Wissenschaftler haben einen kleinen Teil des Gehirns mit beispielloser Detailgenauigkeit abgebildet und detaillierte Verbindungen zwischen einzelnen Neuronen gezeigt. Diese Methode könnte Forschern helfen, die Schaltkreise im Gehirn besser zu verstehen.
Ari Shapiro, Moderator:
Selbst der kleinste Teil des menschlichen Gehirns enthält große Zahlen, und jetzt haben Forscher zum ersten Mal fast jedes Detail aus einem Teil des Gehirns von der Größe eines Sandkorns enthüllt. John Hamilton von NPR berichtet darüber, wie sie es gemacht haben und was sie herausgefunden haben.
JOHN HAMILTON, BYLINE: Die Studie umfasste einen Würfel Gehirngewebe einer Frau mit schwerer Epilepsie. Viren Jain, Wissenschaftler bei Google Research, sagt, dass Chirurgen hoffen, die Anfälle der Frau zu reduzieren, indem sie einen kleinen Bereich des Gehirns hinter ihrem linken Ohr entfernen.
Viren Jin: Und um an den Teil des Gehirns zu gelangen, an dem sie die eigentliche Operation durchführen wollten, mussten sie andere Teile des Gehirns entfernen, also das Gewebe, das wir untersuchen konnten.
HAMILTON: Jain sagt, die Probe sei konserviert und gefärbt worden, um alle kleinen Strukturen sichtbar zu machen, sogar die innerhalb der Zellen.
Jane: Sie haben es in dünne Scheiben geschnitten, und in dieser speziellen Studie gab es etwa 5.000 dieser Scheiben. Dann fotografierten sie jedes dieser Objektträger mit einem sogenannten Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop …
HAMILTON: Das hat viele hochauflösende Bilder hervorgebracht. Computer und künstliche Intelligenz haben dabei geholfen, all diese Bilder zusammenzusetzen, sagt Jain.
Jane: Wenn Sie jemals eines dieser Panoramafotos mit Ihrem Telefon aufgenommen haben, führt es Sie sozusagen durch die Aufnahme mehrerer überlappender Fotos, um ein einziges Foto zu erstellen – das ist also, was hier passiert, außer dass es 300 Millionen einzelne Fotos sind.
HAMILTON: Es wird alles in einer 3D-Darstellung zusammengefasst, die etwa eine Million Mal detaillierter ist als eine typische MRT des Gehirns. Laut Jain offenbart die Superauflösung jede Synapse, also den Ort, an dem Signale im Gehirn von einem Neuron zum anderen springen.
Jane: Der Grund, warum wir das für so wichtig halten, liegt darin, dass man wirklich verstehen möchte, wie das Nervensystem Informationen berechnet, Informationen zwischen Zellen austauscht, Erinnerungen speichert und so weiter. Dies sind die Geräte, die diese Funktionen ausführen.
HAMILTON: Dieser beispiellose Blick auf die Hardware des Gehirns, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, hat bereits zu mehreren neuen Beobachtungen geführt. Das eine hängt mit der Art und Weise zusammen, wie Neuronen kommunizieren, sagt Jain.
Jane: Manche Neuronenpaare im Gehirn bilden nicht nur eine Verbindung zwischen sich, sondern tatsächlich bis zu 50 verschiedene Verbindungen – mit anderen Worten, 50 verschiedene Verbindungspunkte zwischen ihnen.
HAMILTON: Es ist so, als würde man 50 separate Telefonleitungen zwischen zwei Häusern verbinden, anstatt nur eine zu verwenden. Dieser Ansatz könnte eine ultraschnelle Kommunikation zwischen zwei Gehirnzellen ermöglichen oder Störungen durch unerwünschte Signale reduzieren, sagt Jin. Aber es ist im Moment nicht klar.
Eine weitere Entdeckung, sagt Jain, ist, dass Axone – schwanzartige Fasern, die Nachrichten von einem Neuron übermitteln – sich manchmal zu einer Art Knoten verknoten.
Jane: Das haben wir noch nie gesehen. Wir wissen nicht wirklich, welche Funktion sie haben, und das ist auch etwas, dem wir nachgehen müssen.
Hamilton: Das Hauptziel des Projekts besteht darin, Wissenschaftlern überall Zugang zu einer sehr detaillierten Ansicht des menschlichen Gehirngewebes zu ermöglichen. Deshalb hat Google eine im Internet frei verfügbare Anwendung namens Neuroglancer entwickelt. Es sei ein bisschen wie Google Maps für das Gehirn, sagt Forrest Coleman vom Allen Institute in Seattle.
Forrest Coleman: Eine der wirklich coolen Funktionen ist dieselbe, die Sie ständig in Google Maps verwenden. Wenn Sie einen Ort suchen, kopieren Sie oft einen Link zu diesem Ort, senden ihn per E-Mail und sagen: „Treffen wir uns dort.“
HAMILTON: Laut Coleman nutzen Hirnforscher die Software bereits, um Beobachtungen an einem Teil des Hirngewebes zu vergleichen.
Coleman = Associate Investigator, Allen Institute: Wir haben etwas Interessantes gefunden und senden uns gegenseitig Slack-Nachrichten über diese Neuroglancer-Links. Und wenn dann jemand darauf klickt – bumm –, sieht er genau das Gleiche.
HAMILTON: Coleman sagt, dass dies die Bemühungen beschleunigen würde, zu verstehen, welche Schaltkreise im Gehirn gesund sind und welche durch eine Reihe psychiatrischer Störungen geschädigt werden.
Coleman = Forschungsassistent, Allen Institute: Wir führen diese Forschung durch, um ein grundlegendes Verständnis darüber zu erlangen, wie Dinge im normalen Gehirn ablaufen, damit Sie Dinge, die schiefgehen, in einen Zusammenhang bringen können.
Hamilton: Das könnte zu einem besseren Verständnis von Gehirnerkrankungen wie Alzheimer führen.
John Hamilton, NPR News.
(SOUNDBITE OF RED HOT CHILI PEPPERS SONG, „UNDER THE BRIDGE“)
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