Video der Woche: Das Scheibletten-Hirnmodell

 Forscher fertigen Dünnschnitte eines menschlichen Gehirns an. Image courtesy of Amunts, Zilles, Evans et al.
Forscher fertigen Dünnschnitte eines menschlichen Gehirns an. Image courtesy of Amunts, Zilles, Evans et al.


Das Gehirn ist und bleibt das geheimnisvollste aller Organe: Wie aus den komplexen Verschaltungen von Nervenzellen die faszinierenden Funktionen unseres Denkapparates entstehen, ist noch weitgehend unklar. Um den Geheimnissen des Gehirns auf die Spur zu kommen, hat ein deutsch-kanadisches Forscherteam nun ein neues hochauflösendes 3D-Abbild eines menschlichen Gehirns entwickelt: „BigBrain“ zeigt die Strukturen des Gehirns erstmals mit einer Auflösung von 20 Mikrometern – kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars. Das Modell steht der weltweiten Hirnforschung nun frei zur Verfügung.
BigBrain basiert auf Informationen aus über 7.400 Gewebeschichten mit einer Dicke von nur 20 Mikrometern. Zuerst fertigten die Forscher dazu dünne Schnitte eines menschlichen Gehirns an. Diese wurden anschließend in Paraffinwachs eingebettet und dann mit einem speziellen Instrument namens Mikrotom geschnitten. Die so gewonnenen filigranen Schichten wurden auf spezielle Folien aufgezogen, eingefärbt und dann mit einem Flachbett-Scanner in hoher Auflösung digitalisiert. Aus der Gesamtheit der 7.400 Scans konnten die Forscher dann schließlich das 3D-Modell des Gehirns in hoher Auflösung zusammenstellen.

„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.
Katrin Amunts (Heinrich-Heine Universität Düsseldorf) et al.: Science, doi: 10.1126/science.1235381

© wissenschaft.de - Martin Vieweg

 
Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Abonnement abschließen

und Vorteile genießen

weiter

Die Leser-Wahl ist abgeschlossen!

Bitte haben Sie noch etwas Geduld: Im Dezemberheft von bild der wissenschaft erfahren Sie, wer die Sieger sind.

bild der wissenschaft
ist offizieller Medienpartner von:


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe
Calculator IMT || Kalykulyator IMT dlya Detey i podrostkov || Kalykulyator rashoda kaloryi || Test skorosty interneta speedtest