Die Falten unserer grauen Zellen

Voller tiefer Furchen – mit dem Gehirn assoziieren die Menschen seine charakteristische Form. Doch wieso liegen unsere grauen Zellen in Falten? Und was verraten diese Furchen? An diesen Fragen forscht Dr. Silvia Budday von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und erhält hierfür  rund eine Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Das menschliche Gehirn faltet sich bereits im Mutterbauch: Die äußere Gehirnschicht wächst schneller als die innere, von der sie gehalten wird. Durch die so entstehenden Spannungen legt sich die Gehirnmasse in Falten. Dr. Silvia Budday will diesen Falten, also der Mechanik des menschlichen Gehirns am Lehrstuhl für Technische Mechanik der FAU auf den Grund gehen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat sie in das Emmy Noether-Programm aufgenommen und stellt ihr im ersten Förderabschnitt rund eine Millionen Euro für eine Nachwuchsforschungsgruppe zur Gehirnmechanik zur Verfügung.

Weicher als Wackelpudding

Wie reagiert Gehirnmasse, wenn an ihr gezogen oder sie gedrückt wird? Um herauszufinden, wie sich das Gehirngewebe mechanisch verhält, testet Dr. Silvia Budday totes Gehirngewebe – entweder Gehirnspenden von der Anatomie oder Schweinegehirne vom Schlachter. Die Gehirne untersucht sie dann stückchenweise, indem sie die einzelnen Stückchen einspannt und verformt.

Dabei muss Budday extrem vorsichtig vorgehen, denn das Gehirngewebe ist sehr weich, komplex und es verhält sich je nach Belastungsmodus anders. „Gehirnmasse ist weicher als Wackelpudding. Das kann man sich nicht vorstellen, bis man es selbst in der Hand hält“, sagt die Wissenschaftlerin.

Wie sich Krankheiten „entfalten“

Buddays Ziel ist es, 3D-Computer-Modelle des Gehirns zu erstellen. Diese Modelle setzen sich aus kleinen Würfeln zusammen, die die verschiedenen Gehirnareale repräsentieren. Es ist dann möglich, die Mechanik einzelner Würfel, also einzelner Gehirnareale, zu betrachten. Mithilfe dieser Modelle wird es idealerweise möglich sein, beispielsweise Operationen zu simulieren. „Wir können am PC quasi in die Zukunft schauen“, erklärt die Ingenieurin. Sie drücken Würfel ein – das passiert zum Beispiel, wenn ein Arzt das Gehirn während der OP halten muss – und sagen so Verformungen und Spannungen im Gewebe voraus. Dadurch finden sie bereits vor der OP heraus, was die Zellen in unserem Gehirn aushalten müssen.

Auch bei der Diagnose von Krankheiten könnten Buddays Gehirnmodelle Anwendung finden. Durch einige Erkrankungen wie Epilepsie oder Schizophrenie verändern sich die mechanischen Eigenschaften des Gehirns. Wenn sich die Struktur ändert, nimmt das auch Einfluss auf die Funktion. Bei vielen Erkrankungen zeigen sich die Symptome jedoch erst, wenn es zu spät ist. Mithilfe der Modelle könnten sie früher erkannt werden.