Forscher sehen Mäusen beim Denken zu
„Unser Ziel ist es zu verstehen, wie weitläufig vernetzte Neuronen in Echtzeit miteinander ‚reden‘ und wie diese Dynamik das Verhalten steuert“, sagte Alipasha Vaziri, der in Wien eine Arbeitsgruppe am Institut für Molekulare Pathologie (IMP) leitet.
Studie
”Fast volumetric calcium imaging across multiple cortical layers using sculpted light“, Nature Materials, 31.10.16
Mit ihren bildgebenden Verfahren können die Forscher „die Aktivität eines Großteiles der Neuronen abbilden, die in der Gehirnrinde eine funktionale Einheit bilden. Damit sind wir unserem Ziel einen großen Schritt nähergekommen", so Vaziri, der mittlerweile auch Professor an der Rockefeller University (USA) ist, in einer Aussendung des IMP.
Vom Fadenwurm zur Maus
Mit der Entwicklung der neuen Methode begann das Team bereits vor sechs Jahren. Über diesen Zeitraum hinweg ist es dem Team um Vaziri und Robert Prevedel gelungen, die extrem kurzlebigen Signale von einer wachsenden Anzahl an Zellen einzufangen und gleichzeitig immer größere Teile des Gehirns zu beobachten.
Mit speziellen lichtmikroskopischen Methoden konnten sie zuerst die Aktivität der lediglich 302 Nervenzellen eines Fadenwurmgehirns verfolgen. Das gleiche gelang ihnen daraufhin mit dem wesentlich komplexeren Gehirn einer Zebrafisch-Larve, das aus ungefähr 100.000 Neuronen besteht. Danach wagten sie sich an das aus 70 Millionen Nervenzellen bestehende Mausgehirn.
Mit einem genetischen Trick veränderten die Wissenschaftler die Zellen so, dass sie fluoreszierendes Licht aussandten, wenn sie aktiv waren. Je stärker das Signal, desto intensiver leuchteten die Zellen. Das Problem dabei sind nicht nur die winzigen Strukturen, sondern auch die kurzen Zeitintervalle.
Laboratory of Neurotechnology and Biophysics at The Rockefeller University
Mäusegehirn bei der Arbeit - hier als animiertes GIF
Tausende Neuronen in Echtzeit beobachtbar
„Wir mussten in jeder Sekunde Millionen von Bildpunkten abtasten - einen nach dem anderen“, so Prevedel, der mittlerweile eine eigene Arbeitsgruppe am Europäischen Labor für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg leitet. Um das Leuchten einzufangen mussten die Forscher „ein eigenes Lasersystem konstruieren und das Licht innerhalb des Mikroskops auf eine Weise manipulieren, wie es bei normalen Mikroskopen nicht möglich wäre“.
Mit der „Light sculpting“-Technik schafften es die Wissenschaftler nun, „die Aktivität tausender Neuronen in Echtzeit und in drei Dimensionen beobachten“, sagte Prevedel. Konkret verfolgten sie die Gehirnaktivität von Mäusen, die sich frei auf einer rotierenden Scheibe bewegen konnten. So konnten sie gezielt die Neuroaktivität in jenem Gehirnbereich abbilden, der für die Bewegungsplanung zuständig ist.
science.ORF.at/APA