Hirnforscher beobachten erstmals detailliert wie Gehirnzellen Zusammenarbeit entwickeln

(PresseBox) ( Frankfurt/Jupiter, )
Die Hirnforschung weiß bisher sehr viel über einzelne Gehirnzellen (Neurone), nur wenig jedoch über das Zusammenspiel von mehreren Neuronen, wodurch die eigentlichen Leistungen des Gehirns entstehen. Jetzt konnten Wissenschaftler vom Max Planck Florida Institute for Neuroscience und vom Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) erstmals die Entwicklung dieses Zusammenspiels der Neuronen und das Entstehen von gezielter Koordination im Gehirn an Frettchen durch die gesamte entscheidende Entwicklungsphase hindurch beobachten.

In der Februar-Ausgabe des Fachmagazins "nature neuroscience" (DOI 10.1038/nn.3921) beschreiben die Hirnforscher Dr. David Fitzpatrick vom Max Planck Florida Institute und Prof. Matthias Kaschube vom FIAS mit ihren Kollegen diese Entwicklung: Wenn Frettchen 30 Tage nach ihrer Geburt zum ersten Mal die Augen öffnen, reagieren die für das Sehen zuständigen Gehirnzellen zunächst auf sich bewegende visuelle Reize sehr unbestimmt, so dass eine Interpretation der Seheindrücke kaum möglich oder zumindest sehr unsicher ist. Mit der Entwicklung der Koordination der Neuronen können die zuständigen Gehirnzellen immer sicherer die Signale deuten und eindeutig die Richtung von Bewegungen erkennen. Erst nach ein bis zwei Wochen ist die Entwicklung der Neuronen-Koordination ausgereift. Dieser Prozess kann allerdings durch Training mit visueller Stimulation beschleunigt werden. Während die Hirnforschung bisher nur Momentaufnahmen von Neuronen in diesem Entwicklungsstadium kannte, ist dies das erste Mal, dass die Entwicklung früher Neuronen-Koordination kontinuierlich verfolgt werden konnte.

Eine wichtige Rolle spielten bei den Beobachtungen neuartige fluoreszierende Proteine, die sich als Aktivitätssensoren mit Hilfe von genetischen Methoden in Nervenzellen einbauen lassen. Diese konnten mit Hilfe der sogenannten Zwei-Photonen-Mikroskopie beobachtet werden, die es erlaubt, am lebenden Tier Vorgänge im Inneren einzelner Gehirnzellen zu beobachten, ohne Schäden zu hinterlassen. Die am Max Planck Florida Institute gewonnenen Daten wurden unter der Leitung von Prof. Kaschube am FIAS mit Hilfe von statistischen Modellen ausgewertet.

Das Max Planck Florida Institute for Neuroscience in Jupiter/Florida ist darauf spezialisiert, Verfahren und Technologien zu entwickeln, um Vorgänge in Verbänden von Nervenzellen sowie im Zellinnern auf Molekülebene sichtbar zu machen. Es ist das einzige Forschungsinstitut der Max-Planck-Gesellschaft in den USA. Am FIAS hat sich Prof. Kaschube auf die mathematische Modellbildung und Auswertung von Mikroskopbildern spezialisiert, um Schlussfolgerungen über die in Netzwerken von Zellen ablaufenden Vorgänge zu ziehen.

Das Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ist eine überdisziplinäre Forschungsinstitution zur theoretischen Erforschung von komplexen Strukturen in der Natur, die von der Goethe-Universität Frankfurt gegründet wurde und von öffentlichen Geldgebern, Stiftungen und Privatpersonen finanziert wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen neben der Hirnforschung Grundlagenforschung in Biowissenschaften, Computerwissenschaften, Chemie und Physik.
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