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Warme Nanopartikel regen das Gehirn an

18.03.2015

Durch ein Magnetfeld erhitzte Nanopartikel können herkömmliche Gehirnimplantate mit Elektroden und externen Stromquellen ersetzen.

Viele haben von den Methoden der transkraniellen Hirnstimulation gehört, wenn ein bestimmter Bereich der Großhirnrinde ohne chirurgischen Eingriff von einem Magnetfeld oder einem schwachen elektrischen Strom beeinflusst wird. Letztes Jahr wurde in Science ein Artikel veröffentlicht, der besagt, dass die Verwendung eines externen Magnetfelds das Gedächtnis verbessern kann, und 2013 konnten Forscher der Ben-Gurion-Universität damit mehrere Raucher von ihrer schlechten Angewohnheit befreien – zumindest für sechs Monate. .

Aber rein transkranielle Verfahren sind nicht hochspezifisch. Andererseits gibt es invasive Methoden, bei denen wir Elektroden ins Gehirn implantieren, die gezielt auf bestimmte Zellgruppen einwirken. Mit Hilfe solcher Elektroden ist es beispielsweise möglich, Muskelzittern bei Patienten mit Parkinson-Syndrom zu unterdrücken, aber die Unannehmlichkeiten dieser Methode liegen auf der Hand: chirurgischer Eingriff plus die Notwendigkeit einer externen Stromquelle.

Polina Anikeeva vom Massachusetts Institute of Technology und ihr Labor haben eine ausgeklügelte Methode entwickelt, die die Notwendigkeit eines dauerhaften Gehirnimplantats überflüssig macht und dennoch eine Stimulationsspezifität bietet. Seine Essenz besteht darin, dass Eisenoxid-Nanopartikel in das Gehirn eingeführt werden, die keine Medikamente enthalten, aber in einem Magnetfeld erhitzt werden können. Beim Erhitzen stimulieren sie Capsaicin-Rezeptoren auf Zellmembranen. Capsaicin ist ein Alkaloid, das Paprika einen brennenden Geschmack verleiht, Rezeptorproteine dafür (TRPV1) werden in verschiedenen Zellen gefunden, einschließlich einiger Gehirnneuronen. In Abwesenheit von Rezeptoren ist es jedoch möglich, die Zelle durch gentechnische Methoden zu ihrer Synthese zu zwingen – was in diesem Fall geschehen ist.

Capsaicin-sensitive Proteine reagieren auf erhitzte Nanopartikel und öffnen einen Ionenkanal in der Membran, wodurch die Zelle angeregt wird und einen Impuls erzeugt. Normalerweise werden solche heißen Nanopartikel als Antitumormittel angesehen, das es ihnen ermöglicht, Krebszellen abzutöten, aber dieses Mal waren die Forscher daran interessiert, die Zellen nur zu erregen, ohne sie zu töten. Indem Sie die Stärke des Magnetfelds einstellen, können Sie die gewünschte Temperatur der Partikel und den gewünschten Effekt erzielen. Sie selbst können, da sie gegenüber lebendem Gewebe chemisch völlig inert sind, längere Zeit dort verbleiben, wo sie eingebracht wurden. Wie die Autoren der Arbeit in ihrem Artikel in Science schreiben, erlaubte ihre Methode einen Monat lang, bei Mäusen einen Bereich des Mittelhirns zu stimulieren, der als ventrale Tegmentalregion bezeichnet wird (der übrigens am Verstärkungssystem beteiligt ist und ist beteiligt an der Entstehung von Drogenabhängigkeit).

In Zukunft könnten Nanopartikel mit einem Magnetfeld als drahtloser und „langlebiger“ Neuronenstimulator verwendet werden, was die Lösung einer Vielzahl von Forschungs- und medizinischen Problemen ermöglichen würde. Natürlich ist die praktische Anwendung noch weit entfernt, aber wir haben einen grundlegenden Beweis, dass eine solche Methode möglich ist und funktioniert – und das ist schon eine ganze Menge.

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Sie können die sogenannte Angst vor Mathematik abbauen. Es ist bekannt, dass manche „Mathe-Angst“ so groß ist, dass sie nicht einmal die Höhe des Schecks im Laden richtig berechnen können, ganz zu schweigen vom Lösen algebraischer Gleichungen aus dem Schulkurs.

Wenn so jemand aber ein paar Würfel mit Zahlen zur Hilfe bekommt, dann wird er die Rechenaufgabe höchstwahrscheinlich richtig lösen. Das Experiment bestand eigentlich nur darin, dass eine Person aufgefordert wurde, entweder vollständig im Kopf oder mit Hilfe von Spielzeugzahlen zu rechnen - und gleichzeitig mussten die Teilnehmer des Experiments ständig ein Wort wiederholen. Es ist klar, dass es ziemlich schwierig war, die Zahlen zu manipulieren, da er ständig von der Aussprache dieses Wortes abgelenkt wurde. Spielzeugzahlen halfen nicht nur, sich auf die Hauptaufgabe zu konzentrieren, sondern erlaubten auch, die Angst vor Mathematik zu überwinden, falls vorhanden.

Offensichtlich werden die erzielten Ergebnisse in der Pädagogik sehr nützlich sein, zum Beispiel beim Unterrichten von Kindern, die schlecht in Mathematik sind. Wer hingegen ständig hochintelligente Aufgaben lösen muss, dem sei geraten, eine Art Konstrukteur bereitzuhalten – um dem eigenen Gehirn zu helfen.

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