As for other vertebrates, it makes sense t o collect t h e large n u m b e r of zones (layers) into three groupes: periventricular, central and superficial. 2. R a m o n ' s periventricular zones 1 — 3 are distinct; fibrous zone 4 and cellular zone 5 are partially mixed. T h e central zones (6, 7) are mixed. All superficial zones are recognized, with t h e exception of zone 14, which was not found. 3. The trigeminal mesencephalic nucleus develops in t h e early embryo.

Einleitung Der Bauplan des optischen Mittelhirndaches der niederen Vertebraten weist grundlegende Gemein1 U n t e r der Leitung von H e r r n P. I). Dr. D. G. SENN ents t a n d die vorliegende Arbeit, für dessen f r u c h t b a r e Diskussionen u n d Hilfe ich herzlich danke. H e r r n Prof. Dr. W. STINGELIN d a n k e ich für die zur V e r f ü g u n g gestellte Schnittserie eines ausdifferenzierten Gehirns in Luxol/ Kresylviolett gefärbt. Die Anlieferung der Eier v e r d a n k e i c h d e n H e r r e n D r s . J . MARTY u n d 1). FROSCH ( I . a b o r a t o i r e s

Arago, B a n y u l s Sur Mer).

samkeiten auf, die sich auch bei Vögeln aufzeigen lassen und bezüglich genereller Schichtung auch für Säugetiere zutreffen. Die von P. R A M O N (1896) durchgeführte Zonierung des Tectum opticum von Chamaeleon wurde in verschiedenen Untersuchungen bei Amphibien, Reptilien und Vögeln in teilweise modifizierter Art erfolgreich angewandt. Auch für die Teleostier erwies sich diese Gliederung als sinnvoll. Wie in vielen anderen Belangen nehmen die Plagiostoma auch bezüglich der Stratifikation des Mittelhirndaches eine Sonderstellung ein. A R I E N S K A P P E R S , H U B E R & C R O S B Y

334

Farner, H.-l'.

Tel.

rTe

Cer.

c

Aur.

cer

PI. chor.

N.IV

A b b . 1. A u s s c h n i t t eines a d u l t e n G e h i r n s v o n canicula.

(Körperlänge

48 c m . )

Scyliorhinus

D a s Cerebellum weist

nur

N. VI

\\

N IX

N. III

N. VIII

Hyp.

N. V+VII

f i x i e r t . D i e e x a k t e D a t i e r u n g ist bei Scyliorhinus

canicula

z u m v o r a u s n i c h t m ö g l i c h , d a s o w o h l die A n z a h l E n t w i c k -

geringfügige F a l t e n a n l a g e n auf, ü b e r r a g t d a s T e c t u m o p t i -

l u n g s t a g e wie d a s A b l a g e d a t u m k e i n e s i g n i f i k a n t e n

cum

darstellen.

rostral.

Telencephalon

Der

schmächtige

und

Vorderhirnstiel

Diencephalon,

er

weist

verbindet

überwiegend

Die

Datierung

einschließlich

der

Werte

Vermessung

der E m b r y o n e n w u r d e in der v o r a n g e h e n d e n A r b e i t FARNER (1976) publiziert.

h y p o t h a l a m i s c h e S t r u k t u r e n auf.

D i e T i e r e w u r d e n in den E i h i i l l e n b e o b a c h t e t , m i t WENDLING- u n d ScAMMON-Angaben v e r g l i c h e n , i m Stadium

(1960) fassen die deutlich ausgebildeten Schichten nach anderen Gesichtspunkten zusammen, beziehen sich teilweise a u f STERZI (1905) u n d HOUSER lassen a b e r die v o n

(1901),

H U B E R & CROSBY ( 1 9 3 3 a)

vor-

genommenen Schichtgruppierungen beiseite. Andererseits erachteten die beiden Autoren (1933 b) ihr sechsgliedriges Schichtsystem als „fundamental pattern" für die Wirbeltiere sowohl in morphologischer wie in funktioneller Hinsicht als zutreffend. Die vorliegende Untersuchung beinhaltet neben der Cytoarchitektonik des Tectum opticum dessen Schichtstruktur und Schichtbildung anhand embryologischer Studien. Material und Methoden D i e in der v o r l i e g e n d e n wandten

Embryonen

A r b e i t zur U n t e r s u c h u n g

wurden

in

künstlich

ver-

angesetztem

Meerwasser von 1,026 D i c h t e herangezogen. Die v o m L a b o r a t o i r e s A r a g o in B a n y u l s sur M e r (52 S t ü c k ) u n d v o n der S t a z z i o n e Z o o l o g i c a in N e a p e l (48 S t ü c k ) a n g e l i e f e r t e n E i e r w u r d e n in e i n e m 1 5 0 L i t e r A q u a r i u m b e i 1 5 , 5 ^ 0 , 5 ° Celsius u n d bei p H 8 — 8,,"! „ b e b r ü t e t " . A u f G r u n d s t e t i g e r K o n t r o l len im D u r c h l i c h t w u r d e n die E m b r y o n e n

nach

Entwick-

l u n g s g r a d g e s t a f f e l t , j e w e i l s der E i s c h a l e e n t n o m m e n

und

photographiert,

m i t M S 222

gewünschten

narkotisiert

und

in

A F E (90 ml A l k o h o l 8 0 % , 5 m l F o r m o l 4 0 % , 5 m l E i s e s s i g ) f i x i e r t . D i e E m b r y o n e n m i t den f o r t l a u f e n d e n N u m m e r n 1 bis

42 w u r d e n

Schliipflinge,

den Eihüllen deren

e n t n o m m e n . E m 4 3 — 5 2 sind

durchschnittliche

Entwicklungszeit

157 T a g e b e t r u g . D a s a d u l t e G e h i r n w u r d e e i n e m T i e r v o n 45 c m

Länge

entnommen,

das

zur

Sektion

mit

M S 222

n a r k o t i s i e r t wurde. D i e g a n z e n K ö p f e der E m b r y o n e n E m 2 1 b i s 45 w u r d e n =

von

18 — 48 S t u n d e n

Aethylendiamintetraessigsäure)

in T i t r i p l e x

entkalkt.

(ADTE

Alle

Präpa-

r a t e in P a r a p l a s t e i n g e b e t t e t , in S c h n i t t s e r i e n v e r s c h i e d e n e r Schnittrichtungen

und

-dicken

verarbeitet

Neurofibrillendarstellung nach Bodian mit

und

mit

der

Albumosesilber

i m p r ä g n i e r t u n d a n s c h l i e ß e n d m i t K r e s y l v i o l e t t (SENN 1 9 6 6 ) gefärbt.

Lagebeziehung und Gestalt des Tectum Opticum Im Schlüpfstadium noch dicht anliegend, zeigt das Tectum opticum zum Telencephalon einen deutlichen Abstand. Obgleich das Mittelhirndach nicht die Höhe des Vorderhirns erreicht und vom Cerebellum nahezu zur Hälfte dorsal überlappt wird, ist das Tectum opticum bezüglich Quantität und Struktur ein bedeutender Hirnteil (Abb. 1). Ventral schließt das Zwischenhirn, mit dem weit nach kaudal reichen Hypothalamus an; lediglich der kaudale Abschnitt des optischen Tectum leitet ins Tegmentum

Embryonalentwicklung des Gehirns von Scyliorhinus

-Sir W P

Tr.

m

L

m Ö

mar^.m.-";,

Co. coli. Slip.

335

superf

-Str.centr. -

'

C. II.

Str.periv. sub.G.

Nuc.mes.V Kap.—

m m m m mmmB&m m

Abb. 2. Querschnitt durch das Tectum opticum. Übersicht über Schichtstrukturen und wesentlichste Faserzüge. (Maßeinheit = 200 n)

über, wo die Wurzel des Nervus oculomotorius liegt. Rostralwärts führt der Vorderhirnstiel, im wesentlichen hypothalamische Strukturen aufweisend, ins Telencephalon über. Im direkten Anschluß liegt der Epithalamus, der seinerseits im Velum transversum an das Vorderhirn anschließt.

Struktur und Ontogenese der Schichten im Tectum Opticum 1. Schichtstruktur

im adulten

Tier

Mit der vorliegenden Arbeit sollen mögliche Übereinstimmungen der Cytoarchitektur des Mittelhirndaches von Scyliorhinus canícula mit derjenigen bei Reptilien und Vögeln untersucht werden. Grundlage dazu bildet die Arbeit von P. RAMON (1896), basierend auf dem optischen Tectum des Chamaeleon. Die Befunde wurden im optischen System squamater Reptilien (SENN 1966) und an Lacerta sicula (SENN 1968) wesentlich erweitert, aber auch bestätigt. Übereinstimmung der durch P. RAMON und SENN gemachten Zonierungen ergaben die Untersuchungen von Natrix natrix und Rana temporaria (SENN 1970 u. 1972), sowie an einigen Vogelarten (THALI 1 9 7 2 ) .

Das Tectum opticum von Scyliorhinus canicula weist mehrere Schichten auf. Die von HUBER & CROSBY (1933 a) beschriebene Stratifikation des Vertebratentectum erweist sich in ihrer Dreiteilung evident (Abb. 2, 3). Das Stratum periventriculare weist molekulare und zelluläre Zonen auf. Das angrenzende Stratum centrale besteht vorwiegend aus stark myelinisierten tangential verlaufenden Fasern, wobei die Neuronendichte peripherwärts steigt. Die äußere Schicht, das Stratum superficiale, führt im inneren Bereich tangential verlaufende optische Bahnen. Die Neuronendichte nimmt gegen die Peripherie ab. Im äußeren zentralen und inneren superfiziellen Bereich ziehen rostrokaudal verlaufende Bahnen, die sich gruppenweise zu Faserbündeln formieren und kaudalwärts abnehmen. Dorsomedian verlaufen in beiden Tectumhälften retinale Fasern, die sich an den rostralen Polen der Sehhügel aus einer plexoiden Struktur zu medialen Bündeln formieren. Die beiden Fasciculi ziehen dorsal über der Commissura colliculi superioris kaudalwärts, wobei stets Fasern in die superfiziellen Schichten abzweigen, so daß eine rostro-kaudale Abnahme resultiert.

2. Die tektalen Zonen und deren A) Stratum

Embryonalentwicklung

periventriculare

Die inneren periventrikulären Zonen 1 — 5 machen in frühembryonalen Stadien das Stratum matricis aus. In E m l —4 bestehen die tektalen Abschnitte aus-

336

Farner, H.-P.

schließlich aus dichtliegenden, in Ventrikelnähe zahlreiche Zellmitosen, die streng radial gerichtete Fortsätze aufweisen. Mit E m 5 setzt die Bildung eines Randschleiers ein, d. h. eine zellfreie periphere Zone, in der jedoch noch keine Fasern zu erkennen sind, wird angelegt. Einige Neurone lassen interne Migration erkennen. Diese bilden in Em7 die periphere Schicht aus kugeligen großen Zellen bestehend, deren Fortsätze noch überwiegend bis zum Ventrikel reichen (Abb. 3A). Diese Zellage grenzt an die subzentrale Zone, die bis Emit ohne Bedeutung ist. Dann jedoch ziehen retinale Fasern ins Tectum und bilden erste Anlagen einer superfiziellen Schicht, die in Em11 evident wird. Im selben Stadium werden Elemente des Stratum centrale erkennbar. Die dünne Schicht retinaler Fasern wird durch solche zentraler Anteile erweitert, so daß bereits in E m 13 tangential verlaufende gut myelinisierte Fasern der Zone (i deutlich werden. Auch finden mit Em11 externe Migrationen vereinzelter Zellen statt. Die Differenzierungszone, die sich als innerhalb des Stratum periventriculare liegend, erweist, wird mächtiger, was einer Abnahme der Matrix entspricht. Allerdings bleibt die Dichte der Mitosezellen hoch, wodurch eine relative Abnahme der Matrix nicht mit einem Proliferationsrückgang identisch ist. Sind es nur wenige Neurone, die bis Em13 die subzentrale Grenze passieren (Abb. 3B), so setzt mit E m 11\ eine starke Migrationsaktivität ein und nimmt bis Eml() noch zu. Die Mächtigkeit des Stratum centrale steigt in dieser Zeit enorm an unter gleichzeitiger Zunahme der Zelldichte und Abnahme der Zellgröße. Die Differenzierungszone buchtet sich bilateral nach dorsal weit aus, derart, daß bereits im Zellgefüge die Ausbildung der tektalen Colliculi einsetzt. Bis E m 18 findet ein weiterer Wanderungsschub statt. Die Zelldichte im Stratum periventriculare nimmt vor allem im kaudalen Teil ab und lockert sich auf. Nur noch wenige Lagen bilden die Proliferationszone, auch läßt sich eine deutliche Abnahme der Mitosezellen feststellen. Vorwiegend medianwärts geht diese Entwicklung bis Em20 weiter. In einem dritten Schub wird durch die Wanderung der zentralen und superfiziellen Zellen aus dem periventrikulären Bereich die Proliferationszone fast vollständig erschöpft bis Em23. Innerhalb desselben Entwicklungsschrittes werden zwei zelluläre Laminae des periventrikulären Anteils gebildet. In der Zwischenzone finden sich vereinzelte Nervenfasern, die jedoch nicht raumfüllend sind. Eine weitere Reduktion der Neuronengröße geht mit dieser Entwicklung einher. Mit Em2(i findet eine Stratifikation des Stratum periventriculare statt, obgleich noch sporadisch Mitosezellen anzutreffen sind, und die Migration aus der abnehmenden Matrix noch offen-

sichtlich ist. Diese Situation dauert in unvermindertem Maße in den dorsolateralen Abschnitten bis Em39; erst mit diesem Stadium zeichnet sich die, in ventralen und ventrolateralen Gebieten viel früher auftretende Erschöpfung der Matrix ab. Die Gliederung in Ramonsche Zonen zeichnet sich in den periventrikulären Strata bereits in Em23 ab und wird in den Folgestadien evident.

Zone 1 Das Ependym (Zone 1), von verschiedenen Autoren als Überbleibsel der Matrix bezeichnet, ist im adulten Tectum opticum nur in lateralen Bereichen einschichtig. Ventralwärts und im gesamten Dorsalgebiet ist es zweischichtig. Im Verlaufe der postembryonalen Entwicklung unterliegen die Ependymzellen ebenso einer Differenzierung aus Matrixzellen wie die neuronalen Zellen der verschiedensten Schicht- und Kerngebiete im Gehirn. Mit der eintretenden Stratifikation der ventrikelnahen Schichten ab Em2(>, wird eine drei bis fünf Zellagen umfassende Matrix von den übrigen Zonen geschieden (Abb. 3E). Diese bleibt mit den typisch länglichen Zellen über das Schlüpfen hinaus in aktiver Form erhalten, erschöpft sich erst in postnatalen Stadien und formt die Ependymzellen mit rundlichem Perikaryon und einem teilweise in zentrale Schichten reichenden Fortsatz aus. Zone 2 Die Zone 2 stellt die Hauptmasse des periventriculären Fasersystems dar. Sie entspricht dem Stratum album periventriculare H U B E R , C K O S B Y (li)33a) und besteht einerseits aus Dendritenverästelungen der darüberliegenden zellulären Laminae, andererseits aus tangential verlaufenden, wenig myelinisierten Fasern. Die Schicht wird von den zahlreichen ependymalen Zellfortsätzen rechtwinklig durchstoßen. Ventralwärts schließen die Fasern in Form einer kontinuierlichen Schicht an die Nuclei paraventricularis und lentiformis über das prätektale und hypothalamische periventrikuläre Fasersystem an. Auch besteht ein enger Faserkontakt mit dem Fasciculus retroflexus. Stärker myelinisierte Fasern biegen im Bereich des Nucleus oculomotorius rechtwinklig ab und stellen eine Verbindung mit der 2. Zone her. Dorsomedian ist die Faserschicht auslaufend; die großen Neurone des Nucleus mesencephalicus trigemini liegen in der Medianebene dem Ependym direkt auf. Kaudalwärts kollabieren die zellulären Strata in dorso-lateraler Richtung mit dem Ependym, so daß gegen das Cerebellum hin die Zone 2

E m b r y o n a l e n t w i c k l u n g des Gehirns von Scvliorhinus

C. I I .

337

diff.Zo. Prol.Zo. Nuc.mes.V Mit.Ze diff. Matr.

sub.G. d i f f . Zo. Prol.Zo.

Str.superf. Str.centr. Prol. Zo. diff- Zo. Z6 sub. Z9

Abb. .'!. Q u e r s c h n i t t e d u r c h das T e c t u m o p t i c u m . S t r a t i f i k a t i o n w ä h r e n d der E m b r y o n a l z e i t ; A : E m 7 erste Zellen in D i f f e r e n z i e r u n g : Ii: Enviy S e p a r a t i o n des S t r a t u m m a t r i eis in eine Proliferations- u n d eine Differenzierungszone; C: E m 1(1 große Anzahl Zellen in Migration; 1): E m 2 3 und E : Em2(> deutliche Gliederung in die S t r a t a periventriculare, centrale und superficiale; F: E m 2 8 R a m o n ' s c h e Zonen sind im p e r i v e n t r i k u l ä r e n u n d zentralen Bereich evident. (Maßeinheit - 10» ¡x)

a u s l ä u f t . Die ventro-lateralen Anteile werden partiell von t e g m e n t a l e n Zellen besetzt u n d leiten u n t e r steigendem Myelinisationsgrad in das periventriculare Fasersystem des T e g m e n t u m über. Die Ontogenese der zweiten Zone wird mit E m 2 3 evident. Die schon f r ü h e r bestehende P h a s e n t r e n n u n g der Matrix in eine Proliferations- u n d eine Differenzierungsschicht spaltet sich in E m 2 3 auf (Abb. 3 D ) . Die Zellkerne weichen auseinander, so d a ß ein ,.Spalt" e n t s t e h t , der durch die aneinanders t o ß e n d e n P e r i k a r y e n noch geschlossen ist. Einstrahlende Fasern trennen die Zellgebiete in Em2 / 1. In diesem S t a d i u m t r e t e n die ersten rostro-kaudal v e r l a u f e n d e n F a s e r n dieser Zone auf. Faserdichte u n d Schichtmächtigkeit nehmen bis E m 4 2 kontinuierlich zu. Die Mächtigkeit e r f ä h r t k n a p p vor dem Schlüpfen eine s p r u n g h a f t e E r w e i t e r u n g u n d wird bis Hiniforschuiis. ]M. Ii). H. ft 4

Strperiv. Matr.

Ze

zum A d u l t u s n u r noch geringfügig dicker. Der Myelinisationsgrad wird p o s t n a t a l noch erheblich vers t ä r k t . Auch w a n d e r n vereinzelt Zellen ein.

Zonen •'! — •> Diese Schichtgruppe wird von H u b e r u n d C r o s b y (1!)33) als S t r a t u m griseum periventriculare bezeichnet. P. R a m o x beschreibt Zone 3 als eine zelluläre —, zwei bis drei Zellreihen e n t h a l t e n d e Zone beim Chamaeleon, Zone 4 ist eine molekulare Schicht u n d Zone 5 eine drei bis fünf Lagen u m f a s s e n d e zelluläre Schicht. Beim vorliegenden T e c t u m ist eine circumventriculäre T r e n n u n g der drei Zonen nicht möglich. Insbesondere liegen p o s t e m b r y o n a l die Zellen ges t r e u t . I m Verlaufe der Ontogenese bilden sich transitorisch eindeutige Trennungen aus. Die Schichtgruppe der Zonen 3 — 5 t r i t t mit E m 2 3 erstmals als gesonderte Einheit hervor. Die Zellen liegen noch sehr dicht. In der weiteren E n t w i c k l u n g lockern sich die Neurone a u f ; dabei werden in Em2(j erste L a m i n a t i o n e n a n g e d e u t e t . Einwachsende Fasern u n d vor allem peripher ausstrahlende Axone füllen die gebildeten Zwischenräume. I m frontalen T e c t u m opticum von E m 2 8 t r e n n e n sich die Zonen 3 u n d 5 derart, d a ß eine molekulare Schicht — die Zone 1 — evident wird (Abb. 3 F ) . Die Zone 3 besteht aus drei bis fünf 24

338

Farner, H.-P.

Zellagen, die sich stellenweise an die Zone 5, welche aus zwei bis drei Zellagen besteht, anlagern. Die recht deutliche Trennung der drei Zonen wird in den Folgestadien dadurch verwischt, daß migrationsbedingt einerseits die Zone 4 undeutlich ist und andererseits die zellulären Zonen ihre Neuronenzahl reduzieren. Im Neonatus umfaßt die Zone 3 noch zwei bis vier Lagen. Die Zone 5 ist vorwiegend einschichtig und schließt lateral an die innern Zellagen an, so daß lediglich eine nicht durchgehend zusammenhängende Faserschicht im dorsalen und dorsolateralen Abschnitt ausgebildet ist. Im rostralen Tectum schließen die zellulären Strata an das periventrikuläre Grau des Praetectum an und kaudalwärts findet ein kontinuierlicher Übergang in tegmentale Zellareale s t a t t ; so zum Beispiel liegen die Nuclei oculomotorius und trochlearis in derselben Schichtgruppe. Ventralwärts findet ein Anschluß an den Nucleus paraventricularis des Hypothalamus statt. Im Adultus werden, bedingt durch die eminente Faserzunahme, die zellulären Zonen reduziert. Eine bis zwei Zellreihen können jeweils den Zonen drei und fünt zugeordnet werden, wobei die beiden die Zone vier durchdringen und einzelne Neurone, die in der molekularen Schicht liegen, nicht eindeutig einer zellulären zuzuordnen sind (Abb. 4A). Die Zelltypen der beiden Zonen ähneln sich sehr. Allen gemeinsam ist das streng zur Peripherie gerichtete Axon und die zum Stratum album periventriculare führenden Dendriten. In beiden Gruppierungen finden sich mittelgroße eiförmige Zellen, nebst vereinzelten tri- bis polygonalen Zellen, letztere sind durchschnittlich um Einviertel größer und treten nur dorsal bis dorsolateral auf. Die Zellkerne in Zone 5 sind allgemein kleiner als diejenigen von Zone 3. In sehr geringer Zahl sind in alle drei Zonen kleine spindelförmige Zellen mit teilweise tangential gerichteten Fortsätzen eingestreut.

B) Stratum centrale Diese Schichtgruppe umfaßt einen molekularen und einen zellulären Anteil. Das Stratum album centrale mit dichtliegenden myelinisierten Fasern und das Stratum griseum centrale H U B E R & CROSBY ( 1 9 3 3 a) können mit der Ramonschen Zonierung verglichen werden. Das erste wird zu Zone 6, das zweite zu Zone 7. Die beiden Zonen durchdringen sich gegenseitig derart, daß lediglich die Randgebiete überlappungsfrei separiert werden können.

Zone 6 Diese mächtige Zone umfaßt eine Schicht stark myelinisierter Fasern, die im wesentlichen tangential verlaufen. Allerdings weichen sie aus der Querschnittebene nach caudal ab. Am Rostraipol der Colliculi superiores bilden die Fasern eine querlaufende flächige Commissur, die caudalwärts in die Commissura collisupgrioris überleitet. Letztere besteht aus stark myelinisierten Fasern und erstreckt sich über die gesamte rostro-kaudale Ausdehnung des Tectum opticum. Sie verbinden die Zone (> der beiden Sehhügel, d. h. die zentralen zellulären Schichten, da die Fasern vorwiegend der Zone 7 entstammen und zu geringem Anteil der Zonen drei und fünf. Ventralwärts streuen die Fasern und ziehen mit dem peripheren Anteil in hypothalamische Regionen, wogegen die inneren, dichteren Bündel gegen den Fasciculus longitudinalis medialis und dessen Nucleus interstitialis führen, Gemeinsam bilden sie den Tractus tectobulbaris. Erste Fasern, die der Zone (! angehören, werden lateral in E m 9 angelegt. Dorsal sind wenige Fasern den bis zur Mediane reichenden retinalen Afferenzen in E m i l unterlagert. Beide Anteile sind in E m 13 gleichmächtig und lassen sich gut separieren, wobei bereits eine gute Myelinisation vorliegt. Bis EmKi migrieren derart viele Neurons, daß die Zone (i von den aufliegenden superfiziellen Molekularzonen eindeutig trennbar ist. Die Commissura colliculi superioris wird in E m l 8 mit ersten Fasern evident, Bis Em26 weitet sich die Zone (i aus, so daß deren Faserdichte diejenige der radial laufenden überragt. Retardiert ist die dorsale Commissur, wodurch das im ausdifferenzierten Gehirn vorliegende Größenverhältnis angenähert wird. Die Ausweitung der Zone (i bleibt bis E m 30 verhältnismäßig konstant, erstreckt sich jedoch mit E m 33 in die zelluläre Zone 7. Erst postembryonal findet ein erhebliches Faserwachstum und die kräftige Myelinisation statt, sowie eine zum kaudalen Pol reichende Erweiterung der Commissura colliculi superioris. Zone 7 Das Stratum griseum centrale durchdringt im Adultus die Schichten tangentialer Fasern, die Zone (i, mit sporadisch auftretenden Zellen fast vollständig. Ventralwärts leitet die Zone 7 in den Nucleus lentiformis mesencephalicus über, wobei allerdings lateral die Zelldichte abnimmt. Die Zellen der Zone 7 reichen mit ihren Axonen in die Zone 6. Rundliche Neurone bilden mit spindelförmigen mittelgroßen und großen polygonalen Zellen die siebente Zone. Die rundlichen Neurone liegen

E m b r y o n a l e n t w i c k l u n g des Gehirns von Scyliorhinus

C. I I .

33!)

z7 7.- FiiS. 54

-

:i 2

—

1

-

A

G. Sin super f.— Str.centr.— Str.

periv Matr.~ Ventr. — C

Abb. 'i. Q u e r s c h n i t t e d u r c h verschiedene S t a d i e n des optischen M i t t e l h i r n d a c h e s , A : A d u l t u s , die Zahlen 1 — f> beziehen sich auf die R a m ö n s c h e n Zonen, Z4 ist n i c h t völlig zellfrei; B : A d u l t u s , große Polygonalzellen d e r Zone 7 (auch bei R e p t i l i e n evident, bei Vögeln bilden sie eine P a r s m a g n o cellularis der Z7); C: E m . ' « ; 1): E m i l Z6 u n d Z9 sind l a t e r a l klar g e t r e n n t ; E : I i m 2 0 ZG u n d Z!l d u r c h w e g separiert, e m i n e n t e M i g r a t i o n s t ä t i g k e i t . (Maßeinheit = 50 ¡i)

peripher d i c h t e r ; die spindelförmigen bevorzugen mittlere u n d innere Gebiete, sie sind meist radial orientiert u n d liegen sporadisch tangential. Die F o r t sätze der radial gerichteten Zellen reichen v o m periv e n t r i k u l ä r e n Grau einerseits bis in superfizielle Schichten andererseits. Die spindelförmigen t a n g e n tial liegenden Neurone strahlen m i t ihren F o r t s ä t z e n faserparallel zu Zone (3 aus. Die vereinzelt einges t r e u t e n großen polygonalen Zellen h a b e n s t a r k m a r k haltige Axone, die einerseits weit peripher reichen u n d andererseits sowohl an periventrikuläre Schichten anschließen wie auch mit F a s e r n der Zone (5 t a n g e n tial ziehen. L a t e r a l überwiegen die rundlichen Zellt y p e n u n d beherrschen v e n t r a l w ä r t s die Schicht fast ausschließlich (Abb. 4 B ) .

Ontogenetisch lassen sich erste Migrationen in die Faserzone in E m 1 3 erkennen. In E m lfi sind zahlreiche, noch indifferente Zellen peripher der subzentralen Grenze. Vereinzelt können Neurone, deren Axone die Zone (> a u f b a u e n , in E m 18 bereits eindeutig dem S t r a t u m centrale zugeordnet werden, d . h . die zahlreichen noch e n t s t e h e n d e n u n d in superfizielle Zonen w a n d e r n d e n Zellen müssen die sich formierende Zone 7 durchziehen. Bis E m 2 3 findet eine V e r m e h r u n g der t a n g e n t i a l gerichteten Zellen s t a t t u n d erste große polygonale Neurone differenzieren sich aus. In Em2(i werden radial gerichtete spindelförmige Zellen evident, rundliche P e r i k a r y e n etablieren sich in Em28, so d a ß die C y t o a r c h i t e k t u r der Zone 7 vollständig erscheint, obgleich zur Peripherie hin eine einheitliche Zelldichte besteht. Eindeutig zeigt sich eine Grenzlinie zu superfiziellen S t r a t a in E m 3 3 . Die zentralen Zellen sind reichlich aufgelockert u n d die peripher anschließenden liegen noch dicht (Abb. 4 B , C). Diese klare Grenze zwischen den beiden peripheren Schichtgruppierungen sind auch im N e o n a t u s in aufgelockerter F o r m noch vorh a n d e n . E r s t durch die p o s t n a t a l e F a s e r z u n a h m e wird die Trennlinie durch Auflockerung der superfiziellen Schichten verwischt. 24*

340

Farner, H.-P.

C) Stratum

superficiale

Das Stratum superficiale nach H U B E R & CROSBY (1933 a) umfaßt mehrere zelluläre und molekulare Schichten. Die von P. RAMON (189(5) vorgenommene Zonierung kann beim Tectum opticum von Scyliorhinus canicula nur noch bedingt angewandt werden, da sich die superfiziellen Schichten einerseits stark durchdringen und andererseits die Cytoarchitektur eine nicht eindeutige Schichtstruktur aufweist. Auch ist im Adultstadium eine klare Gliederung zwischen zentralen und superfiziellen Schichten sehr schwierig. Der zelluläre Anteil der peripheren Schichten stellt zahlenmäßig die Mehrheit der tektalen Zellen dar. Das Zellband läuft lateral aus, d. h. ventralwärts besteht kein Übergang in tegmentale Zellareale. Die zelluläre Zone 8 ist nicht abgrenzbar. Zwischen Zone 7 und der molekularen Zone 9 besteht ein fließender Übergang, innerhalb dieser die Neurone der Zone 8 liegen. Zone 9 Die dicht liegenden gut myelinisierten Fasern der Zone 9 stellen vorwiegend optische Bahnen dar, die größtenteils der Retina entstammen und der Größe der Nuclei geniculates lateralis und praetectalis entsprechend, wenige Fasern dieser Kerne führen. Neben den tangential verlaufenden Fasern ziehen viele bündelweise in rostrokaudaler Richtung lateralwärts, die von dem bilateral angeordneten paramedianen retinalen Bündeln, dem Tractus marginalis medialis ( E B B E S S O N et al. 19(58) ausgehen. Dieser Tractus kann der Zone 9 zugeordnet werden. Er überzieht in sphärischer Anordnung den Rostraipol des Tectum opticum, wo er zur Medianebene einstrahlt, sich dort zu einem Bündel formiert und kaudalwärts in die Zone 9 einbiegt. Retinale Axone des Tractus marginalis lateralis ziehen in Em9 ins Tectum ein. Diese nehmen bis E m i l stark zu; erste Migrationszellen erscheinen in der Faserschicht (Abb. 4D). In Em l I entwickelt sich eine marginale, nichtoptische lexiforme Faserschicht, die sehr dünn ist und bis Em I (> unverändert bleibt. In diesem Stadium erscheinen jedoch die beiden molekularen Zone sechs und neun klar getrennt durch eine migrierende Zellamina. Bis E m 18 wandern derart viele superfizielle Neurone ein, daß die Faserschicht 9 stark überdeckt ist (Abb. 4E). Das retinale Faserwachstum erweist sich in Em23 bezüglich der Zellvermehrung retardiert. Die Neurone liegen so dicht, daß einerseits die direkt in Zone 9 einstrahlenden Axone überlagert werden, anderseits setzt in diesem Stadium der Einzug, der von rostral kommenden retinalen Fasern des Tractus marginalis

A b b . 5. Q u e r s c h n i t t d u r c h d a s a d u l t e T e c t u m . Die Z a h l e n b e z i e h e n sich auf die R a m ö n s e h e n Z o n e n . L i n k s die z u s a m m e n g e f a ß t e n Z o n e n in S t r a t a . ( M a ß e i n h e i t = 100 (i)

medialis erst ein. Eine Angleichung an die neonaten Verhältnisse setzt mit Em28 ein, wo die paramedialen optischen Bündel evident sind und rostrale Gebiete mit Fasern anreichern. Eine kontinuierliche Zunahme erfahren die medialen Bündel bis zum Schlüpfstadium, ohne große Erweiterung der Zone 9; auch verläuft dieser Tractus noch sehr nahe der Peripherie. Die Abgrenzung von Zone 9 zu peripher liegenden Schichten ist im Neonatus durchaus klar, da die überliegenden zellulären Schichten noch dichter sind. Postembryonal ziehen Fasern des Tractus marginalis medialis in periphere superfizielle Schichten. Zonen 10 und 12 Die beiden zellulären Zonen und das Stratum griseum superficiale sind derart ineinander verzahnt, daß keine klare Separation möglich ist. Die Zone 11

E m b r y o n a l e n t w i c k l u n g dos G e h i r n s von Scvliorhinns

ad

Em 4 5

37

33

28

Abb. Ii. H n t w i c k l u n g s r e i h e des M i t t e l h i r n d a c h e s , a n h a n d einer Q u e r s c h n i t t s e q u e n z E m 3 = E m b r y o - N u m m e r 3, Em'iT) ist der X e o n a t u s . Die s u b z e n t r a l e Grenze, zwischen Z5 u n d Z(i liegend, w u r d e als G e r a d e g e w ä h l t . Der A d u l t u s wies eine K ö r p e r l ä n g e von 'iT) cm auf. (Maßeinheit = 100

wird dadurch gänzlich durchdrungen und tangentiale retinale Fasern kreuzen mit den radial verlaufenden. Die Zellen häufen sich in Vierer- bis Sechser-Gruppen. Zwei Zelltypen bauen die beiden Schichten auf, dabei sind beide Typen in beiden Zonen zu finden. In die Zone 9 eingestreut liegen pyramidenförmige Neurone und rundlich ovale. Peripheriewärts treten häufiger spindelförmige Zellen auf, die radial gerichtet sind und nur sehr sporadisch eine tangential laufende Längsachse aufweisen. Dazwischen liegen Dendritenverästelungen, radiale Fasern und zu Bündeln gefaßte optische Axone, die teilweise tangential aber auch schräg rostro-kaudal ziehen.

23

20

16

13

C. TT.

3'i 1

11

Entsprechend der peripheren Lage migrieren Zellen erst ab Em 1(1 in diese Zonen, mit E m 18 läßt sich eine sprunghafte Zunahme der Zelldichte feststellen, die sich bis Em2li erstreckt. Gleichzeitig mit der Auflockerung findet die typische Ausbildung der Zellformen statt und Fasern des Tractus marginalis medialis strahlen ein. Das im Neonatus dichte Zellband formiert sich in Em2(S, wo bereits eine Abnahme der peripheren Strata evident wird, d. h. in diesem Stadium ist der Großteil der superfiziellen Zellen bereits migriert. Ein Vergleich der Matrices erhärtet diese Feststellung. Postnatal wandern noch Neurone ein, doch ist das eminente Faserwachstum für diese Entwicklungsphase bedeutend.

Zone

13

Diese periphere Zone besteht aus einem sehr lokkeren Faserplexus. Einige spindelförmige Zellen sind neben pyramidenförmigen vorhanden. Letztere

312

Farner, H.-P.

A b b . 7. S c h e m a t i s c h e D a r s t e l l u n g d e r O n t o g e n e s e d e s Tect u m o p t i c u m . Die Z a h l e n der O r d i n a t e 1 — 13 b e z i e h e n sich auf die K a m o n s c h e n Z o n e n ; d i e j e n i g e n der Abszisse E m 3 bis E m ' i ä sind E m b r y o n e n n u m m e r n , w o b e i E m 1 5 d e m N e o n a t u s e n t s p r i c h t . Die k o n t i n u i e r l i c h e E r w e i t e r u n g des S t r a t u m m a t r i c i s e r f ä h r t a b E m i l eine s p r u n g h a f t e Zun a h m e . Dieser f o l g t m i t E m 16 ein s t a r k e r A n s t i e g d e r M i g r a t i o n . Mit der S p a l t u n g v o n Z3 u n d ZT) f ä l l t eine e r s t e E r s c h ö p f u n g d e r M a t r i x z u s a m m e n . I m N e o n a t u s ist die M a t r i x n o c h n i c h t v o l l s t ä n d i g e r s c h ö p f t , Mitosezellen sind n o c h v o r h a n d e n . Die E p e n d y m d i f f e r e n z i e r u n g e r f o l g t p o s t natal .

treten in viel geringerer Zahl auf. Vereinzelte radiale Fasern und etwas dichter liegende tangentiale Axone des Tractus marginalis medialis ziehen in die Schicht. D) Vergleich der Schichteinteilung Die Feingliederung des Tectum opticum, anhand der von P . RAMON (189(i) am Chamaeleon beschriebenen Zonierung, läßt sich bei Scyliorhinus canicula an-

wenden. Obgleich die Zone K fehlt und die zentralen und superfiziellen Schichten sich teilweise stark durchdringen, ist die Cytoarchitektonik derart differenziert, daß zweifellos die periventrikulären Zonen 1 —5 klar vorliegen und die Gliederung peripherwärts folgender Strata in Zonen sinnvoll ist. A R I E N S K A P PERS, H U B E R & CROSBY (L!)(>0) beschreiben beim Tectum opticum von Plagiostomen vier Hauptschichten, wobei das Stratum zellulare externum in Anlehnung an STERZI (1905) in eine Zona externa und eine Zona interna unterteilt wird. E B B E S S O N et al. (1!)(>8) übernehmen diese Fünfgliederung für Galeocerdo cuvier und Ginglymostoma cirratum. Hier wird allerdings das Schwergewicht auf den Verlauf der Tractus optici gelegt. Dasselbe Gliederungsschema wurde von SCHROEDER et al. (1975) auf das Tectum opticum beim Ammenhai (Glinglymostoma cirratum) angewandt. Embryologische Studien rechtfertigen in der vorliegenden Untersuchung die Ramonsche Gliederung. In frühen Embryonalstadien bilden sich schon Schichten, die auf die von H U B E R & CROSBY (1933b)

E m b r v o n a l e n t w i c k l u n g des Gehirns von Scyliorhinus

zurückgreifende Stratifikationsbeschreibung des Tect u m opticum der Wirbeltiere, schließen läßt. Insbesondere erscheint es angebracht, die Dreiteilung in Stratum periventriculare, Stratum centrale und Strat u m superficiale auch auf Haie anzuwenden. Beim Neonatus zeigt sich eine detailiertere Schichtung, die bis zum ausdifferenzierten Zustand, vor allem im superfiziellen Bereich, noch evidenter wird. Weitere Untersuchungen über die Cytoarchitektur des optischen Tectum von Selachai wären für eine allgemeingültige Aussage notwendig. Es sei hier lediglich bemerkt, daß die Stratifikation im Tectum opticum von R a j a miraletus mit derjenigen von Scyliorhinus canicula sehr wohl vergleichbar ist. 3. Nucleus mesencephalicus

trigemini

Die Riesenzellen dieses Kerns, der sich über die ganze Länge des Tectums erstreckt, sind in einschichtiger Lage zu 2 — 6 Zellen nebeneinander in der Medianebene angeordnet. Sie liegen ventral der Commissura colliculi superioris nahe dem Ependym. Die paramedianen Zellen können dem Stratum griseum periventriculare zugeordnet werden; die in der Medianebene liegenden lassen nur wenigen Fasern der Zone 2 Platz, gehören jedoch zur selben Schicht wie die lateralen. Die dicken kräftig myelinisierten Axone ziehen in Zone 6 latero-kaudalwärts, verbleiben im Dorsalbereich bis zur Kreuzung der Nervi trochleares und ziehen ventral derselben in die Medulla oblongata. Die Differenzierung der mesencephalen Trigeminusneurone wird in Em9 im rostralen Tectum durch vereinzelte Zellen evident. Diese bilden in E m i l eine dorsomediane Gruppe und werden mit Em13 eindeutig größer und in ihrer typischen Gestalt mit übergroßem Zellkern prominent. Auch sind die Axone myelinisiert und bis zur Decussatio nervi trochlearis festzustellen, wo sie ventralwärts auslaufen. Mit Em23 werden die bis dahin mehrschichtig, sich in der Medianebene gruppierten Zellen, lateral verlagert und einschichtig angeordnet. Die Perikaryengröße erreicht mit Em26 die Ausmaße im adulten Gehirn, bleibt im kaudalen Abschnitt etwas retardiert, da die Differenzierung und die bilaterale Wanderung in rostro-kaudaler Richtung verläuft. Die frühembryonale Entwicklung des Nucleus mesencephalicus trigemini zeigt eindeutig dessen frühe Funktionsfähigkeit an, da auch die prominenten Axone ausgebildet sind. Abkürzungen Abkürzungen A u r . cer Cer.

Co. coll. sup. cliff. Ze diff. Zo Em Epend. Hab. Hyp. Kap. Matr. mig. Ze Mit. Ze N. I I I N. I V N. V N. VI N. V I I N. V I I I N. I X PI. chor. Pol. Ze Prol. Ze r. Fas. S t r . periv. Str. c e n t r . Str. superf. sub. G. Tee. Tel. T r . m a r g . 1. T r . m a r g . m. Tr. opt. T r . tec.-bulb. Ventr. ZI —Z13

343

C o m m i s s u r a colliculi superioris differenzierende Zellen Differenzierungszone Embryo Ependym Ganglion h a b e n u l a r e Hapophyse Blutkapillaren S t r a t u m matricis m i g r i e r e n d e Zellen Mitosezellen Nervus oculomotorius N e r v u s trochlearis Nervus trigeminus Nervus abducens N e r v u s fascialis Nervus octavus Nervus glossopharyngeus P l e x u s chorioideus große Polygonalzellen Proliferationszone radiale F a s e r n Stratum periventriculare S t r a t u m centrale S t r a t u m superficiale s u b z e n t r a l e Grenze Tectum opticum Telencephalon T r a c t u s m a r g i n a l i s lateralis T r a c t u s m a r g i n a l i s medialis Tractus opticus Tractus tecto-bulbaris Ventrikel Z o n e n n u m m e r n im o p t i s c h e n T e c t u m n a c h P. R a m o n

Literatur ALLUCHON-GERARD, M . J.,

et

J. MELLINGER:

Mise

en

évi-

d e n c e de plusieurs phases distinctes d a n s la croissance e m b r y o n n a i r e d e la r o u s e t t e ( S c u l l i u m canicula CUV.). A n n . d ' E m b r . et Morph. 4, 1 9 - 3 5 (1971). ARIENS

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optic

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the

orga-

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344

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reptilian

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chemo-

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A dresse des A utors : Dr. H.-P.

FARNER

Zoologisches I n s t i t u t der Universität Basel CH 4051 Basel, Rheinsprung 9

J. H i r n f o r s c h . 1 9 (1978)

345-370

Aus der Abteilung für Neuroanatomie des Department Anatomie der Medizinischen Hochschule Hannover (Abteilungsvorsteher: Professor Dr. H . - J . KRETSCHMANN)

Qualitative und quantitative Untersuchungen des Corpus geniculatum laterale an einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tufaia belangen1,2

Von Gerhard KIP Mit 22 Abbildungen und

Tabellen

Eingegangen am 29. Juli 1977)

Zusammenfassung: In einer qualitativen lichtmikroskopischen Untersuchung werden die Cyto-, Fibrillo- und Myeloarchitektonik des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis bei männlichen Tupaia belangeri anhand einer ontogenetischen Reihe beschrieben. Die Reifungsabläufe zeigen eine Heterochronic, wobei sich der ventrale Kern früher als der dorsale Kern entwickelt. Eine quantitative Analyse des Frischvolumenwachstums der beiden Hirnregionen zeigt ebenfalls eine Heterochronie. E s treten zwei unterschiedliche Wachstumsverläufe auf. Das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zeigt einen überschießenden Wachstumsverlauf, der mit der Mehrkomponentenanalyse P< Px i (Pi+PrD 1 + ¿(fi+JYO

\

y

e

approximiert wird. Das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis zeigt einen monoton steigenden, S-förmigen Wachstumsverlauf, der mit der verallgemeinerten logistischen Wachstumsfunktion V

=

1

+

e < P i + P i ' ' + P4-i

;

r

+p«-l >

approximiert wird. Eine Analyse des Frischvolumenwachstums der sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis ergibt eine Beteiligung aller Schichten am überschießenden Wachstumsverlauf.

Summary: The cyto-, fibrillo- and myeloarchitectonics of the dorsal and ventral lateral geniculate body are described in an ontogenetic series of male Tupaia belangeri using light microscopy. The qualitative maturational changes show a heterochronical development. The ventral nucleus is developing earlier than the dorsal nucleus. A quantitative analysis of the fresh volume growth of the two brain regions also shows a heterochronical development. Two different kinds of growth curves were found. The dorsal lateral geniculate body has an overshooting growth which is approximated by the 6-parametric growth function

y =

h

+

The ventral lateral geniculate body shows a monotonously increasing s-shaped growth curve which is approximated by the generalized logistic growth function

1 +

E

(PAL-P.-L+PW-F JY*')

An analysis of the fresh volume growth of the six layers of the dorsal lateral geniculate body demonstrates all layers to take part in the overshooting growth type.

Einleitung

1 Thema und Leitung der Arbeit: P r o f . D r . H . - J . KRETSCHMANN

2 Unterstützt durch die D E U T S C H E GEMEINSCHAFT.

FORSCHUN'

Das Corpus geniculatum laterale ist wegen seiner Afferenzen aus dem Tr. opticus und seiner efferenten Verbindungen über die Radiatio optica unmittelbar

J. H i r n f o r s c h . 1 9 (1978)

345-370

Aus der Abteilung für Neuroanatomie des Department Anatomie der Medizinischen Hochschule Hannover (Abteilungsvorsteher: Professor Dr. H . - J . KRETSCHMANN)

Qualitative und quantitative Untersuchungen des Corpus geniculatum laterale an einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tufaia belangen1,2

Von Gerhard KIP Mit 22 Abbildungen und

Tabellen

Eingegangen am 29. Juli 1977)

Zusammenfassung: In einer qualitativen lichtmikroskopischen Untersuchung werden die Cyto-, Fibrillo- und Myeloarchitektonik des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis bei männlichen Tupaia belangeri anhand einer ontogenetischen Reihe beschrieben. Die Reifungsabläufe zeigen eine Heterochronic, wobei sich der ventrale Kern früher als der dorsale Kern entwickelt. Eine quantitative Analyse des Frischvolumenwachstums der beiden Hirnregionen zeigt ebenfalls eine Heterochronie. E s treten zwei unterschiedliche Wachstumsverläufe auf. Das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zeigt einen überschießenden Wachstumsverlauf, der mit der Mehrkomponentenanalyse P< Px i (Pi+PrD 1 + ¿(fi+JYO

\

y

e

approximiert wird. Das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis zeigt einen monoton steigenden, S-förmigen Wachstumsverlauf, der mit der verallgemeinerten logistischen Wachstumsfunktion V

=

1

+

e < P i + P i ' ' + P4-i

;

r

+p«-l >

approximiert wird. Eine Analyse des Frischvolumenwachstums der sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis ergibt eine Beteiligung aller Schichten am überschießenden Wachstumsverlauf.

Summary: The cyto-, fibrillo- and myeloarchitectonics of the dorsal and ventral lateral geniculate body are described in an ontogenetic series of male Tupaia belangeri using light microscopy. The qualitative maturational changes show a heterochronical development. The ventral nucleus is developing earlier than the dorsal nucleus. A quantitative analysis of the fresh volume growth of the two brain regions also shows a heterochronical development. Two different kinds of growth curves were found. The dorsal lateral geniculate body has an overshooting growth which is approximated by the 6-parametric growth function

y =

h

+

The ventral lateral geniculate body shows a monotonously increasing s-shaped growth curve which is approximated by the generalized logistic growth function

1 +

E

(PAL-P.-L+PW-F JY*')

An analysis of the fresh volume growth of the six layers of the dorsal lateral geniculate body demonstrates all layers to take part in the overshooting growth type.

Einleitung

1 Thema und Leitung der Arbeit: P r o f . D r . H . - J . KRETSCHMANN

2 Unterstützt durch die D E U T S C H E GEMEINSCHAFT.

FORSCHUN'

Das Corpus geniculatum laterale ist wegen seiner Afferenzen aus dem Tr. opticus und seiner efferenten Verbindungen über die Radiatio optica unmittelbar

Kip, G.

346

zwischen R e t i n a und Area striata eingeschaltet

und

ist

des

somit

ein

optischen zierung Die

wichtiges

Systems,

bei T u p a i a

Morphologie

ist v o n CLARK

subcorticales

von

dem

bekannt

des

(1929,

eine ist

Corpus 1932)

Zentrum

hohe

Differen-

(CAMPBELL,

geniculatum

an

Tupaia

1966). laterale

minor,

FEREMUTSCH ( 1 9 6 3 ) u n d ABLANALP ( 1 9 7 1 ) a n

glis

beschrieben

worden.

Diese

Autoren

von Tupaia

Q u a n t i t a t i v e V o l u m e n m e s s u n g e n a m Corpus genic u l a t u m l a t e r a l e l i e g e n v o n STEPHAN ( 1 9 6 9 ) a n e i n e r Reihe von Prosimier- und

Simier-

s p e z i e s u n d v o n SCHULZ ( 1 9 6 7 ) a n t a g - u n d

nacht-

aktiven

unter-

suchen

Primaten

v o r . E L G E T I e t al.

das postnatale W a c h s t u m

culatum

laterale

nucl.

dorsalis

(1976)

des Corpus

geni-

der

Katze.

Eine

A n a l y s e des F r i s c h v o l u m e n w a c h s t u m s

in der

Onto-

genese des Corpus g e n i c u l a t u m laterale bei

Tupaia

g i b t es b i s h e r n i c h t . D i e A u f g a b e d e r v o r l i e g e n d e n A r b e i t i s t es, 1. T o p o g r a p h i e

und

Abgrenzkriterien

geniculatum

laterale

gebieten

untersuchen

zu

zu

des

Corpus

benachbarten

Kern-

und

seine

Cytologie,

seine Cyto-, Fibrillo- und M y e l o a r c h i t e k t o n i k

im

V e r l a u f d e r O n t o g e n e s e zu b e s c h r e i b e n s o w i e 2. q u a n t i t a t i v das F r i s c h v o l u m e n W a c h s t u m des Corpus

geniculatum

laterale

nucl.

dorsalis,

einzelnen Schichten und des Corpus

seiner

geniculatum

l a t e r a l e nucl. v e n t r a l i s zu u n t e r s u c h e n .

Material und Methode

FV

=

FV PV SF

= = =

L

Fi

;=I

PV

(2)

SF Frischvolumen in m m 3 Schnittvolumen in m m 3 Schrumpfungsfaktor

Die Schrumpfungsfaktoren, die sich aus dem Quotienten aus Frischvolumen und planimetriertem Volumen der Gesamthirne berechnen, wurden von J A K O B und R I C H T E R (1976) übernommen. Nach der hier beschriebenen Methode werden die Frischvolumina vom Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis auf beiden Seiten sowie von den einzelnen Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis auf der linken Seite bestimmt. Auf Grund der planimetrischen Meßfehler ergibt die Addition der einzelnen Schichtenvolumina ein Summenvolumen, das von dem ermittelten Gesamtvolumen des dorsalen Kerngebietes geringgradig abweicht. Da der W e r t des Gesamtvolumens als der genauere angesehen werden muß, wurden zur Korrektur die prozentualen Anteile der Einzelschichten am Summenvolumen ermittelt und anschließend auf das Gesamtvolumen bezogen. Zum Vergleich der Frischvolumina der rechten und linken Seite k o m m t der WILCOXON-Test zur Anwendung. Das Frischvolumenwachstum kann bei monoton steigendem, S-förmigem Datenverlauf mit der verallgemeinerten logistischen Wachstumsfunktion =

1

P, CP2 + i Y l + f Y i ! + i V i 3 )

(3)

g

beschrieben werden. Die 3parametrige F o r m

Untersuchungsmaterial ist eine ontogenetische Serie von Ii5 männlichen Tupaia belangeri im Alter von 3fi —536 Ontogenesetagen, die von K R E T S C H M A N N et al. (1974) näher beschrieben wurde. Von den immersionsfixierten Gehirnen der Tiere stehen vollständige Serien von 20 jxm dicken Transversalschnitten zur Verfügung. Über dieses Tiermaterial hinaus werden für die qualitativen Untersuchungen zwei perfusionsfixierte Tiere (T14/75 mit 54 Ontogenesetagen und T 7 / 7 5 mit 792 Ontogenesetagen) hinzugezogen. Anhand der Nissl-Schnitte werden die zu untersuchenden Hirnareale in einem Mikroskop (Objektive: 6,3/0,20 Neofluor; Okular: Kpl = 12,5) identifiziert. Über eine Projektionseinrichtung wird das mikroskopische Bild auf Papier übertragen, auf dem die Grenzen der Kerngebiete eingezeichnet werden. Die umrandeten Flächen werden mit einem elektronischen Planimeter ( K o n s t r u k t i o n : Dipl. Ing. A. S C H L E I CHER) ausgemessen. Anschließend wird das Schnittvolumen nach der Formel • E

Anzahl der planimetrierten S c h n i t t e F l ä c h e des i-ten Schnittes in m m 2

berechnet. Das Frischvolumen der Hirnregion ergibt sich aus der Formel

Y

PV

= =

befassen

sich ausschließlich mit adulten Tieren.

phylogenetischen

JFi

(1)

PV

=

Schnittvolumen in m m 3

h

=

Schrittweite (Abstand zwischen zwei planimetrierten Schnitten in mm)

Y

=

1

P, gfP.+PW)

CO

wird verwendet, wenn die 4- oder 5parametrige F o r m keine Verbesserung der Anpassung bringt. E i n überschießender Wachstumsverlauf mit Auftreten eines Maximalvolumens und anschließender Reduktion auf den E n d w e r t wird mit einer Mehrkomponentenanalyse, die als eine Überlagerung zweier 3parametriger logistischer Wachstumsfunktionen zu verstehen ist, approximiert: Y =

P, l -)_ eiP,+r,-t)

+i 1

P, + ¿»Vi

ivo

Nähere Angaben zu den verwendeten Funktionen (3), (4) und (5) und Programm (LOGI, B M D P 3 R ) finden sich bei K R E T S C H M A N N und W I N G E R T (1971) und Z I L L E S et al. (1976a, b, c). Alle Berechnungen wurden im Rechenzentrum der Medizinischen Hochschule Hannover ( I B M 360-67) und mit einem Tischrechner W a n g 720 C durchgeführt, an dem auch, in Verbindung mit einem P l o t t e r W a n g 702, die Zeichnungen angefertigt wurden. Die Fotografien wurden mit einem Lupenaufnahmegerät (Zeiss: Tessovar) und einem Fotomikroskop (Zeiss) aufgenommen.

Lateral geniculate body of Tupaia belangeri

Qualitative Befunde 1.

Topographie

Das Corpus geniculatum laterale ist beim adulten Tier ein langgestrecktes Grau in lateralen Thalamusbereich. Medial wird es von den Fasern der Lamina medullaris externa thalami, lateral von den Fasern des Tr. opticus begrenzt. Ein dünner, nervenzellarmer Spalt trennt das Corpus geniculatum laterale in einen dorsalen und einen ventralen Kern. Während ersterer durchweg die Gestalt einer Linse hat, ist letzterer im rostralen Anteil nierenförmig, in caudalen Anteil dreieckig. Die rostralen Pole vom Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis (Abb. 3) erscheinen annähernd gleichzeitig mit dem Pulvinar im mittleren Thalamusdrittel in der dorsolateralen Konkavität des Tr. opticus, wobei die Nuclei laterales thalami nach medial verdrängt werden. Das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis hebt sich gut von den locker gestreuten, eckigen Nervenzellen des Nucl. reticularis thalami ab, die ventral in unmittelbarer Nachbarschaft liegen. Das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis kann auf Grund seines Schichtenbaus (s. unten) vom Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis und vom Pulvinar gut abgegrenzt werden. Medial trennt ein breites Faserbündel, die Lamina medullaris externa thalami, das Pulvinar und das Corpus geniculatum laterale von den Nuclei laterales thalami. Die Fasern zwischen Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und Pulvinar gehören zur Radiatio optica, welche zur Hirnrinde zieht. Nach caudal vergrößern sich der dorsale und ventrale Kern des Corpus geniculatum laterale, wobei sie sich nach ventral in die laterale Thalamusregion strecken, während das sich rasch vergrößernde Pulvinar jetzt die dorsolaterale Konkavität des Tr. opticus ausfüllt. Das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis schiebt sich hierbei zwischen Tr. opticus und Nucl. reticularis thalami und reicht mit seinem ventralen Ausläufer bis nahe an das Crus cerebri. Im caudalen Drittel erreicht das Corpus geniculat u m laterale nucl. dorsalis (Abb. 3) im Transversalschnitt seine größte Fläche, während sich der ventrale Kern seinem caudalen Ende nähert. Nach medial hin werden die beiden Kerngebiete durch die Fasern der Lamina medullaris externa thalami gegen die ventralen Thalamuskerne, Zona incerta und Crus cerebri abgegrenzt. Der caudale Pol des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis liegt im ventralen Thalamusbereich. Medial von ihm wird das Corpus geniculatum mediale

347

sichtbar, dessen rostraler Pol sich an das caudale Ende des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis anschließt. Das Pulvinar verlagert sich ebenfalls nach ventral, bis es an das Corpus geniculatum mediale stößt. Das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis endet caudal im ventrolateralen Thalamusgebiet zwischen Pulvinar, Corpus geniculatum mediale und Tr. opticus. Bei juvenilen Tieren finden wir gleiche topographische Verhältnisse wie bei den adulten Tieren (Abb. 4). Bei neugeborenen (Abb. 5) und embryonalen Tieren (Abb. 6) erkennen wir am dorsolateralen Thalamusrand dorsal vom Crus cerebri vier Kerngebiete, die an den Tr. opticus grenzen. Durch Zurückverfolgung durch alle Ontogenesealter lassen sie sich, von dorsal nach ventral betrachtet, als Pulvinar, Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis, Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis und Nucl. reticularis thalami identifizieren. Medial werden sie von der Lamina medullaris externa thalami begrenzt. Die Kerne sind untereinander durch zellarme Räume getrennt und lassen sich deshalb gut abgrenzen. Insgesamt gesehen erfährt die topographische Lage des Corpus geniculatum laterale zu seinen benachbarten Kerngebieten und Faserbahnen während der gesamten hier untersuchten Ontogenese keine Änderungen (Abb. 1).

2.

Cytoarchitektonik

Das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zeigt beim adulten Tier einen sechsschichtigen Bau. Die perikaryenreichen Schichten, die in Richtung des Tr. opticus verlaufen, sind durch nervenzellarme Zwischenräume voneinander getrennt. Die Schichten werden von außen nach innen, das heißt von lateral nach medial, mit S, 1, 2, 3, 4 und 5 bezeichnet (Abb. 2). Im Bereich der Kernpole ist die Zahl der Schichten auf fünf oder vier reduziert. Durch Verfolgen der gesamten Schnittserie kann aber auch an diesen Stellen eine Identifizierung und Abgrenzung der Schichten vorgenommen werden. Die Gliederung des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis in sechs Schichten läßt sich bis zum 51. Ontogenesetag zurückverfolgen. Mit 47 Ontogenesetagen findet sich eine erste Andeutung in Form von zellarmen Spalten zwischen Schicht I und 2 bzw. 4 und 5. In früheren Entwicklungsstadien liegt eine uncharakteristische Verteilung der Zellen über den Kern vor. Abb. 2 macht den Verlauf der sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis während verschiedener Ontogenesestadien deutlich.

rostral

436 —

Area striata

rostral

rostral

Area striata P ulvìnar

Pulvinar

Area striata

Chiasma opticum

Pulvinar

Area striata

280

Pulvinar

Pulvinar

Area striata Pulvinar

256

mi

Pulvinar

-Pulvinar

364 Area striata

caudal T 118/73

36 OT

Schrittweite der dargestellten

Pulvinar

43 OT

Serien:

caudal

480 um aequidistant

T 21/72

Maßstab:

I I B 1 cm

Corpus geniculatum mediale 55 OT

Nucl. dorsalis corporis geniculati lateralis Nucl. ventralis corporis geniculati lateralis Tractus opticus

A b b . 1. S c h e m a t i s c h e D a r s t e l l u n g d e r L a g e b e z i e h u n g e n des Corpus geniculatum laterale im Verlauf der Ontogenese mit

H i l f e v o n T r a n s v e r s a l s c h n i t t e n v o n 5 m ä n n l i c h e n Tupaia belanieri im A l t e r v o n 3(1, 'ili, 55, 83 u n d 388 O n t o g e n e s e t a g e n .

Lateral geniculate body of Tupaia

rostral

rostral Area striata

Area striata

Pulvinar

Area striata

Area striata

Pulvinar

Area striata

Area striata

Pulvinar

Pulvinar

619 Area striata

Area striata Colliculus

Colliculus

superior

superior

Pulvinar

Pulvinar

Area striata Colliculus

Colliculus

superior

superior

Pulvinar

Pulvinar

Corpus geniculatum mediale

Area striata

Area striata

Colliculus

Colliculus

superior

superior

Pulvinar

Pulvinar

Corpus

Corpus

geniculatum caudal

geniculatum

mediale

caudal T 138/73

Abb. 1 (Fortsetzung)

mediale 388 OT

belangen

349

350

Kip,

G.

rostral

6 2 4

rostral 606

Schrittweite 360 j j m

der

dargestellten

Serien:

aequidistant

rostral

rostral

O

304

286

268

250

caudal

T 118/73

36

OT

caudal

T

47/72

Schicht

51

OT

S

Schicht 1 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 Schicht 5

Maßstab-.

caudal 1 mm

I

1

T

37/73

83

T 102/73

151

OT

caudal

Abb. 2. Schematische Darstellung der einzelnen Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis auf der linken Seite im Verlauf der Ontogenese anhand von Transversal-

schnitten von 'i männlichen Tupaia belangen 30, 51, 83 und 151 Ontogenesetagen.

im Alter von

Lateral geniculate body of Tupaia

belangeri

35 1

Colliculus superior F a s c i c u l u s retroflexus MEYNERT

A r e a pretectalis

Nucl. medialis dorsalis thalami

Nucl. medialis habenulae

Pulvinar Nucl. dorsalis c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s Lamina medullaris externa Nuclei ventrales thalami Nucl. ventralis c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s T r a c t u s opticus Zona incerta Crus cerebri

Nucl. anterior c o r p o r i s m a m i l l a r i s Nucl. subthalamicus (Kresylechtviolett-Färbung), linke Seite Abgrenzung verschiedener Hirnregionen. Vergrößerung ca. 17fach.

Abb. 8. Transversalschnitt durch das Gehirn im Bereich des Thalamus eines 151 Ontogenesetage alten männlichen Tttpaia belangeri (T 102/73). Rechte Seite NI SSL-Präparat

A r e a pretectalis Pulvinar

Nucl. medialis dorsalis thalami F a s c i c u l u s retroflexus MEYNERT

Nuclei ventrales thalami

Nucl. dorsalis c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s Lamina medullaris externa Nucl. ventralis c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s

T r a c t u s opticus 304 Nucl. subthalamicus Infundibulum Crus cerebri

Nucl. medialis hypothalami

Abb. 'i. Transversalschnitt durch das Gehirn im Bereich des Thalamus eines juvenilen, .VI Ontogenesetage alten männlichen Tupaia belangeri (T 47/72). Rechte Seite

XISSL-Präparat (Kresylechtviolett-Färbung), linke Seite Abgrenzung verschiedener Hirnregionen. Vergrößerung ca. 27fach.

352

Kip, G. Nucl. l a t e r a l i s habenulae Pulvinar

Nucl. d o r s a l i s c o r p o r i s

Nucl. m e d i a l i s habenulae

geniculati l a t e r a l i s

Nucl. p e r i v e n t r i c u l a r i s thalami

L a m i n a rneduUaris e x t e r n a

Nucl. v e n t r a l i s c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s

Nuclei v e n t r a l e s thalami Nucl. r e t i c u l a r i s t h a l a m i

Fornix

Nucl. m e d i a l i s d o r s a l i s t h a l a m i

Abb. ">. Transversalschnitt durch das Gehirn im Bereich des Thalamus eines neugeborenen, 'i3 Ontogenesetage alten männlichen Tupaia belangeri (T 27/72). Rechte Seite N1SSL-

Area pretectalis

I'räparat (Kresylechtviolett-Färbung), linke Seite Abgrenzung verschiedener Hirnregionen. Vergrößerung ca. 27fach.

Fasciculus retroflexus MEYNERT

Colliculus superior

Nucl. m e d i a l i s d o r s a l i s thalami

Pulvinar

Nucl. d o r s a l i s c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s Nucl. v e n t r a l i s c o r p o r i s geniculati l a t e r a l i s

T r a c t u s opticus Nuclei v e n t r a l e s thalami Infundibulum

Crus cerebri Nucl.

subthalamicus

Nucl. m e d i a l i s hypothalami

Abb. (>. Transversalschnitt durch das Gehirn im Bereich des Thalamus eines embryonalen, 3(i Ontogenesetage alten männlichen Tupaia belangeri (T 118/73). Rechte Seite

X I S S L - P r ä p a r a t (Kresvlechtviolctt-Färbung), linke Seite Abgrenzung verschiedener Hirnregionen. Vergrößerung ca. 27fach.

L a t e r a l geniculate b o d y of Tupaia

Eine Gliederung des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis in Schichten bzw. Segmente ist schwierig und erlaubt keine eindeutige Grenzziehung. 3. Cytologie Mit 36 Ontogenesetagen zeigen der dorsale und ventrale Kern des Corpus geniculatum laterale ein nahezu identisches cytologisches Bild. Wir erkennen dichtgepackt liegende, runde Zellkerne, denen ein Cytoplasmasaum fehlt, so daß keine eindeutige Zuordnung zu Nerven- oder Gliazellen möglich ist (Abb. 8a). Die Zellkerne zeigen unterschiedliche Färbeintensitäten, die von hell bis sehr dunkel reichen. Pro Zellkern erkennen wir ein bis drei randständige, selten auch mittelständige Chromatinverdichtungen, wobei nicht immer unterschieden werden kann, ob es sich um Nucleoli oder Heterochromatinbröckchen handelt. Mit 43 Ontogenesetagen ist die Packungsdichtc der Zellkerne etwa um die Hälfte zurückgegangen (Abb. 8 b). Zum ersten Mal sind beim Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis Zellkerne mit einem zentralen Nuceolus erkennbar. Bei beiden Kerngebieten hat sich das Cytoplasma stärker verdichtet und kann bei einzelnen Zellkernen des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis als Kernsaum identifiziert werden (Abb. 8b). Mit 47 Ontogenesetagen hat die Zellkerndichte in beiden Kerngebieten weiter abgenommen. Gleichzeitig erkennt man im ventralen und vereinzelt auch im dorsalen Kern neben vielen nackten Zellkernen Nervenzellen, deren randständig liegende Zellkerne von einem schmalen Cytoplasmasaum umgeben sind. Nach dem 47. Ontogenesetag setzt in beiden Kerngebieten eine rasch voranschreitende Reifung des Cytoplasmas ein. In Schicht 3 des dorsalen Kerns kann diese Entwicklung erst ab dem 51. Ontogenesetag beobachtet werden. Die Perikaryen der Neurone nehmen, bedingt durch eine starke Cytoplasmazunahme, polygonale Formen an (Abb. 8 c, d, e). Das feingranulierte Cytoplasma enthält keine NisslSchollen. Die randständig liegenden Neuronenzellkerne tragen einen mittelständigen Nucleolus, dem zwei sichelförmige, wie Polkappen aussehende Chromatinbröckchen angelagert sind. Lediglich vereinzelte nackte Zellkerne mit ein bis drei Chromatinbröckchen treten neben den Neuronen noch auf. Mit 54 Ontogenesetagen zeigen alle Perikaryen des Corpus geniculatum laterale eine starke Zunahme ihres Cytoplasmasaumes, wobei ihre Packungsdichte weiter abgenommen hat. Die polygonalen Nervenzellen in den einzelnen Schichten des Corpus geniHirnforschung, Bd. 19, H e f t 4

belangeri

353

culatum laterale nucl. dorsalis (Abb. 7 a, b, c, g, h, i) und im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis (Abb. 8f, g, h) zeigen dabei weitgehend gleiche cytologische Strukturen. Ihre Nissl-Substanz ist feinkörnig und gleichmäßig gefärbt, wobei die Färbeintensität in Schicht 3 des dorsalen Kerns (Abb. 7 g) etwas heller ist. Die Zellkerne nehmen jetzt eine exzentrische Lage ein, wobei sie ein bis zwei mittelständige Nucleoli, die am Rand häufig Chromatinbröckchen tragen, enthalten. Ab dem 54. Ontogenesetag differenzieren sich die Neurone des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis unterschiedlich, und es bilden sich die typischen cytologischen Strukturen des adulten Stadiums heraus. a) Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis: Die Neurone der Schicht S, die die geringste Pakkungsdichte aller Schichten aufweisen, zeigen ovale bis spindelförmige Perikaryen, deren Längsachsen parallel zum Tr. opticus verlaufen (Abb. 7d). Gelegentlich weist das feingranulierte Cytoplasma feinkörnige Nissl-Schollen auf. Die mittelständigen, runden Zellkerne tragen im Zentrum einen hellen Nucleolus, dem häufig Chromatinbröckchen angelagert sind. Die Nervenzellen der Schichten 1, 2, 4 und 5 zeigen untereinander keine cytologischen Unterschiede und werden deshalb gemeinsam besprochen (Abb. 7e, f, k, 1). Die großen, polygonalen Neurone liegen dichtgepackt, häufig in Zellhaufen konzentriert. In Schicht 2 kann man eine besonders hohe Zelldichte am lateralen und medialen Schichtenrand beobachten. Das intensiv gefärbte, feingranulierte Cytoplasma der Nervenzellen weist am Perikaryenrand feine, gekörnt aussehende Nissl-Schollen auf. Die hell gefärbten, runden Zellkerne tragen einen Nucleolus, an dessen Rand Chromatinverdichtungen zu erkennen sind. Schicht 3 ist eine kleinzellige Schicht mit der höchsten Packungsdichte der Neurone innerhalb des dorsalen Kerngebietes. Die polygonalen Perikaryen (Abb. 7 j) sind heller gefärbt als in allen anderen Schichten. Das Cytoplasma ist feingranuliert mit kleinen randständigen Nissl-Schollen. Die runden, hellen, teils zentral, teils exzentrisch liegenden Zellkerne enthalten einen Nucleolus mit hellem Zentrum und kleinen angelagerten Chromatinbröckchen. Eine Übersicht über die Größen* der Perikaryen *) Die G r ö ß e n a n g a b e n stellen auf S c h r u m p f u n g korrigierte W e r t e d a r , w ä h r e n d die G r ö ß e n a n g a b e n in K l a m m e r n die im histologischen S c h n i t t gemessenen G r ö ß e n sind. D a s gleiche gilt f ü r die G r ö ß e n a n g a b e n auf S. 358. 25

354

Kip, G.

Abb, 7

Abb. 7 a —71, Cytologie des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis bei einem 54 (T 14/75, Schnitt-Nr. 423) und 792 (T 7/75, Schnitt-Nr. 611) Ontogenesetage alten männlichen Tupaia belangen. Kresylechtviolett-Färbung. Vergrößerung ca. 740fach. a) Schicht S, 54 Ontogenesetage; b) Schicht 1, 54 Ontogenesetage; c) Schicht 2, 54 Ontogenesetage;

d) e) f) g) h) i) j) k) 1)

Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht

S, 1, 2, 3, 4, 5, 3, 4, 5,

792 Ontogenesetage; 792 Ontogenesetage; 792 Ontogenesetage; 54 Ontogenesetage; 54 Ontogenesetage; 54 Ontogenesetage; 792 Ontogenesetage; 792 Ontogenesetage; 792 Ontogenesetage.

Lateral geniculate body of Tupaia

Abb. 8 a — 8 k . Cytologie des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis bei einem 36 (T 118/73, Schnitt-Nr. 262), 43 (T 27/72, Schnitt-Nr. 304), 51 (T 47/72, Schnitt-Nr. 349), 54 (T 14/75, Schnitt-Nr. 447) und 792 (T 7/75, Schnitt-Nr. 611) Ontogenesetage alten männlichen Tupaia belangen. Kresylechtviolett-Färbung. Vergrößerung ca. 740fach. a) 36 Ontogenesetage; b) 43 Ontogenesetage;

c) d) e) f) g) h) i) j) k)

Lamina Lamina Lamina Lamina Lamina Lamina Lamina Lamina Lamina

belangen

355

externa, 51 Ontogenesetage; interna dorsales Segment, 51 Ontogenesetage; interna ventrales Segment, 51 Ontogenesetage; externa, 54 Ontogenesetage; interna dorsales Segment, 54 Ontogenesetage; interna ventrales Segment, 54 Ontogenesetage; externa, 792 Ontogenesetage; interna dorsales Segment, 792 Ontogenesetage; interna ventrales Segment, 792 Ontogenesetage.

25*

356

Kip, G

A b b . !)a. F i b r i l l o a r c h i t e k t o n i k des C o r p u s g e n i c u l a t u i n l a t e r ale nucl. d o r s a l i s eines .Vi (Tl'i/7,"i, S e h n i t t - X r . V'iO) O n t o g e n e s e t a g e a l t e n m ä n n l i c h e n Tupaia helangeri. V e r s i l b e r u n g n a c h J I O N I A X . V e r g r ö ß e r u n g ca. 1'2äfach. A b b . IIb. A I v e l o a r c h i t e k t o n i k des C o r p u s g e n i c u l a t u m l a t e r ale nucl. dorsalis eines !).'! (T •'ili/T.'i, S c h n i t t - N r . 92) O n t o g e n e s e t a g e a l t e n m ä n l i c h e n Tupaia belangeri. M a r k s c h e i d e n F ä r b u n g n a c h H E I D E X H A I N - W O E L C K K . V e r g r ö ß e r u n g ca. 12")fach.

in den einzelnen Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis gibt folgende Tabelle: Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht

S I 2 3 1 5

ca. ca. ca. ca. ca. ca.

19-28 18-25 1(5-25 14-21 1(5-25 18-2(i

( 1 5 - 2 2 ) |xm ( 1 1 - 2 0 ) ¡xm (13 — 20) ¡xm (I I - 10) [xm ( 1 3 - 2 0 ) (xm ( 1 4 - 2 1 ) ¡xm

b) Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis: Im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis lassen sich cytologisch drei Anteile unterscheiden: lateral

L a t e r a l g e n i c u l a t e b o d y of Tupaia

.'Sfw

belangeri

geniculatum

eine L a m i n a e x t e r n a und medial eine L a m i n a interna

l a t e r a l e n u c l . v e n t r a l i s eines .Vi ( T l'i/7.">, S c h n i t t - N r . 'I'IÜ)

mit dorsalem und ventralem Segment. Der rostrale

Abb. 10a. Fibrilloarehitektonik Ontogenesetage silberung nach

alten BOIMAX.

des

männlichen

Corpus

Tupaia

Vergrößerung ca.

belangeri.

Ver-

125fach.

Pol dieses Kerngebiets wird ausschließlich von Zellen des dorsalen Segments der L a m i n a interna gebildet.

A b b . 1 0 b . M y e l o a r c h i t e k t o n i k des C o r p u s g e n i c u l a t u m l a t e r -

W i r finden hier kleine Neurone geringer Packungs-

ale nucl. v e n t r a l i s eines 93 ( T 'J(>/73, S c h n i t t - N r . f>'i3) O n t o -

dichte

genesetage alten männlichen den-Färbung c a . 12."ifach.

nach

Tupaia

belangeri.

HKIOEXHAIX-WOBLCKK.

MarkscheiVergrößerung

(Abb. 8 j ) ,

die meist ovale, vereinzelt

polygonale F o r m e n hell

gefärbt.

Der

ständigen Nucleolus.

aufweisen. Zellkern

auch

I h r Cytoplasma

enthält

einen

ist

mittel-

358

Kip, G.

Im mittleren Anteil und caudalen Pol des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis erscheinen zusätzlich Lamina externa und das ventrale Segment der Lamina interna. Die Grenzen zwischen den drei Anteilen des Kerngebietes sind nicht immer eindeutig. Oft findet man Übergänge, in denen Nervenzellen zweier Nachbarareale gleichzeitig anzutreffen sind. In der Lamina externa (Abb. 8i) liegen sehr große, polygonale Neurone. Ihr Cytoplasma ist intensiv gefärbt und weist grobe Nissl-Schollen auf. Die mittelständigen, etwas heller gefärbten Zellkerne enthalten einen Nucleolus. Neben den großen Neuronen findet man vereinzelt eingestreut kleine, sehr blaß gefärbte polygonale Nervenzellen, deren Cytoplasma keine Nissl-Schollen erkennen läßt. Das ventrale Segment der Lamina interna (Abb. 8k) enthält mittelgroße, polygonale Nervenzellen. Ihr Cytoplasma ist nicht so intensiv gefärbt wie das der Nervenzellen der Lamina externa, enthält aber auch mehrere Nissl-Schollen. In den runden Zellkernen liegt ein Nucleolus, dem kleine Chromatinbröckchen angelagert sind. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Größen der Perikayen in den einzelnen Segmenten des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis: Lamina externa große Neurone kleine Neurone

ca. 30 (25) ¡im ca. 1 3 - 2 3 ( 1 0 - 1 8 ) (xm

Lamina interna dorsales Segment ca. 15 — 24 (12 — 19) ¡xm ventrales Segment ca. 18—26 (14 — 21) ¡xm 4.

Fibrilloarchitektonik

Im Tr. opticus sind in der Versilberung nach BODIAN beim 36 Ontogenesetage alten embryonalen Tier feine Nervenfasern erkennbar. Im Corpus geniculatum laterale werden am 39. Ontogenesetag feine Faserbündel sichtbar, die aus dem Tr. opticus einstrahlen und im dorsalen und ventralen Kerngebiet einen nahezu parallelen Verlauf zum Tr. opticus zeigen. Die Anzahl der Fasern nimmt zum dorsalen Pol des dorsalen Kerns hin ab. Am 43. Ontogenesetag hat die Dichte der Fasern in den Bündeln und im Tr. opticus zugenommen. Im dorsalen Bereich des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis werden jetzt fein verzweigte Einzelfasergeflechte erkennbar. Diese Einzelfasergeflechte treten im Laufe der weiteren Entwicklung in beiden Kerngebieten immer deutlicher und zahlreicher neben den Faserbündeln auf. Mit 54 Ontogenesetagen ist im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis (Abb. 10a) im Bereich der

Lamina externa ein äußerst dichtes Netz feinverzweigter Einzelfasern sichtbar. Dazwischen sind einige Anschnitte von Faserbündeln zu erkennen. Im Bereich der Lamina interna finden wir nur wenige Einzelfasern, dagegen durchziehen hier mehrere Faserbündel den Kern von ventral nach dorsal. Die meisten von ihnen treten in die Lamina medullaris externa thalami ein, einige wenige gelangen zum Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis. In letzterem Kerngebiet (Abb. 9 a) konzentrieren sich die Faserbündel im ventralen Kernbereich. Sie verlaufen hier gleichzeitig zwischen als auch in den nervenzellreichen Schichten. Im gesamten Kerngebiet findet man Einzelfasergeflechte. Das Fasernetz ist in der Mitte des Kerngebietes, etwa im Bereich der Schicht 3, weniger stark ausgebildet als im übrigen Kernbereich. Nach dem 54. Ontogenesetag ist qualitativ keine Veränderung der Fasern im Corpus geniculatum laterale zu erkennen.

5.

Myeloarchitektonik

In der Markscheidenfärbung nach HEIDENHAINWOELCKE sind myelinisierte Fasern erstmals am 51. Ontogenesetag im Bereich des Chiasma opticum erkennbar. Die Myelinisierung setzt sich in den nächsten Ontogenesetagen entlang des Tr. opticus fort, und am 59. Ontogenesetag findet man in der gesamten Faserbahn markscheidenhaltige Nervenfasern. Einige von ihnen strahlen in das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis ein. Die Myelinisierung der Radiatio optica beginnt am 65. Ontogenesetag. Gleichzeitig treten jetzt auch einzelne myelinisierte Fasern aus dem Tr. opticus in das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis ein. Mit 70 Ontogenesetagen können im gesamten Kerngebiet des Corpus geniculatum laterale markscheidenhaltige Fasern gefunden werden. Sie bilden teils Einzelfasergeflechte, teils kurze Faserbündel, die annähernd parallel zum Tr. opticus verlaufen. Die Anzahl der myelinisierten Fasern im Tr. opticus hat stark zugenommen, erhöht sich aber in der weiteren Ontogenese nicht mehr wesentlich. Am 93. Ontogenesetag treten im Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis gleichmäßig verteilte Einzelfasergeflechte auf. In den ventralen Pol des ventralen Kerns (Abb. 10b) treten kurze, markhaltige Faserbündcl aus dem Tr. opticus ein. Sie setzen sich, vorwiegend im Bereich der Lamina interna, nach dorsal bis in die Lamina medullaris externa thalami und in das Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis fort. In letzteren Kern (Abb. 9 b) treten an seinem ventralen Pol myelinisierte Fasern

L a t e r a l geniculate b o d y of Tupaia belangeri

aus dem Tr. opticus ein. Sie verlaufen in kurzen Bündeln zusammen mit den aus dem ventralen Kern übergetretenen Faserbündeln halbkreisförmig nach medial in Richtung Lamina medullaris externa thalami. Im dorsolateralen Bereich des Kerngebietes findet man ebenfalls Faserbündel, die aus dem Tr. opticus einstrahlen. In der Mitte des Kerngebietes bleibt eine Zone ohne markhaltige Faserbündel. Insgesamt ist der Verlauf der Faserbündel unabhängig vom Verlauf der Nervenzellschichten. Nach dem 93. Ontogenesetag ist qualitativ keine Veränderung der Myelinisierung im Corpus geniculat u m laterale zu erkennen.

Quantitative Befunde Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis: Die Frischvolumina der rechten und linken Seite des Kerngebietes wurden getrennt bestimmt. Mit dem WiLOTXON-Test wurde kein signifikanter Seitenunterschied festgestellt (P = 0,07), so daß die Daten für die Frischvolumina (Tab. 1) gemeinsam als Summe der rechten und linken Seite analysiert und graphisch dargestellt werden konnten (Abb. 11). Da es in der Ausgleichsrechnung mit den Daten der Normserie allein nicht zu einer biologisch sinnvollen Wachstumskurve kam, wurden acht weitere Schnittserien männlicher Tupaia belangeri hinzugenommen. Das Frischvolumen des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zeigt einen überschießenden Wachstumsverlauf, der mit der Mehrkomponentenanalyse (5) approximiert wird. Das Volumen entwickelt sich bis zum 82. Ontogenesetag zu einem Maximum von 10,7 mm 3 . Von diesem Zeitpunkt an setzt eine Reduktion des Frischvolumens um ca. 17% ein, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 9,2 mm 3 , das am 125. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1% erreicht wird. Die Halbwertszeit beträgt 55 Ontogenesetage, der Vermehrungsfaktor 5,8 (Tab. 4, Abb. 11). Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis : Die sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis können erstmals am 51. Ontogenesetag abgegrenzt werden, so daß für die Berechnung ihrer Wachstumskurven nur 29 Tiere zur Verfügung stehen. Da die Frischvolumina des Gesamtkerns keine signifikanten Seitenunterschied aufweisen, werden die Messungen der Schichtenvolumina nur auf der linken Seite durchgeführt (Tab. 2); die Volumina der rechten Seite werden als nicht signifikant abweichend angenommen.

359

Tabelle 1. Frisch Volumina in m m 3 des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis einer ontogenetischen Reihe von 43 männlichen T u p a i a belangeri u n d des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis einer ontogenetischen Reihe von 35 männlichen T u p a i a belangeri. Nummer

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T

118/73 31/73 23/73 26/72 27/72 28/72 29/72 17/72 130/73 54/73 61/72 47/73 60/72 52/73 47/72 53/73 21/72 22/72 89/72 28/73 48/72 24/72 25/72 128/72 37/73 46/73 66/72 45/73 18/72 20/72 102/73 13/75 11/75 65/72 12/75 10/75 21/74 97/72 19/74 138/73 18/74 22/74 20/74

Alter

Corpus geniculatum laterale

in OT

nucl.

dorsalis nucl.

ventralis

links

rechts

links

rechts

0,4 0,5 0,5 1,1 0,9 0,8 0,7 0,8 0,9 0,8 1,2 0,9 1,9 1,2 2,1 1,5 2,0 2,4 3,0 4,0 5,0 4,7 5,3 4,7 5,2 5,8 4,8 4,5 4,7 4,0 5,5 5,4 4,9 3,9 4,2 4,6 4,7 4,3 4,2 4,5 4,5 4,9 4,7

0,4 0,5 0,5 1,2 0,9 0,9 0,9 0,8 0,9 0,8 1,3 1,0 1,8 1,2 2,1 1,5 2,2 2,2 3,1 4,4 5,0 4,9 5,2 4,8 5,0 5,6 4,7 4,7 4,7 4,1 5,4 5,4 5,0 3,8 4,5 4,7 4,9 4,3 4,3 4,5 4,4 4,9 4,7

0,2 0,2 0,2 0,5 0,4 0,4 0,3

0,2 0,3 0,2 0,5 0,4 0,4 0,3

36 39 40 43 43 43 43 44 44 45 47 47 48 49 51 51 55 59 61 64 66 70 74 79 83 93 100 116 131 142 151 153 194 234 290 324 344 359 361 388 413 450 536

—

—

0,4

0,4

—

—

0,6

0,7

—

—

0,6

0,9

-

—

1,1

1,1

—

—

0,8 1,3 1,0 1,4 1,5 1,4 1,2 1,5 1,5 1,6 1,4 1,5

1,1 1,0 1,1 1,4 1,4 1,5 1,2 1,6 1,2 1,6 1,4 1,5

—

—

—

—

1,6 1,8 1,7

1,4 1,7 1,7

—

—

1,7 1,6 1,6 1,4 1,6 1,4 1,4 1,6 1,7

1,6 1,5 1,7 1,5 1,6 1,5 1,6 1,6 1,6

Wie der Gesamtkern zeigen auch alle sechs Schichten ein Überschußwachstum, das mit der Mehrkomponentenanalyse (5) approximiert wird. Ein Vermehrungsfaktor kann für die Funktionen nicht angegeben werden, da Volumenmessungen zum Zeitpunkt der Geburt noch nicht durchgeführt werden konnten.

360

Kip, G.

F r i s c h v o l u m e n des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale

nucl.

dorsalis in mrn^

6

-

4 -

2

Abb. 11. Frischvolumen des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis beider Seiten in mm 3 von 43 männlichen Tupaia belangen in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Das Frischvolumen wurde durch die 6parametrige Wachstumsfunktion (5) approximiert.

-

t i n Ontogenesetagen

—p~ - r 60

120

180

240

300

360

420

I

480

540

F r i s c h v o l u m e n des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c l . v e n t r a l i s In mm

3.5 (3) (4) 3.0

2.5 -

(5)

2.0 1.5

1.0

0.5 " t in Ontogenesetagen

0.0 0

T-

I

I

l

l

—I—

i

I

1

60

120

180

240

300

360

420

480

540

Abb. 12. Frischvolumen des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis beider Seiten in mm 3 von 35 männlichen Tupaia belangen in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Das Frischvolumen wurde durch die 3-, 4- und Sparametrige Form der logistischen Wachstumsfunktion (3), (4) approximiert.

Schicht S:

Schicht 1 :

Das Frischvolumen der Schicht S erreicht mit 91 Ontogenesetagen seinen Maximalwert von 0,7 mm 3 (Abb. 13). Dieses Maximalvolumen reduziert sich um ca. 18%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 0,6 mm 3 , das am 109. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1% erreicht wird. Die Halbwertszeit beträgt 58 Ontogenesetage.

Die Schicht 1 erreicht am 86. Ontogenesetag ihr Maximalvolumen von 0,8 mm 3 (Abb. 14). Dieser Maximalwert reduziert sich um ca. 23%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 0,6 mm 3 , das am 231. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1% erreicht ist. Die Halbwertzeit beträgt 56 Ontogenesetage.

L a t e r a l geniculate b o d y of Tupaia

belangeri

361

T a b e l l e 2. F r i s c h v o l u m i n a der sechs Schichten des C o r p u s g e n i c u l a t u m l a t e r a l e nucl. dorsalis (linke Seite) einer o n t o g e n e t i schen R e i h e v o n 29 m ä n n l i c h e n T u p a i a belangeri. Nummer

Alter in O T

Schicht S in m m 3

Schicht 1 in m m 3

Schicht 2 in m m 3

Schicht 3 in m m 3

Schicht 4 in m m 3

Schicht 5 in m m 3

T 47/72 T 53/73 T 21/72 T 22/72 T 89/72 T 28/73 T 48/72 T 24/72 T 25/72 T 128/73 T 37/73 T 46/73 T 66/73 T 45/73 T 18/72 T 20/72 T 102/73 T 13/75 T 11/75 T 65/72 T 12/75 T 10/75 T 21/74 T 97/72 T 19/74 T 138/73 T 18/74 T 22/74 T 20/74

51 51 55 59 61 64 65 70 74 79 83 93 100 116 131 142 151 153 194 234 290 324 344 359 361 388 413 450 536

0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,5 0,5 0,6 0,7 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,8 0,8 0,6 0,5 0,6 0,6 0,7 0,5 0,5 0,6 0,6 0,7 0,6

0,3 0,2 0,3 0,3 0,4 0,6 0,8 0,7 0,8 0,7 0,8 0,8 0,7 0,7 0,8 0,6 0,8 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0,7 0,6 0,5 0,7 0,6 0,7 0,7

0,5 0,4 0,6 0,6 0,8 1,0 1,3 1,2 1,4 1,2 1,3 1,4 1,3 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,3 1,0 1,1 1,2 1,2 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 1,2

0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 1,0 1,2

0,3 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 0,7 0,9 0,8 0,7 0,7 0,6 0,9 0,8 0,7 0,6 0,6 0,8 0,8 0,6 0,6 0,8 0,7 0,8 0,7

0,2 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,5 0,3 0,4 0,4 0,3 0,4 0,4 0,3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

1,1 1,2 1,0 1,1 1,4 1,1 1,1 1,0 1,0 1,3 1,3 1,3 1,0 0,9 1,0 1,0 1,1 1,0 0,9 1,0 1,1 1,1

T a b e l l e 3. P a r a m e t e r P , bis P 6 der A u s g l e i c h s f u n k t i o n e n des W a c h s t u m s der F r i s c h v o l u m i n a des Corpus g e n i c u l a t u m l a t e r a l e nucl. dorsalis (rechte + linke Seite), seiner sechs Schichten (linke Seite) u n d des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale nucl. v e n t r a l i s (rechte + linke Seite). I n d e r zweiten Zeile sind jeweils die S t a n d a r d a b w e i c h u n g e n der P a r a m e t e r angegegen. P,

P2

P3

P,

15,6

/

6,8 0,5

-0,11 0,01

-6,4 0,2

Schicht S

0,7 0,1

8,1 2,1

-0,13 0,04

-0,13 0,09

Schicht 1

0,8 0,4

9,7 5,4

-0,17 0,09

-0,2 0,5

3,7 13,8

-0,03 0,08

Schicht 2

2,0

7,9 1,2

-0,12 0,02

-0,8 0,03

5,3 5,5

-0,07 0,06

Schicht 3

2,0

6,6 1,7

-0,11 0,02

-1,0 0,03

4,4 6,1

-0,07 0,07

6,7 1,1

-0,11 0,03

-1,0 0,02

6,9 6,0

-0,09 0,06

/

6,8 1,2

-0,11 0,03

-0,4 0,01

7,3 5,6

-0,09 0,06

C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale nucl. v e n t r a l i s

3,1 0,1

6,6 0,7

-0,13 0,01

/

/

/

3-, 4- u n d S p a r a m e t r i g e F o r m

3,1 0,1 3,1 0,1

7,2 1,3 7,2 4,2

-0,15 0,05 -0,2 0,2

0,000 2 0,000 4 0,000 2 0,0018

0,000 000 04 0,000003

/

/ / /

C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale nucl. dorsalis

/ / Schicht 4

1,6

/ Schicht 5

0,7

Ps

P6 7,1 4,2

-0,09 0,05

31,4 128,0

-0,31 1,27

362

Kip. G.

Tabelle 4. Biologisch wichtige Parameter des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis (rechte + linke Seite), seiner sechs Schichten (linke Seite) und des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis (rechte + linke Seite) W (OT)

V

Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis

55

5,8

Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht Schicht

58 56 56 54 55 55

/ / / / / /

S 1 2 3 4 5

''ex.

Reduktion

P ¡ + P,

(OT)

(%)

(mm3)

(OT)

10,7

82

17

9,2

125

0,7 0,8 1,3 1,2 0,8 0,5

91 86 82 82 81 81

18

0,6

23 13

0,6

109 231 130 133

Maximum (mm3)

3

Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis

W (OT)

V

P , (mm )

^ass.. (OT)

3-parametrige Form 4-parametrige Form 5-paramctrige Form

50 50 50

3,6 3,7 3,7

3,1 3,1 3,1

86 88 89

1,2

12

1,1

15 25

0,7 0,4

121

131

Abkürzungen zu Tabelle 4: W V tex ¿ass P, Pt OT

P.i

= = = = = = =

Halbwertszeit Vermehrungsfaktor Zeitpunkt, an dem das Maximum erreicht wird Zeitpunkt, an dem 99% des Idealvolumens bzw. 101% des mittleren Endvolumens erreicht werden Idealvolumen mittleres Endvolumen Alter in Ontogenesetagen

Schicht 2:

Schicht 5:

Die Schicht 2 erreicht am 82. Ontogenesetag ihr Maximalvolumen von 1,3 mm 3 (Abb. 15). Dieser Maximalwert reduziert sich um ca. 13%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 1,2 mm 3 , das am 130. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1 % erreicht wird. Die Halbwertszeit beträgt 56 Ontogenesetage.

Die Schicht 5 erreicht am 81. Ontogenesetag ihr Maximalvolumen von 0,5 mm 3 (Abb. 18). Dieser Maximalwert reduziert sich um ca. 25%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 0,4 mm 3 , das am 131. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1% erreicht wird. Die Halbwertszeit beträgt 55 Ontogenesetage.

Schicht 3: Das Frischvolumen der Schicht 3 erreicht mit 82 Ontogenesetagen seinen Maximalwert von 1,2 mm 3 (Abb. 16). Dieses Maximalvolumen reduziert sich um ca. 12%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 1,1 mm 3 , das am 133. Ontogenesetag bis auf eine Differenz von 1% erreicht wird. Die Halbwertszeit beträgt 54 Ontogenesetage. Schicht 4: Das Frischvolumen der Schicht 4 erreicht am 81. Ontogenesetag den Maximalwert von 0,8 mm 3 (Abb. 17). Dieses Maximalvolumen reduziert sich um ca. 15%, bezogen auf das mittlere Endvolumen von 0,7 mm 3 . Am 121. Ontogenesetag ist das mittlere Endvolumen bis auf eine Differenz von 1% erreicht. Die Halbwertszeit beträgt 55 Ontogenesetage.

Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis: Wie beim Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis wurden auch hier die Frischvolumina für die rechte und linke Seite getrennt bestimmt (Tab. 1). Der WILCOXON-Test ergab mit P — 0,08 keinen signifikanten Seitenunterschied, so daß die Daten der Frischvolumina addiert und in einer gemeinsamen Wachstumskurve analysiert werden konnten (Abb. 12). Das Frischvolumenwachstum des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis zeigt einen monoton steigenden, S-förmigen Kurvenverlauf. Er wird mit der 3-, 4- und 5-parametrigen Form der logistischen Wachstumsfunktion (3), (4) approximiert. Da die 4- und 5-parametrige Form keine Verbesserung der Anpassung ergeben, charakterisiert die 3-parametrige Form den Kurvenverlauf hinreichend (Abb. 12). Das

Lateral geniculate body of Tupaia belangerì

363

F r i s c h v o l u m e n der S c h i c h t S des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c ! . dorsalis in m m

- r - —1— 60

120

Abb. 13. Frischvolumen der Schicht S des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis der linken Seite in m m 3 von 29 männlichen Tupaia belangen in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Das Frischvolumen wurde durch die 6parametrige W a c h s t u m s f u n k t i o n (5) approximiert.

t in O n t o g e n e s e t a g e n

180ü3o

300

T"

360

T

420

480

540

F r i s c h v o l u m e n der S c h i c h t 1 des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale nucl.

d o r s a l i s in m m

0.7

0.6

"

0

60

i

i

i

i

i

120

180

240

300

360

Abb. 14. Frischvolumen der Schicht 1 des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis der linken Seite in m m 3 von 29 männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Das Frischvolumen wurde durch die 6parametrige W a c h s t u m s f u n k t i o n (5) approximiert.

I in O n t o g e n e s e t a g e n

i

i

i

420

480

540

Frischvolumen steigt bis zum 8(i. Ontogenesetag auf !)9% des Idealvolumens von 3,1 mm 3 an. Die Halbwertszeit beträgt 50 Ontogenesetage, der Vermehrungsfaktor 3,6. Diskussion der qualitativen Befunde Die in dieser Untersuchung mitgeteilte topographische Beschreibung des Corpus geniculatum laterale

stimmt mit den in der Literatur angegebenen Abgrenzungskriterien überein (CAMPBELL et al., 1967; CLARK,

192!),

1932;

GLICKSTEIN,

1966;

HARTING

e t al., 1 9 7 3 ; TIGGES, 1966). E b e n s o w i r d v o n

meisten Autoren ein 6-Schichtenbau geniculatum laterale nucl. dorsalis (CLARK,

1929;

FEREMUTSCH,

1963;

den

des Corpus beschrieben GLENDENNIG

e t al., 1 9 7 6 ; GLICKSTEIN, 1 9 6 6 ; HARTING e t al., 1 9 7 3 ; HUBEL, 1 9 7 5 ; KAAS e t al., 1972). D a g e g e n g i b t es

364

Kip, G.

F r i s c h v o l u m e n der S c h i c h t 2 des C o r p u s g e n i c u l a t u i n laterale n u c l . dorsahs i n mm

1.2

0.9

0.6

0.3

-

0.0 +• 0

t i n Ontogenesetagen ^

60

120

I

[

180

240

300

360

420

480

!

Abb. 15. F r i s c h v o l u m e n der Schicht 2 des C o r p u s geniculatuin laterale nucl. dorsalis der linken Seite in m m 3 v o n 29 m ä n n l i c h e n Tupaia belangen in A b h ä n g i g k e i t v o m Ontogenesealter. D a s F r i s c h v o l u m e n w u r d e d u r c h die Gparametrige W a c h s t u m s f u n k t i o n (5) approximiert.

MO

F r i s c h v o l u m e n der S c h i c h t 3 des Corpus g e n i c u l a t u m laterale n u c l . dorsalis in mm,3

1.2

0.9

0.6

0.3

0.0 60

T "

—r120

180

240

300

360

-r 420

t in Ontogenesetagen 480

A b b . 16. F r i s c h v o l u m e n der Schicht 3 des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale nucl. dorsalis der linken Seite in m m 3 von 29 m ä n n l i c h e n Tupaia belangeri in A b h ä n g i g k e i t v o m Ontogencsealter. D a s Frischv o l u m e n w u r d e d u r c h die iiparametrige W a c h s t u m s f u n k t i o n (5) a p p r o x i m i e r t .

540

keine detaillierten cyto-, myelo- und fibrilloarchitektonischen Beschreibungen in der Literatur, so daß ein Vergleich der hier beschriebenen Ergebnisse mit anderen Autoren nicht möglich ist. Lediglich

nisse stimmen mit der vorliegenden Untersuchung überein. Eine Reihe von Autoren beschäftigt sich mit den Faserverbindungen des Corpus geniculatum laterale

AKPLANALP (1971) u n t e r n i m m t eine Gliederung des

nucl. dorsalis. GLICKSTEIN (196(5), HARTING et al. (1973) u n d KAAS et al. (1.972) b e s t ä t i g e n d u r c h D e -

Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis auf Grund cytologisch unterschiedlicher Areale. Seine Ergeb-

generationsversuche den ö-Schichtenbau des Kern-

Lateral geniculate body of Typaia

belangeri

365

F r i s c h v o l u m e n der S c h i c h t 4 des C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u d . d o r s a l i s in mm

t in Ontogenesetagen

60

i

I

I

i

120

180

240

300

360

420

-T-

I

480

540

'

0.10

0.05 t in Ontogenesetagen

0.00 0

1

1

1

1

60

120

180

240

1

1

300

360

1 420

480

gebietes. Jede Schicht erhält dabei Afferenzen aus nur einer Retina mit folgender Zuordnung: Schicht i und 5 ipsilaterale Retina, Schicht S, 2, 3 und 4 kontralaterale Retina. Die Anzahl der in Schicht 3 endenden F a s e r n ist nur sehr gering (HARTING et al.,

1973), es handelt sich aber eindeutig um kontralaterale Afferenzen, wie HUBEL (1975) in einer auto-

Abb. 17. Frischvolumen der Schicht 4 des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis der linken Seite in mm 3 von 29 männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. l ) a s Frischvolumen wurde durch die Gparametrige Wachstumsfunktion (5) approximiert.

Abb. 18. Frischvolumen der Schicht 5 des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis der linken Seite in mm 3 von 29 männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Das Frischvolumen wurde durch die Gparametrige Wachstumsfunktion (5) approximiert.

540

radiographischen Untersuchung nachweist. Morphologisch lassen sich in den Versilberungspräparaten nach BODIAN in Schicht 3 des Corpus geniculatum

laterale nucl. dorsalis weniger Einzelfasergeflechte als im übrigen Kern nachweisen. Im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis zeigt sich eine unterschiedliche Verteilung der Fasern.

366

Kip, G.

Während die Lamina externa fast ausschließlich aus Einzelfasergeflechten besteht, finden wir in der Lamina interna vorwiegend Faserbündel. Nur wenige Autoren untersuchen die Faserverbindungen des Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis. CAMPBELL et al. (1967) beschreiben Afferenzen aus der Retina in der L a m i n a externa, LAEMLE (1968) findet zu-

sätzlich im dorsalen Segment der Lamina interna endende R e t i n a a x o n e . ABPLANALP (1971) beschreibt

für die Lamina externa Afferenzen aus der Area 17. Das dorsale Segment der Lamina interna erhält keine Eingänge aus der Sehrinde. Die morphologische Reifung der beiden Kerngebiete des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis zeigt während der Ontogenese eine Heterochronie. Zuerst erkennt man in der Versilberung nach BODIAN mit 39 Ontogenesetagen feine Nervenfaserbündel, die aus dem Tr. opticus in beide Kerne einstrahlen, danach bilden sich mit 43 Ontogenesetagen feine Einzelfasergeflechte aus. Die im Lichtmikroskop beurteilbare Cytoplasmavermehrung beginnt im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis am 43. Ontogenesetag, im Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis am 47. bzw. in seiner Schicht 3 erst am 50. Ontogenesetag. Die anfänglich vorwiegend randständig liegenden Zellkerne verlagern sich mit der Zunahme des Cytoplasma in das Zentrum der Nervenzellen. Gleichzeitig nimmt dabei die Zahl der Nucleoli pro Zellkern ab. Myelinisierte Faserbahnen können wir im Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis erstmals am 59. Ontogenesetag, im Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis erstmals am 65. Ontogenesetag beobachten. ZILLES et al. (1974) findet im Nucl. n. oculomotorii

bei Tupaia belangeri eine Abnahme der Anzahl von Zellkernen mit Doppel- und Dreifachnucleoli während der Ontogenese. Eine entsprechende quantitative Untersuchung am Corpus geniculatum laterale steht noch aus, doch stimmt die oben mitgeteilte Abschätzung der Veränderung der Nucleolizahl mit der Messung am Nucl. n. oculomotorii in der Tendenz überein. Auch wenn die taxonomische Stellung von Tupaia bisher nicht endgültig geklärt ist, bietet sich doch eine G e g e n ü b e r s t e l l u n g m i t den von SCHULZ (1967)

untersuchten Prosimiern und Simiern mit 6schichtigem Bau des Corpus geniculatum laterale an. Er kann bei allen untersuchten Tierarten großzellige und kleinzellige Schichten unterscheiden. SCHULZ (1967)

und

HASSLER e t

al.

(1965)

leiten

aus

den

cytologischen Unterschieden von groß- und kleinzelligen Schichten funktionelle Unterschiede ab, die darin bestehen, daß die großzelligen Schichten das skotopische Sehen repräsentieren, während die kleinzelligen Schichten den photopischen Apparat, der dem Farbensehen entspricht, repräsentieren.

Bei Tupaia belangeri bilden die Schichten 1, 2, 4 und 5 ein cytologisch einheitliches Bild. Schicht 3 unterscheidet sich in der vorwiegend ovalen Form ihrer Perikaryen, der kleineren Perikaryengröße, der helleren Cytoplasmafärbung, der höheren Pakkungsdichte der Neurone und der verspäteten Cytoplasmareifung von den übrigen Schichten. Schicht S unterscheidet sich durch vorwiegend spindelförmige Perikaryen und eine sehr geringe Packurgsdichte ihrer Neurone von den übrigen Schichten, wobei die Perikaryen größer als in den Schichten 1, 2, 4 und 5 sind. Inwieweit die cytologischen Unterschiede von Schicht S, 3 und den übrigen vier Schichten auch funktionelle Unterschiede beinhalten, kann im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht werden.

Diskussion der quantitativen Befunde Die Kerne des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis unterscheiden sich erheblich in ihrem Frischvolumenwachstum. Das Frischvolumen des dorsalen Kerns zeigt ein Überschußwachstum, das Frischvolumen des ventralen Kerns einen monoton steigenden, S-förmigen Kurvenverlauf (Abb. I I, 12). Das Phänomen des überschießenden Frischvolumenwachstums wird von NITSCHKE (im Druck) u n d ZILLES et al. (1976a, b,

1977) an der Area striata, dem Nucl. habenulae, dem Corpus mamillare und dem Pulvinar beschrieben. Der mittlere Endwert des Frischvolumens ist beim Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis mit 9,2 mm 3 etwa dreimal so groß wie beim ventralen Kerngebiet mit 3,1 mm 3 . Die Reifegradkurven (Abb. 19) und die Wachstumsfunktion zeigen, daß das Idealvolumen beim dorsalen Kern mit 125 Ontogenesetagen, beim ventralen Kern bereits mit 86 Ontogenesetagen erreicht wird. Die unterschiedlichen Wachstumsraten der Reifegrade werden aus Abb. 20 ersichtlich. Auch bei der Betrachtung der Sekundärparameter wird deutlich, daß das Corpus geniculatum laterale nucl. ventralis mit einer Halbwertszeit von 50 Ontogenesetagen gegenüber 55 Ontogenesetagen beim dorsalen Kerngebiet und mit einem Vermehrungsfaktor von 3,6 gegenüber 5,8 beim dorsalen Kern als phylogenetisch älteres Kerngebiet ein Frühentwickler ist. Eine Analyse des Frischvolumenwachstums der sechs einzelnen Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zeigt, daß alle Schichten an dem überschießenden Wachstumsverlauf beteiligt sind (Abb. 13, 14, 15, 16, 17 und 18).

Lateral geniculate body of Typaia

belangeri

367

Reifegrade

=

Gesamthirn

= C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c l . dorsalis C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c l . v e n t r a l i s

t i n Ontogenesetagen

30

60

90

120

150

180

210

240

270

Abb. Ii). Reifegrade der Frischvolumina vom Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis sowie des Gesamthirns einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter.

Den monoton steigenden Wachstumskurven liegt die 3parametrige Form der logistischen Wachstumsfunktion, der überschießenden Wachstumskurve die (iparametrige Wachstumsfunktion zugrunde.

Abb. 20. Wachstumsraten der Reifegrade der Frischvolumina des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis sowie des Gesamthirns einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit

vom Ontogenesealter. Den monoton steigenden Wachstumskurven liegt die 3parametrige Form der logistischen Wachstumsfunktion, der überschießenden Wachstumskurve die Gparametrige Wachstumsfunktion zugrunde.

368

K i P , G.

Reifegrade

/

/> v ¿ f w Vi V f

c

7

ill

C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c l .

dorsalis

Schicht S Schicht 1 Schicht 2

i

Schicht 3 Schicht 4

Í 30

Schicht 5

60

90

—r-

120

n I ;

150

Abb. 21. Keifegrade der Frischvolumina der sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Den überschießenden Wachstumskurven liegt die Bparametrige Wachtumsfunktion zugrunde.

t in O n t o g e n e s e t a g e n 180

i

T

210

i

240

300

270

W a c h s t u m s r a t e n der R e i f e g r a d e

i i i ! C o r p u s g e n i c u l a t u m laterale n u c l . dorsalis

f\S

Schicht Schicht

: í

i

Schicht Schicht

#

Schicht

i

Schicht

ii>

i\

\lv

tyr \ i/ I t in O n t o g e n e s e t a g e n

-r-

-r-

30

60

90

120

150

180

i

i

I

-T*1

210

240

270

300

D a s m i t t l e r e E n d v o l u m e n i s t in S c h i c h t 2 (1,2 m m 3 ) und

Schicht

3

(1,1 m m 3 )

am

größten.

Es

folgt

S c h i c h t 4 mit 0,7 mm3. S c h i c h t S und S c h i c h t 1 sind mit

jeweils

0,6

mm3

halb

so g r o ß ,

Schicht

5

mit

0/i m m 3 ein D r i t t e l so g r o ß wie S c h i c h t 2. D i e H a l b w e r t s z e i t e n g l e i c h e n sich m i t 54, 5 5 b z w .

Abb. 22. Wachstumsraten der Reifegrade der Frischvolumina der sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis einer ontogenetischen Reihe von männlichen Tupaia belangeri in Abhängigkeit vom Ontogenesealter. Den überschießenden Wachstumskurven liegt die fiparametrige Wachstumsfunktion zugrunde.

56 O n t o g e n e s e t a g e n , S c h i c h t S h a t eine Halbwertszeit von 58 Ontogenesetagen. Die inneren Schichten 4 und 5 erreichen ihr Maxim u m m i t 8 1 O n t o g e n e s e t a g e n , die m i t t l e r e n S c h i c h ten 2 und 3 mit 82 Ontogenesetagen,

die

äußeren

Schichten 1 und S mit 86 bzw. 91 Ontogenesetagen.

Lateral geniculate body of Tupaia

Die Reduktion bezogen auf das mittlere Endvolumen ist in Schicht 2 und 3 mit 13 bzw. 1 2 % gering, in Schicht 4 mit 1 5 % und Schicht S mit 1 8 % stärker und in Schicht 1 mit 2 3 % bzw. Schicht 5 mit 2 5 % groß. Die Reifegradkurven zeigen eine gewisse Übereinstimmung im Wachstumsverhalten der sechs Schichten (Abb. 21). Die Reduktion auf den mittleren Endwert ist in Schicht 1 mit 231 Ontogenesetagen gegenüber 109—133 Ontogenesetagen in den anderen Schichten erheblich verlängert. Allerdings muß dieser Unterschied im Wachstumsverhalten vorsichtig interpretiert werden, da der Parameter I \ , der im wesentlichen die Steigung des abfallenden Kurventeils bestimmt, mit einer hohen Standardabweichung behaftet ist. Die Wachstumsraten der Reifegrade aller Schichten ähneln einander (Abb. 22). Alle Kurven zeigen zwischen dem 55. und 60. Ontogenesetag die größte Wachstumsdynamik, gemessen an der Wachstumsrate des Reifegrades. Die zeitliche Zuordnung von Frischvolumenwachstum und qualitativen Reifungsvorgängen des Corpus geniculatum laterale soll näher betrachtet werden. Die Neuronenreifung mit starker Cytoplasmavermehrung fällt in die Phase der größten Wachstumsdynamik des Frischvolumenwachstums etwa zwischen dem 55. und 60. Ontogenesetag. Das Maximum des Frischvolumenwachstums liegt in den einzelnen Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis zwischen dem 81. und 91. Ontogenesetag. Dieser Zeitraum zeigt in der qualitativen Untersuchung vorwiegend eine Zunahme der Fasermyelinisierung. In der Phase der Frischvolumenreduktion können qualitativ keine Veränderungen des erreichten Reifungszustandes beobachtet werden. Die hier aufgeführten, rein qualitativ beurteilten Reifungsvorgänge sollen keine kausale Erklärung für das Frischvolumenwachstum liefern, sondern lediglich die zeitliche Korrelation aufzeigen. Um weitere Aussagen treffen zu können, wäre eine Fülle von zusätzlichen quantitativen Untersuchungen etwa über die Neuronenzahl, Neuronengröße und Neuronendichte während der Ontogenese erforderlich. ZILLES (1977) untersucht das überschießende Frischvolumenwachstum verschiedener Hirnregionen bei Tupaia belangeri. E r erklärt dieses Wachstumsverhalten durch eine erste autonome Wachstumsphase, der dann, durch einen unbekannten Regulationsvorgang (Einordnung in ein Gesamtsystem) bedingt, eine zweite Wachstumsphase folgt. Als übergeordnetes Gesamtsystem sieht er beispielsweise die Bildung von Verbindungen innerhalb des Zentralnervensystems an. J e früher diese Verbindungen zustande kommen, desto kürzer ist der ZeitHirnforschung, Bd. 19, Heft 4

belangeri

369

raum zur autonomen Entwicklung und desto früher wird der Endwert der Frischvolumenentwicklung erreicht. E r stützt diese These durch eine vergleichende Untersuchung an den Schichten der Area striata. Hier beginnt in der Lamina IV, der einzigen Schicht, die direkte Projektionen aus dem sich früh entwickelnden Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis erhält, die zweite Phase der Entwicklung am frühesten. Eine vergleichende Untersuchung des Frischvolumenwachstums an den Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis widerspricht dieser Hypothese nicht. Die Reifegradkurven der Frischvolumina aller sechs Schichten zeigen mit Ausnahme der Schicht 1 (Erläuterung siehe oben) große Übereinstimmungen. Sie erhalten alle Afferenzen aus der Retina und entsenden Efferenzen zur Area striata. Ein Vergleich der ermittelten Frischvolum snwerte des Corpus geniculatum laterale mit der Literatur ist für Tupaia nicht möglich, da keine entsprechenden Untersuchungen vorliegen. Nur eine einzige Arbeit befaßt sich mit dem Volumenwachstum des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis während der Ontogenese. ELGETI et al. (1976) machen diese Untersuchung an der Katze. Sie geben eine monoton steigende Volumenzunahme von 3,4 mm 3 bei der Geburt bis auf 26,4 mm 3 bei der adulten Katze an, das entspricht einem Vermehrungsfaktor von 7,8. Tupaia hat im Vergleich einen Vermehrungsfaktor von 5,8. Ein detaillierter Vergleich des Volumenwachstums zwischen Katze und Tupaia läßt sich allerdings nicht durchführen, da die Autoren keine Korrektur ihrer Volumina mit einem Schrumpfungsfaktor durchführen und ihren Kurvenverlauf nicht mit einer mathematischen Ausgleichsfunktion approximieren. Zusammenfassend seien die wichtigsten Ergebnisse der Diskussion aufgeführt: Sowohl bezüglich des Frischvolumenwachstums als auch bezüglich der qualitativ beurteilbaren Reifungsvorgänge wie Cytoplasmawachstum und Fasermyelinisierung besteht eine deutliche Heterochronie zwischen Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis und nucl. ventralis. Bei den beiden Unterkernen des Corpus geniculatum laterale treten zwei unterschiedliche Wachstumsformen auf. Der dorsale Kern zeigt einen überschießenden Wachstumsverlauf, der ventrale Kern einen monoton steigenden, S-förmigen Wachstumsverlauf. Alle sechs Schichten des Corpus geniculatum laterale nucl. dorsalis sind am Überschußwachstum beteiligt. Die Schichten zeigen cytologische Unter26

370

Kip, G.

schiede in der Cytoplasmareifung, eine Heterochronie ihres Frischvolumenwachstums ist nicht sicher feststellbar. Literatur P . : The neuroanatomical organization of the visual system in the tree shrew. Folia Primatol. 16, 1 — 34 (1971). C A M P B E L L , C . B. G.: The relationships of the tree shrew: the evidence of the nervous system. Evolution 20, 276 — 281 (1966). C A M P B E L L , C . B . G . , J . A . J A N E and D . Y A S H O N : The retinal projections of the tree shrew and hedgehog. Brain Res. 5, 4 0 6 - 4 1 8 (1967). CLARK, Le Gros W. E . : The thalamus of Tupaia minor. J . Anat. Physiol. 63, 1 7 7 - 2 0 6 (1929). CLARK, Le Gros W. E . : A morphological study of the lateral geniculate body. Brit. J . Ophthal. 16, 2 6 4 - 2 8 4 (1932). E L G E T I , H., R . E L G E R T and K . F L E I S C H H A U E R : Postnatal growth of the dorsal lateral geniculate nucleus of the cat. Anat. Embryol. 149, 1 - 1 3 (1976). F E R E M U T S C H , K . : Thalamus. I n : H O F E R , H . , A. H . S C H U L T Z und D. STARCK: Primatologia. Basel, New Y o r k : Karger 1963. ABPLANALP,

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Adresse des

Autors:

Gerhard KIP Medizinische Hochschule Hannover Department Anatomie, Abteilung I V (Neuroanatomie) Karl-Wiechert-Allee 9 D 3000 Hannover 61

J . Hirnforsch. 19 (1978) 371 - 3 7 8

D e p a r t a m e n t o de Anatomia de la Facultad de Medicina, Universidad de La Laguna (Spanien) (Direktor: Prof. Dr.

R.

FERRES-TORRES)

Quantitative altersabhängige Variationen der Dendritenspines im Hippocampus (CA1, CA 3 und Fascia Dentata) der Albinomaus. Von Gundela

MEYER

und l i o m u a l d o

FERRES-TORRES

Mit 5 Abbildungen (Eingegangen a m 7. September 1977)

Zusammenfassung: Die Dendritenspines der apikalen und basalen Dendriten der Pyramidenzellen in CA1 und CA3 und der Dendriten der Körnerzellen in der Fascia D e n t a t a werden in 19 Altersgruppen (vom 10. bis zum 190. Lebenstag) u n t e r s u c h t und statistisch ausgewertet. In CA1 und CA3 wird ein erster Anstieg der Spines bis zum 35. Lebenstag, ein darauffolgendes Absinken bis zum (>5. Lebenstag und eine erneute, bis zum 190. Lebenstag dauernde Z u n a h m e beobachtet. Dieses Verhalten findet sich in den Apikaidendriten in allen untersuchten Segmenten, nicht aber in den Basaldendriten, die eigenen E n t w i c k l u n g s m u s t e r n folgen. I n der Fascia D e n t a t a wird der steile Anfangsanstieg bis zum 15. Lebenstag von einer geringen, aber bis zum 190. Lebenstag k o n s t a n t e n Spinezunahme f o r t g e f ü h r t . Summary: The dendritic spines of the apical and basal dendrites of p y r a m i d a l neurons in CA1 and CA3 and of granule cells in Fascia D e n t a t a were investigated in 19 stages of age, from t h e 10th t o t h e 190th p o s t n a t a l day. The results were statistically evaluated. In CA1 and CA3 a first increase in t h e number of spines (with a m a x i m u m a t 35 days) is followed by a subsequent decrease u p t o the 65th d a y and a f u r t h e r increase u p t o t h e 190th day. This developmental p a t t e r n is found in t h e apical dendrites of CA1 and CA3 in all its investigated segments. On t h e c o n t r a r y t h e basal dendrites differ from this p a t t e r n . T h e spines in t h e Fascia D e n t a t a show a rapid increase u p to the 15th p o s t n a t a l d a y followed b y a slow b u t c o n s t a n t increase u p t h e end of our study.

Einleitung Die Dendritenspines sind dank ihrer Eigenschaft als postsynaptische Elemente (GRAY, 1959) besonders geeignet, funktionelle Veränderungen des Gehirns morphologisch darzustellen. Ihre Plastizität wurde unter verschiedenen experimentellen Bedingungen nachgewiesen, u n t e r anderen von GLOBUS u n d SCHEIBEL (1.967), VALVERDE (1967), FERRES e t al. (1977).

Auch zur Untersuchung der Ontogenese sind die Spines als Parameter synaptischen Verhaltens herangezogen worden, wobei der frühen dendritischen Differenzierung besonderes Interesse gewidmet wurde. Dabei stellt sich die Frage, ob nicht auch spätere Lebensabschnitte der Tiere, wie beispielsweise die Pubertät mit ihren einschneidenden psychischen und hormonellen Umstellungen, wichtige Veränderungen in den verschiedenen Gehirnzentren mit sich bringen; Veränderungen, die sich unter anderem als Variationen der Spinedichte ausdrücken könnten. Nachdem wir in früheren Arbeiten die postnatale Entwicklung verschiedener Gebiete des Hippocampus v e r f o l g t h a t t e n (MEYER, 197 / I, MEYER u n d FERRES,

1976) schien uns eine weiterführende Untersuchung

unter den eben genannten Aspekten von Interesse. In der vorliegenden Arbeit verfolgen wir daher das Verhalten der Spines in verschiedenen Gebieten und Feldern des Hippocampus über einen Zeitraum von 6 Monaten hinweg. Unsere Fragestellung konzentrierte sich dabei auf folgende Schwerpunkte: — Wie verhalten sich die Spines, nach ihrer anfänglichen Zunahme in der postnatalen Periode, in den ersten Lebensmonaten, das heißt, in einem Zeitraum, der Pubertät und frühes Erwachsenenalter umfaßt? — Finden sich Unterschiede in der Entwicklung zwischen den verschiedenen Gebieten des Hippocampus: CA1, CA3 und Fascia Dentata? — Wieweit verhalten sich apikale und basale Dendriten übereinstimmend? Läuft die Entwicklung ihrer Segmente parallel? Material und Methode 230 männliche Albinomäuse wurden vom 10. bis zum 190. Lebenstag in 19 Altersgruppen untersucht, und zwar v o m 10. bis zum 70. Lebenstag in 5tägigem Abstand, vom 70. 26*

J . Hirnforsch. 19 (1978) 371 - 3 7 8

D e p a r t a m e n t o de Anatomia de la Facultad de Medicina, Universidad de La Laguna (Spanien) (Direktor: Prof. Dr.

R.

FERRES-TORRES)

Quantitative altersabhängige Variationen der Dendritenspines im Hippocampus (CA1, CA 3 und Fascia Dentata) der Albinomaus. Von Gundela

MEYER

und l i o m u a l d o

FERRES-TORRES

Mit 5 Abbildungen (Eingegangen a m 7. September 1977)

Zusammenfassung: Die Dendritenspines der apikalen und basalen Dendriten der Pyramidenzellen in CA1 und CA3 und der Dendriten der Körnerzellen in der Fascia D e n t a t a werden in 19 Altersgruppen (vom 10. bis zum 190. Lebenstag) u n t e r s u c h t und statistisch ausgewertet. In CA1 und CA3 wird ein erster Anstieg der Spines bis zum 35. Lebenstag, ein darauffolgendes Absinken bis zum (>5. Lebenstag und eine erneute, bis zum 190. Lebenstag dauernde Z u n a h m e beobachtet. Dieses Verhalten findet sich in den Apikaidendriten in allen untersuchten Segmenten, nicht aber in den Basaldendriten, die eigenen E n t w i c k l u n g s m u s t e r n folgen. I n der Fascia D e n t a t a wird der steile Anfangsanstieg bis zum 15. Lebenstag von einer geringen, aber bis zum 190. Lebenstag k o n s t a n t e n Spinezunahme f o r t g e f ü h r t . Summary: The dendritic spines of the apical and basal dendrites of p y r a m i d a l neurons in CA1 and CA3 and of granule cells in Fascia D e n t a t a were investigated in 19 stages of age, from t h e 10th t o t h e 190th p o s t n a t a l day. The results were statistically evaluated. In CA1 and CA3 a first increase in t h e number of spines (with a m a x i m u m a t 35 days) is followed by a subsequent decrease u p t o the 65th d a y and a f u r t h e r increase u p t o t h e 190th day. This developmental p a t t e r n is found in t h e apical dendrites of CA1 and CA3 in all its investigated segments. On t h e c o n t r a r y t h e basal dendrites differ from this p a t t e r n . T h e spines in t h e Fascia D e n t a t a show a rapid increase u p to the 15th p o s t n a t a l d a y followed b y a slow b u t c o n s t a n t increase u p t h e end of our study.

Einleitung Die Dendritenspines sind dank ihrer Eigenschaft als postsynaptische Elemente (GRAY, 1959) besonders geeignet, funktionelle Veränderungen des Gehirns morphologisch darzustellen. Ihre Plastizität wurde unter verschiedenen experimentellen Bedingungen nachgewiesen, u n t e r anderen von GLOBUS u n d SCHEIBEL (1.967), VALVERDE (1967), FERRES e t al. (1977).

Auch zur Untersuchung der Ontogenese sind die Spines als Parameter synaptischen Verhaltens herangezogen worden, wobei der frühen dendritischen Differenzierung besonderes Interesse gewidmet wurde. Dabei stellt sich die Frage, ob nicht auch spätere Lebensabschnitte der Tiere, wie beispielsweise die Pubertät mit ihren einschneidenden psychischen und hormonellen Umstellungen, wichtige Veränderungen in den verschiedenen Gehirnzentren mit sich bringen; Veränderungen, die sich unter anderem als Variationen der Spinedichte ausdrücken könnten. Nachdem wir in früheren Arbeiten die postnatale Entwicklung verschiedener Gebiete des Hippocampus v e r f o l g t h a t t e n (MEYER, 197 / I, MEYER u n d FERRES,

1976) schien uns eine weiterführende Untersuchung

unter den eben genannten Aspekten von Interesse. In der vorliegenden Arbeit verfolgen wir daher das Verhalten der Spines in verschiedenen Gebieten und Feldern des Hippocampus über einen Zeitraum von 6 Monaten hinweg. Unsere Fragestellung konzentrierte sich dabei auf folgende Schwerpunkte: — Wie verhalten sich die Spines, nach ihrer anfänglichen Zunahme in der postnatalen Periode, in den ersten Lebensmonaten, das heißt, in einem Zeitraum, der Pubertät und frühes Erwachsenenalter umfaßt? — Finden sich Unterschiede in der Entwicklung zwischen den verschiedenen Gebieten des Hippocampus: CA1, CA3 und Fascia Dentata? — Wieweit verhalten sich apikale und basale Dendriten übereinstimmend? Läuft die Entwicklung ihrer Segmente parallel? Material und Methode 230 männliche Albinomäuse wurden vom 10. bis zum 190. Lebenstag in 19 Altersgruppen untersucht, und zwar v o m 10. bis zum 70. Lebenstag in 5tägigem Abstand, vom 70. 26*

372

Meyer G., und R . Ferres-Torres

bis zum 130. Lebenstag in 15tägigem Abstand und vom 130. bis zum 100. Lebenstag in 30tägigem Abstand. Nach der Imprägnierung der Gehirne mit einer Glutaraldehyd-Variation der Golgi-Kopsch-Methode erfolgte die Anfertigung der Schnittserien, entweder nach Paraffinüberkrustung mit einem Handmikrotom oder manuell mit einer Rasierklinge. Die Auszählung der Spines wurde mit einem Okularmikrometer bei einer Vergrößerung von 640 x vorgenommen. Wir untersuchten folgende Dendriten: CA 1-

CA 3-

Pyramidenzellen: apikaler Hauptdendrit, 3 aufeinanderfolgende Segmente zu 50 [im. Basaldendrit: 2 aufeinanderfolgende Segmente zu 50 [i.m. Pro Tier wurden zwischen 5 und 10 Pyramidenzellen ausgewertet. Pyramidenzellen: Wie in CA 1. Da die Apikaidendriten büschelförmig angeordnet sind, wurden die jeweils kräftigsten Dendriten innerhalb der Büschel ausgewählt. Auch hier werteten wir in jedem Tier zwischen 5 und 10 Pyramidenzellen aus.

Fascia Dentata: Körnerzelldendriten, 3 aufeinanderfolgende Segmente zu 50 |xm. Pro Tier wurden zwischen 7 und 20 Körnerzellen untersucht. Bei der Auszählung der Spines gingen wir nicht vom Zellkörper aus, sondern von dem ersten Spine auf dem betreffenden Dendriten, um das variable dornenfreie Anfangssegment auszuschalten. Für jedes Gebiet umfaßten die Altersgruppen jeweils zwischen 4 und 8 Tiere. Da innerhalb eines Tieres nicht immer alle drei untersuchten Strukturen gleichzeitig gleichmäßig gut imprägniert waren, sind die

10

20

30

UO

50

60

70

für die verschiedenen Gebiete benutzten Tiere nicht in allen Fällen identisch. Die statistische Auswertung erfolgte mit einer einfachen Varianzanalyse und einer Regressionsrechnung der Mittelwerte.*

Befunde

A: CA1. In

A b b . 1.

der

drei

ist

die

Segmente

Entwicklung des

Mittelwerte graphisch

dargestellt. Alle

drei

Segmente

laufen

parallel,

obwohl

be-

d e u t e n d e U n t e r s c h i e d e z w i s c h e n der S p i n e d i c h t e des 1. S e g m e n t e s — d a s sich p r o x i m a l a n d e n Z e l l k ö r p e r anschließt

— u n d d e r des 2. u n d 3. S e g m e n t e s b e -

s t e h e n . D a s 2. u n d 3. S e g m e n t w e i s e n h i n g e g e n in a l l e n A l t e r s s t u f e n ä h n l i c h e W e r t e a u f , so d a ß sie in der s t a t i s t i s c h e n A u s w e r t u n g

gemeinsam

behandelt

wurden. D i e V a r i a n z a n a l y s e e r g i b t f ü r d a s 2. u n d 3 . S e g m e n t folgende R e s u l t a t e : —

Eine

hoch

signifikante

Zunahme

der

Spines

*) Wir danken Herrn Dr. Manuel MAS und Herrn Dr. Luis PRIETO für ihre freundliche Hilfe bei der Durchführung der Rechenprogramme.

85

100

115

130

Abb. 1. CAI, Apikaidendrit. I. Segment: ausgezogene Linie

der

Apikaidendriten

I I . Segment: gepunktete Linie

I I I . Segment: gestrichelte Linie

160

Jage

190

Altersabhängige Variationen der Dendritenspines im Hippocampus

60 h

f

/

I 'As

// I

30

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A

A

*

A v

v

A

y

V V

II I I

/ 10

10

20

30

40

50

60

70

85

100

115

130

160

Tage

190

Abb. 2. CAI, Basaldendrit. I. Segment: kurz gestrichelte Linie

10

20

30

UO

II. Segment: lang gestrichelte Linie

50

60

70

85

100

115

130

Abb. 3. CA3, Apikaidendrit. I. Segment: ausgezogene Linie

II. Segment: gestrichelte Linie

I I I . Segment: gepunktete Linie

160

Tage

190

373

374

Meyer, G., und R . Ferres-Torres

70

A 60

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l

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I

|_ 70

85

100

115

130

160 Tage

190

Abb. 4. CA 3, Basaldendrit. I. Segment: kurz gestrichelte Linie

80

-

20

-

10

-

0

i 10

i

I I . Segment: lang gestrichelte Linie

I 20

I 30

U0

50

I 60

I

i

l

70

85

i

i

l

!

100

115

130

160

I— Tage

190

Abb. 5. Fascia Dentata. I. Segment: ausgezogene Linie

I I . Segment: gepunktete Linie

(p < 0,0001) zwischen dem 10. und 15. und dem 15. und 20. Lebenstag. — Keine signifikanten Abweichungen vom 20. bis zum 190. Lebenstag. Die Ausrechnung der linearen Regression der Mittelwerte zeigt — eine positive Regression vom 10. zum 35. Lebens-

I I I . Segment: gestrichelte Linie

tag, mit einem Regressionskoeffizienten b = 2,59 Spines/Tag (p < 0,001). Durch Fraktionierung dieser Daten findet sich vom 10. zum 20. Lebenstag ein täglicher Zuwachs von 5,28 Spines, vom 20. bis zum 35. Lebenstag hingegen nur von 1,12 Spines. (In beiden Fällen p < 0,001.)

Altersabhängige Variationen der Dendritenspines im Hippocampus

— Vom 35. zum 65. Lebenstag ergibt sich eine negative lineare Regression, wobei b = 0,43 Spines/ Tag (p < 0,00:1) beträgt. - Nach dem 65. Lebenstag bis zum Ende unserer Untersuchung ein erneuter Anstieg, mit einem leichten, aber hoch signifikanten (p < 0,0001) Zuwachs von 0,14 Spines/Tag. Das erste Segment weist ähnliche Tendenzen wie die eben beschriebenen Segmente auf. Eine Varianzanalyse ergibt für das erste Segment: — Einen signifikanten Anstieg vom 10. zum 15. Lebenstag, — Einen hoch signifikanten Anstieg vom 15. zum 20. Lebenstag, — Keine signifikanten Abweichungen zwischen dem 20. und 190. Lebenstag. Hingegen besteht — eine positive lineare Regression vom 10. bis zum 35. Lebenstag, mit einem täglichen Zuwachs um 1,66 Spines. Hier findet sich der steilste Anstieg zwischen dem 10. und 20. Lebenstag. (b = 3,59, p < 0,001.) Zwischen dem 20. und 35. Lebenstag verlangsamt sich das Spinewachstum (b = 0,58, p = 0,037). — Die für das 2. und 3. Segment ermittelte Spineabnahme vom 35. bis zum 65. Lebenstag findet sich auch im ersten Segment, obwohl auf einem niedrigeren Signifikanzniveau (b = 0,42, p