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Gehirn des Zebrafisches: Leuchtende Neuronen

Film zeigt das Gehirn in Aktion

US-Wissenschaftler haben im Fachblatt "Nature Methods" eine spektakuläre Variante der Mikroskopie vorgestellt. Mit ihrer Hilfe kann man lebenden Fischen quasi beim Denken zusehen.

Neurowissenschaft 21.03.2013

Was auf den ersten Blick aussieht wie die Satellitenaufnahme einer nächtlichen Großstadt, ist in Wirklichkeit das elektrochemische Konzert tausender Neuronen. "Lichtscheibenmikroskopie" nennt sich die Methode, die Phillip Keller und Misha Ahrens nun mit Erfolg auf das Gehirn des Zebrafisches angewandt haben.

Die beiden Wissenschaftler hatten zuvor in das Erbgut des Tieres eingegriffen und Nervenzellen dazu gebracht, ein fluoreszierendes Protein herzustellen. Letzteres reagiert dann mit einem Leuchten, wenn Ionen durch die Zellmembran strömen - was immer dann der Fall ist, wenn Nervenzellen aktiv sind. Wenn sie "feuern", wie Neurobiologen manchmal sagen.

Im Kopf des Zebrafisches

Die Studie

"Whole-brain functional imaging at cellular resolution using light-sheet microscopy", Nature Methods (18.3.2013; DOI:10.1038/NMETH.2434).

Wie die beiden Forscher im Journal "Nature Methods" schreiben, kann man auf diese Weise (fast) alle entlegenen Winkel des Gehirns ausleuchten. Die Eckdaten des Verfahrens: 80 Prozent der 100.000 Neuronen des Zebrafisches sind auf diese Weise erfassbar. 1,3 Sekunden dauert es von einer Aufnahme zur nächsten - durchaus ausreichend, um das Ganze auch als Film darzustellen. Was auch immer "Denken" für einen Zebrafisch bedeuten mag - wir können ihm nun dabei zusehen:

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Mit bisherigen Methoden konnte Wissenschaftler maximal 2.000 Neuronen gleichzeitig beobachten. Somit mussten sie bestimmte Gehirnregionen für ihre Untersuchungen auswählen und die Ergebnisse extrapolieren. Das hat nun ein Ende, sagt Ahrens gegenüber dem Newsdienst von "Nature".

"Wir müssen nicht mehr spekulieren, was passiert. Wir sehen es einfach." Die neuartige Methode könnte in Zukunft eingesetzt werden, um im Hirn von Modellorganismen Lernvorgänge oder die Koordination von Bewegungen sichtbar zu machen. Auch simple Sinneseindrücke wie Riechen oder Sehen könnten in der Sprache des Gehirns abgebildet werden.

Milliarden Dollar für Hirnkartierungen

Gleichwohl wird die Methode die Neurobiologie nicht in allen Feldern revolutionieren. Beim Zebrafisch, dessen Embryonen durchsichtig sind, ist es relativ leicht, ins Innere des Gehirns zu blicken. Für die Anwendung bei Säugetieren wären hingegen operative Eingriffe notwendig. Das ist laut Ahrens und Keller im Bereich des Möglichen, aber selbst wenn der Eingriff gelänge, bliebe er vermutlich auf einen Teil des Gehirns beschränkt. Dennoch gibt es Bestrebungen ähnliche Methoden bei Mäusen und vielleicht auch bei Menschen einzusetzen.

Laut einem Bericht der New York Times will die US-Regierung in den nächsten Jahren drei Milliarden Dollar in die Erforschung des Gehirns investieren. Vom Projekt "Brain Activity Map" erhofft man sich ähnliche grundlegende Erkenntnisse, wie sie das Humangenomprojekt für die Genetik geliefert hat.

Robert Czepel, science.ORF.at

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