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Bild der Woche

Neue Einblicke ins menschliche Gehirn

Konnektom
© Markus Axer and Katrin Amunts, INM-1/ Forschungszentrum Jülich

Dieses farbenprächtige Bild zeigt die dreidimensionale Ausrichtung von Nervenverbindungen in einem mittels Polarisationsmikroskopie erstellten Schnitt des Hippocampus – dem Gedächtniszentrum unseres Gehirns.

Noch immer ist es eine schwierige Aufgabe, das Gehirn mit all seinen komplexen Verbindungen zu verstehen und zu untersuchen. Forschende des „Human Brain Projects“ haben es sich unter anderem zur Aufgabe gemacht, die Gesamtheit dieser Verbindungen, das sogenannte Konnektom, in einem 3D-Gehirnatlas besser zugänglich zu machen. „Das Konnektom ist auf mehreren Ebenen verschachtelt. Um seine Struktur zu verstehen, müssen wir uns gleichzeitig mehrere Größenordnungen anschauen, indem wir verschiedene experimentelle Methoden in einem multiskalen-Ansatz kombinieren und die erhaltenen Daten in einen mehrschichtigen Atlas, wie dem von uns entwickelten Julich Brain Atlas zu integrieren“, erklärt Katrin Amunts vom Forschungszentrum Jülich, die wissenschaftliche Direktorin des „Human Brain Projects“.

Um die Nervenzellverbindungen dreidimensional zu kartieren, wurde derselbe Gewebeschnitt eines menschlichen Hippocampus mit verschiedenen Methoden untersucht. Dazu gehörten die anatomische und diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (aMRI und dMRI), sowie die Zwei-Photonen Fluoreszenzmikroskopie (TPFM). Diese Methoden werden entweder zu den mikro- oder makroskopischen Darstellungen des Gehirngewebes genutzt. Zusätzlich setzte das Team eine neu entwickelte Methode der polarisierten Bildgebung ein (3D Polarized Light Imaging). Mit dieser kann die Ausrichtung der Nervenfasern auf mikroskopischer Ebene erfasst werden und gleichzeitig das gesamte Gehirn abgebildet werden.

Das Bild zeigt einen mittels 3D Polarized Light Imaging erstellten Ausschnitt aus dem Hippocampus. Die Farben repräsentieren die unterschiedlichen Ausrichtungen der lange Nervenzellfortsätze, der sogenannten Axone. Sie verknüpfen die Neuronen dieser Hirnregion untereinander und mit anderen Arealen des Gehirns.

Bisher umfasst der 3D-Gehirnatlas mehr als 250 zytoarchitektonische Karten von verschiedenen Gehirnarealen. Trotz der vielen Informationen, die die Forschenden durch diesen mehrstufigen Ansatz ergänzen konnten, ist die Arbeit noch nicht zu Ende. Im Moment laufen oder starten mehrere ähnliche internationale Projekte. Am Ende soll ein frei zugängliches, leistungsstarkes Werkzeug für die Neurowissenschaften und Medizin entstehen.

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