Gehirnaktivität live verfolgen

Wis­sen­schaft­lern vom Helm­holtz Zen­trum Mün­chen und der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Mün­chen (TUM) ist es gelun­gen, ein Mikro­skop zu ent­wi­ckeln, das es erst­mals erlaubt, neu­ro­na­le Akti­vi­tä­ten des Modell­or­ga­nis­mus Zebra­fisch zu beob­ach­ten, wäh­rend die­ser sich frei bewegt.

Einem Wis­sen­schaft­ler­team vom Helm­holtz Zen­trum Mün­chen und der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Mün­chen (TUM) ist es gelun­gen, ein völ­lig neu­ar­ti­ges Mikro­skop zu ent­wi­ckeln. Der soge­nann­te NeuBtra­cker ist ein Open Source-Mikro­skop, das es erst­mals erlaubt, natür­li­ches Ver­hal­ten und zeit­gleich die Akti­vi­tät der Ner­ven­zel­len im Gehirn zu ver­fol­gen.

NeuBtra­cker ist mit zwei Kame­ras aus­ge­stat­tet, von der die eine die völ­lig unbe­ein­fluss­te und freie Bewe­gung einer Zebra­fisch­lar­ve ver­folgt, wäh­rend die ande­re auto­ma­tisch auf den durch­sich­ti­gen Kopf und damit das Gehirn gerich­tet bleibt und Fluo­res­zenz­bil­der auf­nimmt. „Auf die­se Art ist es mög­lich, die Ner­ven­ak­ti­vi­tät wäh­rend des natür­li­chen Bewe­gungs­ver­hal­tens zu beob­ach­ten. Die Lar­ve wird zusätz­lich ver­schie­de­nen Umwelt­be­din­gun­gen aus­ge­setzt, sodass wir die Reak­tio­nen dar­auf sofort ana­ly­sie­ren kön­nen“, sag­te Prof. Gil Gre­gor West­mey­er von den Insti­tu­ten für Bio­lo­gi­sche und Medi­zi­ni­sche Bild­ge­bung (IBMI) und Ent­wick­lungs­ge­ne­tik (IDG) am Helm­holtz Zen­trum Mün­chen, sowie der Nukle­ar­me­di­zi­ni­schen Kli­nik und Munich School of Bio­en­gi­nee­ring (MSB) der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Mün­chen (TUM).

Unter Zusatz von Stof­fen, die zum Bei­spiel den Meta­bo­lis­mus beein­flus­sen, kön­nen dann die dadurch her­vor­ge­ru­fe­nen, neu­ro­na­len Ereig­nis­se im Gehirn in vivo beob­ach­tet wer­den. „Wir kön­nen nun end­lich simul­tan die Aus­wir­kun­gen von phy­sio­lo­gisch wirk­sa­men Stof­fen auf das Ver­hal­ten und die Gehirn­ak­ti­vi­tät beob­ach­ten“, erklär­te Panagio­tis Sym­vou­l­i­dis vom Helm­holtz Zen­trum Mün­chen und der TUM und Erst­au­tor der Stu­die. „Durch die selek­ti­ve Expres­si­on von fluo­res­zie­ren­den Sen­sor­pro­te­inen erken­nen wir die Akti­vi­tät bestimm­ter Ner­ven­zel­len“. „Somit sehen wir im Gehirn exakt, wel­che Gehirn­be­rei­che wäh­rend eines gewis­sen Ver­hal­tens aktiv sind“, ergänz­te Dr. Anto­nel­la Lau­ri aus dem Team von West­mey­er.

Ein Mikro­skop zum Nach­bau­en

Das neue Mikro­skop ist ein soge­nann­tes Open-Source-Mikro­skop. Das bedeu­tet, dass es eine genaue Anlei­tung zum Nach­bau im Web (www​.neubtra​cker​.org) gibt, auf die jeder zugrei­fen kann. „Wir woll­ten unse­ren wis­sen­schaft­li­chen Kol­le­gen die Mög­lich­keit geben, NeuBtra­cker nach­zu­bau­en, denn auf solch ein Gerät haben wir schon seit Jah­ren gewar­tet“, erklär­te West­mey­er. „End­lich ist es mög­lich, die Wir­kung von Medi­ka­men­ten auf das Ver­hal­ten zeit­gleich mit der neu­ro­na­len Akti­vi­tät oder ande­ren Signal­pro­zes­sen über einen gesam­ten Orga­nis­mus hin­weg live zu sehen. Die­ser sys­te­mi­sche Ansatz ermög­licht uns ganz neue Erkennt­nis­se. Wir hof­fen, die­sen zukünf­tig auch auf den Gebie­ten der Wirk­stoff- und Stoff­wech­sel­for­schung erfolg­reich ein­set­zen zu kön­nen“, so West­mey­er.

Unter­stützt wur­de das inter­dis­zi­pli­nä­re Pro­jekt, an dem auch das Insti­tu­te of Neu­ro­sci­ence und der Lehr­stuhl für Com­pu­ter Aided Medi­cal Pro­ce­du­res & Aug­men­ted Rea­li­ty sowie die Munich School of Bio­en­gi­nee­ring (MSB) der TUM betei­ligt waren, durch die Helm­holtz Alli­anz „Visua­li­sie­rung und The­ra­pie Umwelt­be­ding­ter Stoff­wech­sel­er­kran­kun­gen“ (ICEMED) und den ERC Star­ting Grant an West­mey­er.

Lite­ra­tur:
Quelle
Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt
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