Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Falten unserer grauen Zellen

02.07.2019

Voller tiefer Furchen – mit dem Gehirn assoziieren die Menschen seine charakteristische Form. Doch wieso liegen unsere grauen Zellen in Falten? Und was verraten diese Furchen? An diesen Fragen forscht Dr. Silvia Budday, Lehrstuhl für Technische Mechanik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat sie in das Emmy Noether-Programm aufgenommen und stellt ihr im ersten Förderabschnitt rund eine Millionen Euro für eine Nachwuchsforschungsgruppe zur Gehirnmechanik zur Verfügung.

Wenn Kräfte von außen, beispielsweise durch einen festen Stoß auf den Kopf, auf unser Gehirn einwirken, kann es verletzt oder seine Struktur verändert werden. Doch die Gehirnstruktur verändert sich nicht nur durch äußere Einflüsse.


Dr. Silvia Budday beschäftigt sich mit der Mechanik des menschlichen Gehirns.

Benjamin Söhngen

Das menschliche Gehirn faltet sich bereits von selbst im Mutterbauch: Die äußere Gehirnschicht wächst schneller als die innere, von der sie gehalten wird.

Durch die so entstehenden Spannungen legt sich die Gehirnmasse in Falten. Dr. Silvia Budday will diesen Falten, also der Mechanik, des menschlichen Gehirns auf den Grund gehen.

Weicher als Wackelpudding

Wie reagiert Gehirnmasse, wenn an ihr gezogen oder sie gedrückt wird? Um herauszufinden, wie sich das Gehirngewebe mechanisch verhält, testet Dr. Silvia Budday totes Gehirngewebe – entweder Gehirnspenden von der Anatomie oder Schweinegehirne vom Schlachter. Die Gehirne untersucht sie dann stückchenweise, indem sie die einzelnen Stückchen einspannt und verformt.

Dabei muss Silvia Budday extrem vorsichtig vorgehen, denn das Gehirngewebe ist sehr weich, komplex und es verhält sich je nach Belastungsmodus anders. „Gehirnmasse ist weicher als Wackelpudding. Das kann man sich nicht vorstellen, bis man es selbst in der Hand hält“, sagt Dr. Budday.

Wie sich Krankheiten „entfalten“

Buddays Ziel ist es, 3D-Computer-Modelle des Gehirns zu erstellen. Diese Modelle setzen sich aus kleinen Würfeln zusammen, die die verschiedenen Gehirnareale repräsentieren. Es ist dann möglich, die Mechanik einzelner Würfel, also einzelner Gehirnareale, zu betrachten. Mithilfe dieser Modelle wird es idealerweise möglich sein, beispielsweise Operationen zu simulieren.

„Wir können am PC quasi in die Zukunft schauen“, erklärt Dr. Budday. Sie drücken Würfel ein – das passiert zum Beispiel, wenn ein Arzt das Gehirn während der OP halten muss – und sagen so Verformungen und Spannungen im Gewebe voraus. Dadurch finden sie bereits vor der OP heraus, was die Zellen in unserem Gehirn aushalten müssen.

Auch bei der Diagnose von Krankheiten könnten Dr. Buddays Gehirnmodelle Anwendung finden. Durch einige Erkrankungen wie Epilepsie oder Schizophrenie verändern sich die mechanischen Eigenschaften des Gehirns. Wenn sich die Struktur ändert, nimmt das auch Einfluss auf die Funktion. Bei vielen Erkrankungen zeigen sich die Symptome jedoch erst, wenn es zu spät ist. Mithilfe der Modelle könnten sie früher erkannt werden.

Prof. Dr. Ingmar Blümcke, Direktor am Institut für Neuropathologie der FAU, beschäftigt sich mit der Krankheit Epilepsie. Eine Form dieser Erkrankung entsteht beispielsweise durch eine Fehlfaltung im Gehirn. Betroffenen wird der fehlerhafte Teil entnommen.

Die MRT-Bilder, die die Ärzte nutzen, um solche Fehlfaltungen zu lokalisieren, sind jedoch oft ungenau. Dr. Buddays Modelle könnten die Ärzte dabei unterstützen, die Teile leichter und gezielter zu identifizieren.

Doch mit der Erforschung der Mechanik ist es nicht getan. Sie dient zur Unterstützung der Ärzte, die an den Ergebnissen anknüpfen und Methoden zur Heilung entwickeln. Die Zusammenarbeit mit Medizinern ist daher wichtig. „Ich habe mich unter anderem für die FAU entschieden, weil sie eine Volluniversität ist. Technische Fakultät, Naturwissenschaftliche Fakultät, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum – hier ist alles gebündelt“, sagt Silvia Budday.

Über die Wissenschaftlerin: Mit der Achterbahn zum Gehirn

Dr. Silvia Budday studierte Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie. Maschinenbau – damit verbinden viele eher Metall und Maschinen, eben ganz was der Name verspricht. Wie kam die Ingenieurin Dr. Silvia Budday also zur Mechanik des Gehirns? Über Umwege: Ihre Bachelorarbeit hat sie bei einem Achterbahnkonstrukteur geschrieben.

„Hinter Achterbahnen steckt ein spannendes mechanisches System“, erzählt Silvia Budday. Dafür musste sie sich auch damit beschäftigen, wie sich eine Achterbahnfahrt auf den Menschen auswirkt. Zwar sollen die Achterbahnfahrer gut durchgeschüttelt werden, sich verletzen sollen sie aber nicht. Deswegen müssen Konstrukteure genau berechnen, was bei der Fahrt geschieht und wie sich die Stöße auf den Körper auswirken.

Auf diese Weise kam sie zum ersten Mal mit der menschlichen Mechanik in Kontakt. In ihrem Master hat sie sich dann zunehmend der Biomechanik gewidmet, also der Mechanik, die auf den Körper bezogen wird. Das brachte sie wiederum zur Gehirnmechanik.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Silvia Budday
Tel.: 09131/85-67611
silvia.budday@fau.de

Weitere Informationen:

http://www.brainiacs.forschung.fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Gehen verändert das Sehen
20.11.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Zelltod oder Krebswachstum: eine Frage des Zusammenhalts!
20.11.2019 | Deutsches Krebsforschungszentrum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit künstlicher Intelligenz zum besseren Holzprodukt

Der Empa-Wissenschaftler Mark Schubert und sein Team nutzen die vielfältigen Möglichkeiten des maschinellen Lernens für holztechnische Anwendungen. Zusammen mit Swiss Wood Solutions entwickelt Schubert eine digitale Holzauswahl- und Verarbeitungsstrategie unter Verwendung künstlicher Intelligenz.

Holz ist ein Naturprodukt und ein Leichtbauwerkstoff mit exzellenten physikalischen Eigenschaften und daher ein ausgezeichnetes Konstruktionsmaterial – etwa...

Im Focus: Eine Fernsteuerung für alles Kleine

Atome, Moleküle oder sogar lebende Zellen lassen sich mit Lichtstrahlen manipulieren. An der TU Wien entwickelte man eine Methode, die solche „optischen Pinzetten“ revolutionieren soll.

Sie erinnern ein bisschen an den „Traktorstrahl“ aus Star Trek: Spezielle Lichtstrahlen werden heute dafür verwendet, Moleküle oder kleine biologische Partikel...

Im Focus: Atome hüpfen nicht gerne Seil

Nanooptische Fallen sind ein vielversprechender Baustein für Quantentechnologien. Forscher aus Österreich und Deutschland haben nun ein wichtiges Hindernis für deren praktischen Einsatz aus dem Weg geräumt. Sie konnten zeigen, dass eine besondere Form von mechanischen Vibrationen gefangene Teilchen in kürzester Zeit aufheizt und aus der Falle stößt.

Mit der Kontrolle einzelner Atome können Quanteneigenschaften erforscht und für technologische Anwendungen nutzbar gemacht werden. Seit rund zehn Jahren...

Im Focus: Der direkte Weg zur Phosphorverbindung: Regensburger Chemiker entwickeln Katalysemethode

Wissenschaftler finden effizientere und umweltfreundlichere Methode, um Produkte ohne Zwischenstufen aus weißem Phosphor herzustellen.

Pflanzenschutzmittel, Dünger, Extraktions- oder Schmiermittel – Phosphorverbindungen sind aus vielen Mitteln für den Alltag und die Industrie nicht...

Im Focus: Atoms don't like jumping rope

Nanooptical traps are a promising building block for quantum technologies. Austrian and German scientists have now removed an important obstacle to their practical use. They were able to show that a special form of mechanical vibration heats trapped particles in a very short time and knocks them out of the trap.

By controlling individual atoms, quantum properties can be investigated and made usable for technological applications. For about ten years, physicists have...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage 2020: „Mach es einfach!“

18.11.2019 | Veranstaltungen

Humanoide Roboter in Aktion erleben

18.11.2019 | Veranstaltungen

1. Internationale Konferenz zu Agrophotovoltaik im August 2020

15.11.2019 | Veranstaltungen

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

3D-gedruckte Optik

20.11.2019 | Physik Astronomie

Sprit sparen auf dem Acker

20.11.2019 | Energie und Elektrotechnik

Erste Großschmetterlings-Raupe im Baltischen Bernstein entdeckt

20.11.2019 | Geowissenschaften

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