Zwei auf einen Streich: Aktivität und Architektur von Nervenzell-Populationen parallel beobachten

Mikroskopie spielt seit Jahrzehnten eine zentrale Rolle in den Naturwissenschaften. Verschiedene Mikroskopieverfahren erlauben dabei die Untersuchung immer nur einzelner Aspekte eines Präparats.

In den Neurowissenschaften ist es jedoch wichtig, die Struktur und die Aktivität neuronaler Netz-werke gleichzeitig zu untersuchen. Dies war bisher nicht möglich.

Göttinger Forscher sind nun in der Lage, derartige Untersuchungen gleichzeitig an zusammenhängenden Einheiten von Nervenzellen durchzuführen. Möglich macht dies die neuartige Technologie des „Activity Correlation Imaging“. „Das speziell weiterentwickelte Verfahren liefert uns parallele Aussagen zu Struktur und Aktivität von Zellen innerhalb des Netzwerkes“, sagt der Leiter der Studie, Prof. Dr. Dr. Detlev Schild, Direktor der Abteilung Neurophysiologie und Zelluläre Biophysik an der Universitätsmedizin Göttingen. An den Forschungsarbeiten waren Wissenschaftler im Exzellenzcluster 171 am DFG Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) sowie des Bernstein Zentrums für Computational Neuroscience (bccn) Göttingen beteiligt.

Die Ergebnisse der Studie wurden Anfang Mai 2009 in der Fachzeitschrift „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Originalveröffentlichung:
Junek S, Chen T-W, Alevra M, Schild D (2009) Activity Correlation Imaging: Visualizing Function and Structure of Neuronal Populations. Biophysical Journal, Volume 96, 3801-3809, 6. Mai 2009.
Activity Correlation Imaging
Mithilfe des „Activity Correlation Imaging“ übersetzen die Wissenschaftler Dr. Stephan Junek, Dr. Tsai-Wen Chen, Mihai Alevra und Prof. Detlev Schild Aktivitätsmuster der Nervenzell-Netzwerke in Strukturinformationen. Dafür wurden Nervenzellen aus dem Riechkolben des Krallenfrosches mit einem fluoreszenten Calcium-Farbstoff markiert. So lässt sich die Aktivität einer Vielzahl von Nervenzellen gleichzeitig untersuchen. Allerdings liefert diese Färbemethode keinen ausreichenden Kontrast, um die Struktur der einzelnen Nervenzellen und ihrer Fortsätze zu erkennen. Durch die Analyse des zeitlichen Verlaufs der neuronalen Aktivität ist es den Forschern gelungen, zusätzlichen Bildkontrast zu erzeugen. Dieser erlaubt es, die Struktur einer Vielzahl von Zellen gleichzeitig sichtbar zu machen. Werden nun alle Bilder der einzelnen Zellen übereinander gelegt, entsteht ein kontrastreiches mehrfarbiges Bild des gesamten Netzwerks. „Diese so genannte Korrelations-Karte ermöglicht bisher unbekannte Einblicke in die Arbeitsweise und Architektur zusammenhängender Nervenzell-Einheiten“, sagt Professor Schild.

DFG Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) und Exzellenzcluster Mikroskopie im Nanometerbereich: Das DFG Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) an der Universitätsmedizin Göttingen besteht seit 2002. Im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder wurde es im Oktober 2006 um das Exzellenzcluster Mikroskopie im Nanometerbereich erweitert. Der bestehende und fest etablierte Forschungsverbund der Göttinger Neurowissenschaften wird durch diese Technologieplattform mit höchst innovativen Mikroskopie-Techniken verstärkt.

WEITERE INFORMATIONEN
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Abteilung Neurophysiologie und Zelluläre Biophysik
Dr. Stephan Junek
Telefon 0551-39-19734, sjunek1@gwdg.de
Abteilung Neurophysiologie und Zelluläre Biophysik
Prof. Dr. Dr. Detlev Schild
Telefon 0551-39-5915, dschild@gwdg.de