Haarfeine Sonde ermöglicht Einblicke in bislang verborgene Prozesse im Gehirn


  • Dr. med. Thomas Kron
  • Medizinische Nachrichten
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Kernbotschaften

Was passiert im Gehirn, wenn wir etwas lernen? Wie bilden sich Erinnerungen und wie entsteht Alzheimer? Das könnten Wissenschaftler künftig besser verstehen. Mit einer haarfeinen endoskopischen Fasersonde ist es einem Forscherteam vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) in Jena und der Universität Edinburgh gelungen, Einblicke in schwer zugängliche Hirnregionen zu erlangen. Mit der Sonde sind neuronale Strukturen tief im vitalen Gehirn hochauflösend sichtbar zu machen. Neuronale Prozesse können quasi live beobachtet werden. Ihre Studie haben die Forscher im Fachmagazin „Light: Science & Applications“ veröffentlicht.

Hintergrund

In den vergangenen Jahren sind in der bildgebenden Diagnostik der Gehirns enorme Fortschritte erzielt  worden, etwa durch die verschiedenen MRT-Verfahren und die PET. Doch alle Fragen, die Neurowissenschaftler zu zerebralen Vorgängen haben, lassen sich mit den verfügbaren Verfahren nicht beantworten. So ist es derzeit nicht möglich, neuronale Prozesse in tieferen Hirnregionen wie dem Hippocampus live zu beobachten, ohne das umgebende Gewebe schwer zur schädigen. Zu groß sind die üblichen Endoskope mit ihrem Bündel aus hunderten Glasfasern, um in diese empfindlichen Hirnregionen vorzudringen — und zu winzig wiederum sind die neuronalen Strukturen, um sie mit nicht-invasiven bildgebenden Verfahren wie etwa der MRT sichtbar zu machen. Wissenschaftler arbeiten daher weiter an neuen Methoden oder an der Optimierung verfügbarer Verfahren. 

Erste Schritte hin zu einer praktischen Anwendung

Ein Ergebnis solcher Bemühungen ist die Sonde, die das Forscherteam vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (in Jena und der Universität Edinburgh) entwickelt hat. Die Wissenschaftler gehören der neu gegründeten Arbeitsgruppe für holographische Endoskopie um IPHT-Wissenschaftler Tomáš Čižmár an, der das holographische Verfahren zur Bildgebung durch eine einzige Faser entwickelte. Auf diese Weise ist es seinem Team nun gelungen, Bilder von Gehirnzellen und neuronalen Prozessen im visuellen Kortex und Hippocampus zu erhalten.  „Wir freuen uns sehr, dass unsere Technologie erste Schritte hin zur praktischen Anwendung in den Neurowissenschaften macht“, sagt Dr. Sergey Turtaev vom Leibniz-IPHT, Hauptautor des Beitrags. „Erstmals haben wir gezeigt, dass es möglich ist, tiefe Hirnregionen eines lebenden Tieres minimal-invasiv zu untersuchen und gleichzeitig hochauflösende Bilder zu erhalten“, ergänzt sein Kollege Dr. Ivo T. Leite. 

Klinische Bedeutung

Detaillierte Beobachtungen in Hirnregionen wie dem visuellen Kortex und Hippocampus sind entscheidend, um die Sinneswahrnehmung zu erforschen, herauszufinden, wie sich Erinnerungen bilden und wie schwere neuronale Erkrankungen, etwa Morbus Alzheimer, entstehen. Neurowissenschaftlern eröffnet das Verfahren neue Möglichkeiten, um zum Beispiel zu erforschen, was im Gehirn von Tieren passiert, während diese ihrerseits gerade ihre Umgebung erkunden oder eine neue Aufgabe erlernen. „Wir können die Aktivität der neuronalen Schaltkreise offenlegen, ohne ihre Aktivität zu stören“, erläutert Projektpartnerin Dr. Nathalie Rochefort von der Universität Edinburgh.

Finanzierung: EU, Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft, Thüringer Aufbaubank, Wellcome Trust u.a.