Neue Einblicke ins menschliche Gehirn

Verbindung
© Markus Axer und Catherine Amontes, INM-1/ Forschungszentrum Jülich

Dieses farbenfrohe Bild zeigt die 3D-Ausrichtung neuronaler Verbindungen in einem mit polarisiertem Licht mikroskopierten Schnitt des Hippocampus – dem Gedächtniszentrum unseres Gehirns.

Das Gehirn mit all seinen komplexen Zusammenhängen zu verstehen und zu studieren, ist noch immer eine schwierige Aufgabe. Die Forscher des „Human Brain Project“ haben es sich zur Aufgabe gemacht, all diese Verbindungen, das sogenannte Konnektom, in einem 3D-Hirnatlas besser zugänglich zu machen. „Das Connectom ist auf mehreren Ebenen verschachtelt. Um seine Struktur zu verstehen, müssen wir mehrere Größenordnungen gleichzeitig untersuchen, indem wir verschiedene experimentelle Methoden in einem Multiskalen-Ansatz kombinieren und die gewonnenen Daten in einen vielschichtigen Atlas integrieren, wie den von uns entwickelten Jülich-Hirnatlas, erklärt Catherine. Viele vom Yulich Research Center, wissenschaftlicher Leiter des “Human Brain Project”.

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Um dreidimensionale Verbindungen von Nervenzellen zu zeichnen, wurde der gleiche Teil des menschlichen Hippocampus-Gewebes mit verschiedenen Methoden untersucht. Dazu gehörten anatomische und diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (aMRI und dMRI) und Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie (TPFM). Diese Verfahren werden zur mikroskopischen oder makroskopischen Bildgebung von Gehirngewebe verwendet. Darüber hinaus verwendete das Team ein neu entwickeltes polares Bildgebungsverfahren (3D-Bildgebung mit polarisiertem Licht). Damit lässt sich die Richtung der Nervenfasern auf mikroskopischer Ebene erfassen und gleichzeitig das gesamte Gehirn abbilden.

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Dieses Bild zeigt einen Abschnitt des Hippocampus, der mit 3D-Bildgebung mit polarisiertem Licht erstellt wurde. Die Farben zeigen die unterschiedlichen Orientierungen der Fortsätze langer Nervenzellen, der sogenannten Axone. Sie verbinden die Neuronen dieses Hirnareals untereinander und mit anderen Hirnarealen.

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Bisher enthält der 3D-Hirnatlas mehr als 250 zytoarchitektonische Karten verschiedener Hirnregionen. Trotz der Fülle an Informationen, die die Forscher diesem mehrstufigen Ansatz hinzufügen konnten, ist die Arbeit noch lange nicht abgeschlossen. Derzeit werden mehrere ähnliche internationale Projekte umgesetzt oder gestartet. Schließlich soll ein leistungsfähiges und kostenloses Werkzeug für Neurowissenschaften und Medizin geschaffen werden.

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