Wussten Sie, ...

... dass das menschliche Gehirn kartiert wird?

Um Krankheiten zu behandeln, müssen Forscher zuerst möglichst genau verstehen, wie das entsprechende Organ funktioniert. Während Herz, Niere oder Lunge schon sehr detailliert verstanden sind, bleibt das Gehirn noch weitgehend ein Mysterium. Dies liegt an der hohen Komplexität sowie der Veränderlichkeit der Vernetzungsstrukturen seiner Nervenzellen. Hinzu kommen ihre noch weitgehend unbekannten Beziehungen zu den Hirnfunktionen. Diese Zusammenhänge wollen Wissenschaftler jetzt besser verstehen, um neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson therapieren zu können.

Eine vollständige Karte des menschlichen Gehirns mit seinen etwa 100 Milliarden Neuronen und ihren Verbindungen ist noch ein fernes Ziel. Doch die Abbildung von 75 Millionen Nervenzellen eines Mäusegehirns kommt jetzt durch die Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge in der Elektronenmikroskopie in Reichweite. Um ein dreidimensionales Bild des Gehirns mit sehr hoher Auflösung zu rekonstruieren, werden zunächst sehr dünne Schnitte von 30 bis 50 Nanometern erstellt. Diese Schnitte werden dann mit einem Elektronenmikroskop abgebildet, was bisher eine mühsame und sehr zeitaufwendige Arbeit war. Diese mikroskopische Untersuchung wird jetzt durch das ZEISS MultiSEM 505 erleichtert und extrem beschleunigt. Es arbeitet als erstes Rasterelektronenmikroskop der Welt mit 61 Strahlen parallel, anstatt der bislang genutzten Einzel-Strahl-Mikroskope. Dieser extreme Geschwindigkeitsgewinn der elektronenmikroskopischen Abbildung macht die Untersuchung von großen Hirnarealen im Kubikmillimeter- oder sogar Kubikzentimeterbereich möglich. Solche Volumengrößen hätten bisher jahrelange Aufnahmezeiten erfordert und waren deshalb außerhalb der Grenzen des technisch Machbaren.

Der Neurobiologe Jeff Lichtman von der Harvard University in Cambridge (USA) und sein Team führen bereits Experimente mit dem ZEISS MultiSEM 505 durch und können mit dem neuen Mikroskop derzeit etwa 10 Terabyte an Bilddaten pro Tag erzeugen. Die Pixelgröße der Bilder beträgt dabei 4 Nanometer. Bei dieser Datenrate und bei dieser hohen Auflösung könnten Forscher schon bald das Gehirn einer Maus vollständig kartieren – und vielleicht in nicht allzu ferner Zukunft auch das eines Menschen.

 

27. Mai 2015

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