Neue Methode macht mithilfe von Licht Nervenverbindungen im lebenden Gehirn sichtbar

30. Juli 2017, 11:49
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Verfahren zeigt, welche Nervenzelltypen wann und wo aktiviert werden

Martinsried – Deutsche Forscher haben eine Möglichkeit entwickelt, allein mittels Licht miteinander verbundene Nervenzellen im lebenden Gehirn zu entdecken. Mit der nun in "Nature Communications" präsentierten Optobow-Methode können einzelne Nervenzellen unter dem Mikroskop aktiviert werden; das Aufleuchten benachbarter Zellen zeigt dann den Weg des Informationsflusses. Damit werden selbst im Dickicht des Nervensystems Form und Verbindungen der Zellen sichtbar.

Moderne Methoden geben immer detailliertere Einblicke in den Aufbau und die Funktionen des Gehirns. Durch das Mikroskop zeigt sich, wann und wo Nervenzellen bei einer bestimmten Aktion aktiv sind. Ob die aktiven Zellen jedoch untereinander verbunden sind, oder in welcher Reihenfolge sie Informationen austauschen, bleibt dabei meist unsichtbar. Solche Informationen konnten bisher nur teilweise und mit großem Aufwand mit Methoden der Elektrophysiologie oder der Elektronenmikroskopie gewonnen werden.

Durchsichtige Fischgehirne

"Wir haben nach einem Weg gesucht, um die Verbindungen und Informationsweitergabe von Nervenzellen im aktiven Gehirn beobachten zu können, ohne das Gehirn zu schädigen, ja, es nicht einmal zu berühren", erklärt Dominique Förster. Mit dieser Motivation entwickelten Förster und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried die Optobow-Methode, bei der mit Hilfe gentechnischer Verfahren der lichtempfindliche "ChrimsonR"-Ionenkanal in einzelne Nervenzellen im Gehirn von Zebrafischlarven eingeschleust wurde. Da Zebrafischlarven und auch ihr Gehirn durchsichtig sind, konnten die Forscher die ChrimsonR-Zellen allein durch das Anstrahlen der Fische mit Licht aktivieren.

Wie nützlich die neue Methode ist, konnten die Forscher bereits in ihren ersten Versuchen belegen: Im untersuchten Bereich des Zebrafischgehirns konnten sie zeigen, dass eine Information als Abbild in dem Gehirnbereich bleibt, bevor sie an andere Bereiche weitergeleitet wird. "Ich wüsste nicht, mit welcher anderen lichtmikroskopischen Methode wir diese Verbindung hätten entdecken können", meint Herwig Baier, der Leiter der Studie. "Mit Optobow können wir nun erstmals im Gehirn eines lebenden, aktiven Tiers beobachten, welche Nervenzellen untereinander verschaltet sind, wenn zum Beispiel ein Verhaltenskommando im Gehirn generiert wird." (red, 30.7.2017)

  • Wissenschafter können mithilfe der Optobow-Methode einzelne Nervenzellen im Zebrafischgehirn mit Licht aktivieren (magenta) und dabei beobachten, welche benachbarten Zellen mit der Zelle im gleichen Schaltkreis verbunden sind (gelb).
    foto: max-planck-institut für neurobiologie / förster

    Wissenschafter können mithilfe der Optobow-Methode einzelne Nervenzellen im Zebrafischgehirn mit Licht aktivieren (magenta) und dabei beobachten, welche benachbarten Zellen mit der Zelle im gleichen Schaltkreis verbunden sind (gelb).

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