Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sehen mit den grauen Zellen

29.04.2010
Neue Mikroskopie-Methode macht Nervenschaltungen im Gehirn sichtbar

Wenn sich ein Gegenstand vor unserem Auge bewegt, feuern bestimmte Nervenzellen in unserem Hinterkopf elektrische Signale – je nach Bewegungsrichtung sind andere Zellen aktiv. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) können jetzt im Gehirn beobachten, wie einzelne dieser Nervenzellen solche Bewegungssignale empfangen und verarbeiten: Erstmals kann eine neue Mikroskopie-Methode einzelne, ein Tausendstel Millimeter kleine Nervenverschaltungen (Synapsen) darstellen. In Zukunft könnte die Methode verstehen helfen, wie Lernen auf der Ebene einer Nervenzelle funktioniert. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Licht, das auf die Netzhaut des menschlichen Auges fällt, trifft dort auf 126 Millionen Sinneszellen, die es in elektrische Signale umwandeln. Bereits die kleinste Einheit des Lichts, ein Photon, kann eine der Sinneszellen stimulieren. Die Folge: Ungeheure Datenmengen müssen verarbeitet werden, damit wir sehen können. Die Datenverarbeitung beginnt bereits in der Netzhaut, aber das fertige Bild entsteht erst im Gehirn, genauer: in der Sehrinde im hinteren Teil des Großhirns.

Die Wissenschaftler um den TUM-Neurophysiologen Prof. Arthur Konnerth interessieren sich für eine bestimmte Sorte von Nervenzellen in der Sehrinde, die auf Bewegungen reagiert. Ob vor dem Auge ein Balken von unten nach oben wandert oder von rechts nach links: Stets reagieren andere Nervenzellen der Sehrinde. Wie die gesendeten Impulse dieser "Richtungs"-Neuronen aussehen, ist gut bekannt - doch wie sieht das Eingangssignal aus? Das ist nicht leicht zu beantworten, denn jede der Nervenzellen besitzt einen ganzen Baum winziger, verästelter Antennen, an die hunderte anderer Nervenzellen mit ihren Synapsen andocken.

Um mehr über das Eingangssignal herauszufinden, schauten Konnerth und seine Mitarbeiter einer Maus beim Sehen zu. Dazu verfeinerten sie eine Mikroskopie-Methode, mit der sich bis zu einem halben Millimeter in das Hirngewebe hineinblicken und eine einzelne Zelle beobachten lässt, die sogenannte 2-Photonen-Fluoreszenz-Mikroskopie. Gleichzeitig leiteten sie mit haarfeinen Pipetten elektrische Signale an einzelnen Baum-Fortsätzen derselben Nervenzelle ab (Patch-Clamp-Technik). Konnerth: "Ähnliche Versuche wurden bisher nur in Kulturschalen mit gezüchteten Nervenzellen gemacht, lebendes Gewebe ist viel komplexer. Da es sich immer ein bisschen bewegt, war es sehr schwierig, alle Verästelungen eines Neurons im Bild so hoch aufzulösen, dass wir einzelne Synapsen darstellen konnten."

Der Lohn der Anstrengungen: Konnerth und seine Kollegen entdeckten, dass ein "Richtungs"-Neuron bei mehreren, unterschiedlichen Bewegungen des Balkens vor dem Auge Signale von den mit ihm vernetzten Nervenzellen empfängt. "Hier wird es richtig spannend", meint Konnerth. Denn die "Richtungs"-Nervenzelle versendet nur ein Ausgangssignal wie zum Beispiel "bewegt sich von unten nach oben". Offenbar verrechnet sie also die unterschiedlichen Eingangssignale miteinander und reduziert damit die Fülle eintreffender Einzeldaten auf wesentliche Informationen, die für das klare Sehen einer Bewegung wichtig sind.

In Zukunft will Konnerth mit seinem Forschungsansatz auch den Prozess des Lernens an einer einzelnen Nervenzelle beobachten. Viele Nervenenden senden praktisch nie Signale an den Antennen-Baum eines "Richtungs"-Neurons. Wenn das Auge etwa andere Arten von Bewegungen wahrnimmt, könnten solche stummen Nervenenden aktiv werden. Das würde den Verrechnungsmechanismus der "Richtungs"-Nervenzelle so verändern, dass sie ihre bevorzugte Richtung ändert: Die Maus würde lernen, bestimmte Bewegungen vielleicht besser oder schneller zu sehen. "Da wir mit unserer Methode gleichzeitig die Verschaltung und das Verhalten ein und derselben Nervenzelle im Gehirn beobachten können, werden wir einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Lernen leisten können", ist Konnerth überzeugt. "Hier an der TU München arbeiten wir eng mit Physikern und Ingenieuren zusammen. So haben wir beste Chancen, die räumliche und zeitliche Auflösung der Bilder weiter zu verbessern."
Bildmaterial:
http://mediatum2.ub.tum.de/node?id=977436
Nature-Artikel:
Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo
Hongbo Jia, Nathalie L. Rochefort, Xiaowei Chen, Arthur Konnerth
DOI: 10.1038/nature08947

Die Arbeit wurde unterstützt durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Friedrich-Schiedel-Stiftung.

Kontakt:
Prof. Arthur Konnerth
Fellow des Institute for Advanced Study (IAS) der TUM (1)
Direktor des Instituts für Neurowissenschaften
Technische Universität München
Tel. 089 4140 3351
office.konnerth@lrz.tum.de
www.ifn.me.tum.de

(1) Das TUM Institute for Avanced Study (TUM-IAS) wurde mit Mitteln der Exzellenzinitiative gegründet und bietet international ausgewiesenen Spitzenforschern (IAS-Fellows) ein Arbeitsumfeld, in dem sie frei von den bürokratischen Belastungen des klassischen Universitätsalltags neue, risikoreiche und interdisziplinäre Forschungsprojekte verfolgen können. TUM-IAS steht wissenschaftlichen Pionieren aus der TUM, der forschenden Industrie und forschenden Einrichtungen aus dem In- und Ausland offen.

| Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken
28.03.2017 | Technische Universität Braunschweig

nachricht Neue Hoffnung für Leberkrebspatienten
24.03.2017 | Universitätsklinikum Regensburg (UKR)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten