Posted in: Biologie, Medizin 2. April 2014 19:00 Weiter lesen →

Ein Straßenatlas des Mäusehirns

Schema zeigt bündelweise Verbindungen zwischen verschiedenen Regionen der Großhirnrinde, nach Ursprungsort farbig markiert Amerikanischen Forschern ist es erstmals gelungen, sämtliche Verbindungen im Gehirn eines Säugetiers zu kartieren. Ihr Atlas des Mäusehirns zeigt im Maßstab einzelner Nervenfasern, auf welchen Wegen Nervensignale von einem Punkt des Gehirns in andere Regionen gelangen können.

Grafik: Allen Institute for Brain Science

„Wenn wir die Informationsverarbeitung im Gehirn verstehen wollen, müssen wir zunächst wissen, wie die Verbindungen darin angelegt sind“, erklärt Hongkui Zeng vom Allen Institute for Brain Science in Seattle. Die Forscherin und ihre Kollegen stellen ihren Verbindungsatlas im Magazin „Nature“ vor.

Bislang ist der Fadenwurm Caenorhabditis elegans das einzige Tier, dessen Nervensystem mit allen Verbindungspunkten vollständig kartiert ist. Allerdings besteht das einfach gestrickte Nervenkostüm des Winzlings auch nur aus 302 Nervenzellen. Gehirne anderer Tiere oder gar das des Menschen mit seinen 90 Milliarden Nervenzellen haben Anatomen über die Jahrhunderte nur in Teilen, mit uneinheitlichen Methoden oder in vergleichsweise grober Auflösung erfassen können.

Zeng und Kollegen nahmen sich für ihr Projekt das Mäusehirn mit immerhin rund 75 Millionen Nervenzellen vor. Die Forscher injizierten den Tieren ein Adenovirus, das die genetische Bauanleitung für ein grün fluoreszierendes Protein trug, in unterschiedliche Teile des Gehirns. Drei Wochen später zerschnitten sie die Gehirne in 100 Mikrometer dünne Scheiben und ließen ein automatisches Mikroskopsystem die Ausbreitung der grünen Markierung in den Nervenfasern erfassen.

Mikroskopaufnahme zeigt Gewebeschnitt mit dichtem Geflecht leuchtend grün fluoreszierender Nervenfasern Grafik: Allen Institute for Brain Science

Der nun fertiggestellte und frei zugängliche Atlas beruht auf 469 Gehirnen und erfasst die Verbindungen zwischen 213 verschiedenen Regionen darin. Rund ein Drittel aller möglichen Verbindungen ist demnach tatsächlich realisiert, allerdings schwankt ihre Stärke – gemessen an der Ausbreitung der Markierung im Zielgebiet – um den Faktor 100.000. Insgesamt stehen wenige sehr starke Verbindungen einer ungleich größeren Zahl schwacher Verbindungen gegenüber. Bei der Analyse der umfangreichen Daten habe man bislang allerdings nur an der Oberfläche gekratzt, betont Zeng.

Für die Kartierung der Verbindungen im menschlichen Gehirn ist die bei der Maus angewandte Markierungsmethode schwerlich geeignet. Ein entsprechendes Großprojekt, das vor einigen Jahren begonnene Human Connectome Project, setzt denn auch vorrangig auf Kernspinmessungen: Bei dieser Diffusionsbildgebung nutzt man aus, dass sich Wassermoleküle schnell entlang von Nervenfasern bewegen, quer dazu jedoch nur langsam. Zeng und Kollegen sind gleichwohl überzeugt, dass ihr Atlas des Mäusehirns bei der Klärung vieler neurowissenschaftlicher Fragen helfen kann.

Forschung: Seung Wook Oh, Julie A. Harris, Lydia Ng und Hongkui Zeng, Allen Institute for Brain Science, Seattle; und andere

Veröffentlichung Nature, 2. April 2014, DOI 10.1038/nature13186

WWW:
Allen Institute for Brain Science
Mouse Connectivity Atlas
Connectome

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Umleitung im Gehirn
„Verkabelung“ der Gehirnhälften neu kartiert

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