Anatomical studies on the brain of the locust, Schistocerca gregaria: mapping of NADPH diaphorase and generation of a three-dimensional standard brain atlas

In der vorliegenden Dissertation habe ich mich mit der Anatomie und der Visualisierung neuronaler Daten des Gehirns der Heuschrecke Schistocerca gregaria befasst. Der erste Teil dieser Arbeit liefert eine detaillierte Analyse der Verteilung des Stickstoffmonoxid-produzierenden Enzyms NOS im Zentralgehirn der Heuschrecke. Unter anderem wurde mit der Kartierung NOS-exprimierender Neurone im Zentralkomplex ein wichtiger Beitrag zur Untersuchung dieses hochgeordneten Neuropils, das eine herausragende Bedeutung für die räumliche Orientierung einnimmt, geleistet. Die untere Einheit des Zentralkörpers, der zusammen mit der Protocerebralbrücke und den Noduli den Zentralkomplex bildet, ist physiologisch und anatomisch gut untersucht. Die Organisation und Funktion der oberen Einheit ist dagegen noch weitgehend ungeklärt (Homberg, 2004). Bislang basierten morphologische Untersuchungen im Gehirn der Heuschrecke auf gesamter, beispielsweise mittels Immunfärbung markierter Neuronensysteme, oder auf zweidimensionalen Rekonstruktionen einzelner Neurone, die während physiologischer Studien injiziert wurden. Während die erste Methode nicht ohne weiteres zulässt, einzelne Neurone zu verfolgen und potentielle Verbindungen mit anderen Neuronen zu untersuchen, erlaubt die andere Herangehensweise zwar die Rekonstruktion individueller Neurone, jedoch nur ein Neuron pro Gehirn. Die morphologische Untersuchung kompletter Neuronennetzwerke bedingt allerdings die Darstellung mehrerer Neurone in einem gemeinsamen System. Dieses muss sich in erster Linie dadurch auszeichnen, dass es interindividuelle Unterschiede verschiedener Gehirne und Gehirnstrukturen in Form und Größe kompensiert. Fortschrittliche bildgebende Methoden und leistungsfähige Computerprogramme haben bereits die Erstellung standardisierter, dreidimensionaler digitaler Gehirnmodelle der Honigbiene und der Fruchtfliege ermöglicht (Rein et al. 2002; Brandt et al., 2005). Die Erstellung eines adäquaten Referenzsystems, beziehungsweise eines Standardgehirns der Heuschrecke, in welches einzelne dreidimensional rekonstruierte Neurone integriert und visualisiert werden können, wird im zweiten Teil dieser Arbeit behandelt. Im dritten Kapitel wird eine Auswahl rekonstruierter und in das Standardgehirn registrierter Neurone vorgestellt. Dabei handelt es sich vorwiegend um Neurone des Zentralkomplexes, die in die Himmelskompassnavigation involviert sind. Zusätzlich wurde eine detailreiche Rekonstruktion des Zentralkomplexes in das Standardgehirn registriert. Der letzte Teil dieser Dissertation liefert eine ausführliche Anleitung zur Registrierung detaillierter Gehirnstrukturen und von Neuronen in das Standardgehirn.