Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„BigBrain“ zoomt bis zur Nervenzelle ins Gehirn

21.06.2013
Haarscharfe Aufnahmen der menschliche Schaltzentrale: „BigBrain“ ermöglicht Bilder mit einer bisher unerreichten Auflösung von 20 Mikrometern.

Das entspricht etwa der Größe einer Nervenzelle oder weniger als der Hälfte eines Haardurchmessers. Fünf Jahre hat JARA Seniorprofessor Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Forschungszentrum Jülich und aus Montreal (Kanada) an dem Modell gearbeitet. Die Erkenntnisse wurden heute in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ vorgestellt.


Der Nutzer des BigBrain-Modells kann Schnittbilder selbst erzeugen und wegen der extrem hohen Auflösung von 1/20 000 mm des zugrunde liegenden Datensatzes detaillierte Untersuchungen zur Struktur des menschlichen Gehirns durchführen. Die 3D Darstellung von Zellen, Zellgruppen und Schichten der Hirnrinde eines realen und vollständigen Gehirns ist im BigBrain erstmals realisiert. Das Fadenkreuz in den Abbildung lokalisiert den sogenannten Hippocampus des Menschen, der für Lernen und Gedächtnis eine entscheidende Rolle spielt und unter anderem bei der Alzheimer'schen Erkrankung besonders betroffen ist.


Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Forschungszentrum Jülich

„Das virtuelle dreidimensionale Gehirn basiert auf Informationen aus über 7400 Gewebeschnitten mit einer Dicke von nur 20 Mikrometern, die aus einem menschlichen Gehirn gewonnen wurden“, berichtet Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles, heute Senior-Professor in JARA-BRAIN, dem Hirnforschungsverbund zwischen der RWTH Aachen dem Forschungszentrum Jülich. Dazu wurde jeder einzelne Gewebeschnitt eingescannt und anschließend dreidimensional an Großrechnern rekonstruiert. Die Verarbeitung der hauchdünnen, fragilen Gewebeproben ist extrem schwierig und aufwändig.

„Beim Schneiden der hauchdünnen Schnitte können Schäden entstehen, die in den digitalisierten Scanner-Aufnahmen mit Hilfe moderner Bildverarbeitungstools repariert werden müssen“, erklärt der Neurowissenschaftler, der nicht nur in Jülich, sondern auch an der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik an der Uniklinik RWTH Aachen forscht. Um die riesigen Datensätze zu verarbeiten, dreidimensional zu rekonstruieren und im Detail auszuwerten, benötigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler leistungsstarke Supercomputer in Kanada und Jülich.

Präzise Mess-Ergebnisse verbessern Diagnostik und Therapiechancen

„BigBrain“ hilft uns, neue Erkenntnisse über das gesunde, aber auch erkrankte Gehirn zu gewinnen“, berichtet Prof. Dr. med. Katrin Amunts, Science-Erstautorin und Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1) am Forschungszentrum Jülich.

Ein Beispiel: „Die menschliche Hirnrinde ist aufgrund ihrer Entwicklung sehr stark gefaltet“, so die Neurowissenschaftlerin. Daher lasse sich die Dicke der Hirnrinde in einigen Arealen - durch bildgebende Verfahren wie der Magnetresonanztomographie nur sehr ungenau bestimmen. Die Dicke der Hirnrinde verändert sich jedoch im Laufe des Lebens und auch bei neurodegenerativen Prozessen wie der Alzheimer’schen Erkrankung.

„Mit Hilfe unseres hochauflösenden Hirnmodells können wir nun in verschiedenen funktionellen Hirnarealen wie etwa der motorischen Rinde oder einer Hirnregion, die unter anderem für Lernen und Gedächtnis wichtig ist, neue Einsichten in deren normalen Aufbau gewinnen und zahlreiche Strukturmerkmale messen“, erläutert Katrin Amunts. Das wird dazu beitragen, Veränderungen in Patientengehirnen genau bestimmen und bewerten zu können.

Hirnforschungsverbund JARA-BRAIN verknüpft Wissenschaft und Klinik

Diese enge Verknüpfung von Wissenschaft und Klinik ist zentrales Anliegen von JARA-BRAIN. Der Hirnforschungsverbund zwischen der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich wurde 2007 gegründet. Neurowissenschaftler, Physiker, Mathematiker, Informatiker und Experten anderer Disziplinen kooperieren in vielen internatonalen Forschungsvorhaben. So fließen die neuen „BigBrain“-Erkenntnisse unter anderem in das europäische Großprojekt „Human Brain Project“ (HBP) ein, an dem beide Einrichtungen beteiligt sind. Hierbei verfolgen Forscherinnen und Forscher aus über 80 wissenschaftlichen Einrichtungen in 23 Ländern das ambitionierte Ziel, das komplette menschliche Gehirn innerhalb von zehn Jahren von der molekularen Ebene bis hin zur Interaktion ganzer Hirnregionen auf einem Supercomputer der Zukunft zu simulieren.

Weitere Informationen bei: Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles, Uniklinik RWTH Aachen, Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik, Pauwelsstraße 30, 52074 Aachen, Telefon 0241/80 89 633, E-Mail: kzilles@ukaachen.de

Thomas von Salzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.ukaachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb
27.06.2017 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

nachricht Überschwemmungen genau in den Blick nehmen
27.06.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive