Ein 3D-Flug durch ein transparentes Gehirn? Kein Problem: Dank modernster Methoden auf Basis eines Ultramikroskops haben Forscher jetzt erstmals das neuronale Netzwerk des für das Kurzzeitgedächtnis zuständigen Hippocampus bis in kleinste Zellstrukturen durchleuchtet. Die Visualisierungstechnik eröffnet neue Möglichkeiten in der Erforschung von Lernvorgängen und neuronalen Krankheiten.
„Wenn man ein ganzes Mäusegehirn in eine spezielle ölige Lösung gibt, so wird es ‚gläsern’ und kann im Ultramikroskop mit einem Laserstrahl von der Seite schichtweise durchleuchtet werden“, erklärt Hans-Ulrich Dodt, Professor für Bioelektronik an der TU Wien. Die ölige Lösung und das Protein des Gehirns haben den gleichen Brechungsindex. So wird erreicht, dass das Gehirn mit dem Laser durchstrahlt und das neuronale Netzwerk sichtbar wird. „Man kann sich das vorstellen wie bei einem Tropfen Öl auf einem Blatt Papier, das an dieser Stelle auch durchsichtig wird“, erklärt Dodt.
Hirnforscher träumen schon geraume Zeit davon einmal alle Nervenzellen mit ihren Verbindungen im Gehirn dreidimensional darstellen zu können. Dodt und seine MitarbeiterInnen sind diesem Ziel mit ihrer Arbeit nun ein erhebliches Stück näher gerückt. Aus den einzelnen Laserschichtbildern konnten die WissenschafterInnen am Computer eine 3D-Rekonstruktion erstellen. Gefäße oder Nervenzellen wurden mit Hilfe von Fluoreszenzmarkierungen im Gehirn in grüner Farbe zum Leuchten gebracht.
Dank 3D-Visualisierung und hoher Auflösung dieser Zellstrukturen ist es möglich am Computer eine Art Flug durch das Gehirn zu simulieren. Der Hippocampus, der in seiner Struktur an ein Seepferdchen erinnert, ist dabei besonders interessant. Die Frage, wie dieser Teil des Gehirns mit Informationen umgeht und wie sich Synapsen im Zuge von Lernvorgängen verändern, steht im Zentrum des wissenschaftlichen Erkenntnisinteresses.
Das Forschungsprojekt „Gläsernes Gehirn“ begann der gelernte Mediziner und Physiker am Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München. Dort beschäftigte er sich zwei Jahre lang mit der Entwicklung der optischen Methode und brachte sie nun an die TU Wien. Das wissenschaftliche Fachjournal „Nature Methods“ publizierte die Forschungsarbeit in der letzten Ausgabe auf der Titelseite. In einem Folgeprojekt möchte Dodt auch weiterhin das komplexe neuronale Netzwerk der Großhirnrinde untersuchen und dabei verstärkt auf die Erforschung von neuronalen Krankheiten wie Alzheimer eingehen.
In der Ultramikroskopie sieht Professor Dodt ein neues Werkzeug, das zum Verständnis der Anatomie des Gehirns beiträgt. Die Methode, die an eine Computertomographie mit höchster Auflösung erinnert, könnte in Zukunft auch im Unterricht von Studierenden eingesetzt werden. Bei einem Flug durch das gläserne Gehirn wird es für zukünftige MedizinerInnen mit Hilfe von Computersimulationen einfacher, das komplizierte Gewirr an Nervenzellen auf anschauliche Art und Weise verstehen zu lernen.
(Universität Wien, 27.03.2007 – NPO)
