Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mobile Mikroskope blicken ins Gehirn

05.11.2009
Winziges Laser-Rastermikroskop kann die Aktivität von Gehirnzellen bei frei umherlaufenden Tieren aufzeichnen

Mit Hilfe von Mikroskopen und Magnetresonanztomografen können Wissenschaftler und Ärzte einen Blick in unser Gehirn werfen. Jedoch nur, wenn wir ganz still halten und uns nicht bewegen. Da dies keine normale Verhaltensweise ist, ist die Aussagefähigkeit dieser Methoden im Bezug auf das Verständnis von höheren Hirnfunktionen wie Wahrnehmung und Aufmerksamkeit sehr begrenzt.


Mini-Mikroskope erlauben neue Einblicke ins Rattengehirn. Mit Hilfe der sechs Gramm leichten und drei Zentimeter kleinen Winzlinge können bis zu 20 Nervenzellen gleichzeitig beobachtet werden, während sich das Tier frei bewegen kann. Bild: Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Wissenschaftler vom Tübinger Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik haben jetzt ein mobiles Laserrastermikroskop entwickelt, das so klein ist, dass es dem Kopf einer Ratte befestigt werden kann. Auf diese Weise können die Forscher zum ersten Mal verfolgen, wie sich die Gehirnzellen bei einem frei umherlaufenden und seine Umgebung erkundenden Tier verhalten. Diese Technologie verspricht völlig neue Einblicke in das Verständnis der Gehirnfunktionen. (PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, 2 - 6. November 2009)

Den Großteil unseres Lebens verbringen wir damit, uns in einer statischen Umwelt zu bewegen. Um uns zu orientieren, verarbeitet unser Gehirn die Informationen, die es von den verschiedenen Sinnesorganen geliefert bekommt. Wenn wir beispielsweise einen Laden betreten, um Obst zu kaufen, so bewegen sich weder der Laden noch das Obst, sondern wir. Wahrscheinlich berechnet unser Gehirn ständig unsere Position im Raum neu, abhängig von den Informationen, die Augen, Ohren, Haut und Gleichgewichtssinn liefern. Wie genau das funktioniert, weiß jedoch niemand, da die Wissenschaftler das Gehirn von sich bewegenden Personen bislang nicht untersuchen können.

Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik ein mobiles System entwickelt, das mehrere fluoreszierende Gehirnzellen gleichzeitig beobachtet und zudem die exakte Position des Tieres bestimmt, während dieses sich völlig frei bewegen kann. Das sehr leichte, nur etwa drei Zentimeter große Laser-Rastermikroskop verwendet einen hochenergetischen pulsierenden Laser und Fiberglasoptik um Zellen im Gehirn zu beobachten. Die sonst für diese Untersuchungen eingesetzten Elektroden sind nicht mehr notwendig.

Bislang konnte man die Wahrnehmung nur untersuchen, indem man einem immobilen Tier eine Reihe von Filmen oder Bildern als optische Reize präsentiert und gleichzeitig die Hirnaktivität gemessen hat. Mit der jetzt in der Fachzeitschrift PNAS vorgestellten Methode wird der Ansatz nun umgedreht: Man kann die Aktivität der Nervenzellen messen, während das Tier seine natürliche Umgebung erkundet. Da im Gehirn nicht einzelne Zellen, sondern vielmehr ganze Zellgruppen an bestimmten Aufgaben beteiligt sind, müssen mehrere Nervenzellen gleichzeitig untersucht werden. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler erstmalig untersuchen, wie das Gehirn die innere Repräsentation der äußeren Welt vollzieht, während die Augen die natürliche Umwelt wahrnehmen.

"Wir müssen dafür sorgen, dass sich ein Tier so natürlich wie möglich verhalten kann, wenn wir verstehen wollen, wie das Gehirn funktioniert, während wir uns in einer komplexen Umgebung orientieren. Die neue Technik ist ein Meilenstein auf dem Weg zu einem Verständnis von Wahrnehmung und Aufmerksamkeit", sagte Jason Kerr, Hauptautor der Studie.

Originalveröffentlichung:

Juergen Sawinski, Damian J. Wallace, David S. Greenberg, Silvie Grossmann, Winfried Denk, and Jason N. D. Kerr
Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals.
PNAS, Online Early Edition, November 2-6, 2009(www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0903680106)

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Jason Kerr
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
Tel.: +49 176 24020958
E-Mail: Jason@tuebingen.mpg.de
Dr. Susanne Diederich (Presse- und Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
Tel.: +49 7071 601 - 333
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik