Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genetik trifft Physiologie: Hirnforschung auf kleinstem Raum

25.04.2008
Welche Aufgaben erfüllen einzelne Nervenzellen und wie funktioniert ihre Zusammenarbeit?

Diesen Fragen gehen die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie ausgerechnet in einem Gehirn nach, dessen Träger kleiner als ein Stecknadelkopf ist. Im Sehsystem der Fruchtfliege Drosophila können die Wissenschaftler nun genetische und physiologische Methoden kombinieren, wodurch die Forschung zum Verständnis der Funktion und Verschaltung von Nervenzellen bedeutend vorangetrieben wird.


Eine einzelne Nervenzelle aus dem Flugkontrollzentrum der Fruchtfliege
© MPI für Neurobiologie / M. Jösch

Das menschliche Gehirn besteht aus rund hundert Milliarden Nervenzellen und vielen Billionen Zellkontakten. Jede noch so kleine Reaktion und Bewegung wird durch die Aktivität und das Zusammenspiel dieser Nervenzellen gesteuert. Herauszufinden wie das im Einzelnen funktioniert, ist eine der großen Herausforderungen der modernen Neurobiologie.

Fliegen: Meister der visuellen Verarbeitung

Ein erster Schritt zum Verständnis solcher komplexen Nervensysteme ist die detailierte Analyse eines etwas einfacher aufgebauten Systems. Je nach Fragestellung werden dafür unterschiedliche Modellorganismen herangezogen. So wird die Verarbeitung von optischen Informationen am Max-Planck-Institut für Neurobiologie zum Beispiel am Gehirn der Fliege erforscht. Das Gehirn der Fliege besitzt vergleichsweise wenige Nervenzellen, wodurch die Untersuchung ihrer Zusammenarbeit im Zellverbund deutlich erleichtert wird. Gleichzeitig sind die Nervenzellen der Fliege äußerst effizient in der Verarbeitung optischer Eindrücke. Eine Schmeißfliege würde zum Beispiel einen Kinofilm mit 100 Bildern pro Sekunde noch als Einzelbilder erkennen, während der Mensch die dunklen Pausen bereits ab 24 Bildern pro Sekunde nicht mehr wahrnimmt. Um diese visuellen Eindrücke zu verarbeiten braucht das Flugkontrollzentrum im Gehirn der Fliege gerade einmal 60 Nervenzellen. Selbst wenn die Fliege mit 10 km/h durch den Raum schießt, bleibt dem Zellverbund noch genügend Zeit um Ausweichmanöver einzuleiten. Ein Verständnis dieser leistungsstarken optischen Verarbeitung wird auch zur Klärung genereller Mechanismen und Zusammenhänge in anderen Systemen beitragen.

Durchbruch in der Fliegenforschung

Die Zellverschaltung im Fliegen-Sehsystem wurde bislang vor allem an der Schmeißfliege untersucht. Während in einer Art "Fliegenkino" Streifenmuster an den Augen der Fliege vorbeilaufen (siehe Abbildung), kann die elektrische Antwort einzelner Nervenzellen mit Hilfe von Elektroden gemessen werden. Auf diese Weise konnten auch die Vorhersagen mathematischer Modelle zum Bewegungssehen der Fliege bestätigt werden. "Was jedoch genau zwischen den einzelnen Zellen passiert wissen wir auch nach knapp 40 Jahren Forschung nicht", erklärt Maximilian Jösch, dem es nun gelungen ist, die elektrischen Reaktionen auch im optischen System der Fruchtfliege zu messen. Elektroden an einzelnen Nervenzellen im Fruchtfliegengehirn anzubringen erscheint eine aufwendige Sisyphus-Arbeit, denn eine ganze Fruchtfliege ist in etwa so groß wie das Gehirn einer Schmeißfliege! Jedoch öffnet die nun mögliche Arbeit mit der Drosophila Fruchtfliege ganz neue Türen: Im Gegensatz zur Schmeißfliege stehen für die Drosophila-Forschung eine Vielzahl genetischer Methoden bereit. So können zum Beispiel einzelne Nervenzellen durch ein fluoreszierendes Protein markiert und so besser untersucht werden. Noch spannender ist die Möglichkeit, einzelne Nervenzellen gezielt aus einem Schaltkreis herauszunehmen. So kann mithilfe temperatur-sensitiver Mutationen eine leichte Temperaturveränderung die Datenübertragung einer bestimmten Zelle verhindern; Die Auswirkungen auf den Informationsfluss im Zellverbund können nun mit Hilfe von Elektroden dokumentiert werden.

Besseres Verständnis von Gehirnfunktionen

"Bislang wurden in der Drosophila-Forschung bestimmte Zellen ausgeschaltet und dann beobachtet, wie sich diese Veränderungen im Verhalten der Tiere wiederspiegelt", erklärt Alexander Borst, in dessen Abteilung das Sehsystem der Fliege erforscht wird. "Was jedoch auf zellulärer Ebene Auslöser für die Verhaltensänderungen war, blieb ungeklärt." Solche zugrunde liegenden elektrischen Zusammenhänge zwischen einzelnen Nervenzellen kann die Schmeißfliegenforschung klären, der bislang jedoch die Möglichkeit zur gezielten Manipulation fehlte. Die neue Verbindung zwischen den physiologischen und genetischen Methoden der Schmeiß- und Fruchtfliegenforschung ist daher ein bedeutender Schritt nach vorn. Dies sollte nicht nur die Entschlüsselung des Bewegungssehens der Fliege erheblich vorantreiben, sondern auch unser allgemeines Verständnis der Funktion und Verschaltung von Nervenzellen verbessern.

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de
http://www.neuro.mpg.de/english/rd/scn/research/index.html

Weitere Berichte zu: Elektrode Fliege Fruchtfliege Nervenzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel
19.10.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen
19.10.2018 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

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: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics