Neue Einblicke ins menschliche Gehirn

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© Markus Axer und Katrin Amunts, INM-1/ Forschungszentrum Jülich

Dieses farbenprächtige Bild zeigt die dreidimensionale Anordnung von Nervenverbindungen in der mit polarisiertem Licht mikroskopierten Höhle des Hippocampus – dem Gedächtniszentrum unseres Gehirns.

Es ist auch eine schwierige Aufgabe, das Gehirn mit all seinen komplexen Zusammenhängen zu verstehen und zu studieren. Forscher des „Human Brain Project“ haben sich die Funktion all dieser Verbindungen, das sogenannte Konnektom, in einem 3D-Hirnatlas sehr gut zugänglich gemacht. „Der Konnektor klemmt auf vielen Ebenen. Um seine Struktur zu verstehen, müssen wir Multiskalenordnungen gleichzeitig betrachten, indem wir verschiedene experimentelle Methoden in Multiskalenmethoden kombinieren und die gewonnenen Daten zu einem mehrschichtigen Atlas zusammenführen, wie dem von uns entwickelten Jülich Brain Atlas“, erklärt Katrin Beträge des Forschungszentrums Jülich, Wissenschaftlicher Leiter des „Human Brain Project“.

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Um eine dreidimensionale neuronale Konnektivitätskarte zu erstellen, wurden die gleichen Gewebeschnitte des menschlichen Hippocampus mit unterschiedlichen Methoden untersucht. Dazu gehören Magnetresonanz- und diffusionsgewichtete Bildgebung (aMRI und dMRI) und Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie (TPFM). Diese Verfahren werden zur mikroskopischen oder makroskopischen Bildgebung von Gehirngewebe verwendet. Darüber hinaus verwendete das Team eine neu entwickelte Methode der polarisierten Fotografie (3D Polarized Light Imaging). Damit kann die Ausrichtung des Nervs auf mikroskopischer Ebene und gleichzeitig das gesamte Gehirn erfasst werden.

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Das Bild zeigt einen Ausschnitt des Hippocampus, der mit 3D-Bildgebung mit polarisiertem Licht erstellt wurde. Die Farben repräsentieren die unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen langer Nervenzellen, der sogenannten Axone. Sie verbinden Neuronen in dieser Hirnregion untereinander und mit anderen Hirnarealen.

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Bis heute umfasst der 3D-Hirnatlas mehr als 250 zytoarchitektonische Karten verschiedener Hirnareale. Trotz der Fülle an Informationen, die Forscher zu diesem mehrstufigen Ansatz hinzufügen können, ist die Arbeit noch lange nicht beendet. Derzeit sind viele ähnliche internationale Projekte im Gange oder gestartet. Schließlich sollten leistungsfähige Werkzeuge für Neurowissenschaften und Medizin frei zugänglich sein.

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