Die Verarbeitung der hauchdünnen, fragilen Gewebeproben ist extrem schwierig und aufwändig“, berichtet Studienleiterin Katrin Amunts von der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf. Es entstehen beim Anfertigen der hauchdünnen Schnitte manchmal Risse oder Falten, die in den digitalisierten Abbildern durch moderne Bildverarbeitungstechniken ‚repariert‘ werden müssen, so die Forscherin. Aber das war nicht die einzige Hürde: Um die riesigen Datensätze zu verarbeiten, dreidimensional zu rekonstruieren und im Detail auszuwerten, war die geballte Leistungskraft von Supercomputern in Kanada und Jülich nötig.
Blick auf die Details der menschlichen Schaltzentrale
Die Auflösung von BigBrain übertrifft die Detailgenauigkeit bisheriger Hirnmodelle in allen drei räumlichen Dimensionen um das Fünfzigfache, heißt es. Dies ermögliche nun erstmals auch Blicke auf sehr kleine Strukturen des menschlichen Gehirns. Das anatomische Instrument soll dadurch als Atlas von Zellstrukturen beziehungsweise einzelner Untereinheiten der Großhirnrinde dienen, so die Forscher.
BigBrain hilft uns, neue Erkenntnisse über das gesunde, aber auch erkrankte Gehirn zu gewinnen, sagt Amunts. Die menschliche Hirnrinde ist aufgrund ihrer Entwicklung sehr stark gefaltet, daher lasse sich ihre Dicke in einigen Arealen durch bildgebende Verfahren wie der Magnetresonanztomografie nur sehr ungenau bestimmen. Die Dicke der Hirnrinde verändert sich jedoch im Laufe des Lebens und auch bei neurodegenerativen Prozessen wie der Alzheimer-Krankheit. Mit Hilfe unseres hochauflösenden Hirnmodells können wir nun in verschiedenen funktionellen Hirnarealen wie etwa der motorischen Rinde oder einer Hirnregion, die unter anderem für Lernen und Gedächtnis wichtig ist, neue Einsichten in deren normalen Aufbau gewinnen und zahlreiche Strukturmerkmale messen, erklärt Amunts. Das könnte dazu beitragen, Veränderungen in Patientengehirnen genau bestimmen und bewerten zu können.
BigBrain soll nun außerdem ein weiteres Großprojekt der Hirnforschung durch seine Informationen unterstützen: Das europäische Human Brain Project“, an dem über 80 wissenschaftliche Einrichtungen in 23 Ländern beteiligt sind. Es hat das ehrgeizige Ziel, innerhalb von zehn Jahren das komplette menschliche Gehirn von der molekularen Ebene bis hin zur Interaktion ganzer Hirnregionen auf einem zukünftigen Supercomputer zu simulieren.