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Ein Neuron von der Größe eines Gehirns

28.02.2017

Um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, müssen wir wissen, wie seine neuronalen Schaltkreise aussehen und wie Neuronen miteinander verbunden sind. Und dazu muss man wissen, wie jedes einzelne Neuron mit all seinen Ausläufern – Axon und Dendriten – aussieht. Die Aufgabe ist äußerst schwierig, insbesondere wenn sie mit den üblichen neurobiologischen Methoden gelöst wird.

Eine dieser Methoden sieht so aus: Farbstoff wird in ein Neuron injiziert, das sich entlang seines Axons und seiner Dendriten ausbreitet, und dann wird das Gehirn in sehr dünne Abschnitte „gehackt“, um zu überprüfen, wohin der Farbstoff gegangen ist. Da neuronale Prozesse oft stark verzweigt sind und sich über weite Strecken ausbreiten, ist es nicht immer möglich, sie bis zum Ende zu verfolgen.

In letzter Zeit erfinden Neurowissenschaftler jedoch immer zuverlässigere und weniger zeitaufwändige Methoden für diese Aufgabe, und eine dieser Methoden wurde von der Forschungsgruppe von Christoph Koch, Präsident des Allen Brain Institute, erfunden. Gene für fluoreszierende Proteine wurden gentechnisch in Mäuse eingebracht und die Gene mit einem Regulator ausgestattet, der sie als Reaktion auf das Auftreten einer bestimmten Substanz einschaltete.

Als die Substanz an Tiere verfüttert wurde, erwachten die Gene für leuchtende Proteine, aber nicht überall, sondern nur in einigen Neuronen eines speziellen Gehirnbereichs namens Zaun. Infolgedessen begannen Nervenzellen in Mäusen entlang all ihrer Prozesse zu leuchten (fluoreszierende Proteine breiteten sich allmählich im gesamten Neuron aus), und da es nur wenige solcher Zellen gab, waren sie in der Dicke des Gehirns sehr leicht zu unterscheiden. Der Vorteil der neuen Methode besteht darin, dass lebende Neuronen ohne chirurgischen Eingriff vollständig angefärbt werden können.

Zehntausend Schnitte aus Gehirngewebe, die entsprechend am Computer verarbeitet wurden, ermöglichten es, eine dreidimensionale Karte der drei Neuronen des Zauns zu erstellen. Es stellte sich heraus, dass sie zwar als Zaunneuronen bezeichnet werden, ihre Ausläufer aber weit in beide Hemisphären reichen und eines der Neuronen wie eine Krone das gesamte Gehirn umgibt.

Laut Christoph Koch selbst ist Neurowissenschaftlern so etwas bisher noch nicht untergekommen. Natürlich haben sowohl Mäuse als auch Menschen und andere Tiere sehr lange Neuronen – zum Beispiel in den Beinen, bei denen sich der neuronale Fortsatz durch das gesamte Glied ziehen kann, oder im Hirnstamm, dessen Nervenzellen das gesamte Gehirn durchziehen. Zaunneuronen haben jedoch einen wichtigen Unterschied – sie stehen in Kontakt mit den meisten Teilen des Gehirns, die das Verhalten steuern und sensorische Informationen analysieren.

Aus Experimenten mit tomographischen Gehirnscans ist bekannt, dass der Zaun viele Kontakte mit dem Rest des Gehirns unterhält, und obwohl er zu den subkortikalen Strukturen gehört, glauben viele, dass er eine Schlüsselrolle bei der Funktion des Bewusstseins spielt (der erste Idee wurde Mitte der 2000er Jahre von Francis Crick und Christoph Koch vorgebracht). Allerdings hat sich bisher niemand im Detail mit der Anordnung seiner Neuronen beschäftigt.

Die neuen Daten bestätigen sicherlich, was wir über den Zaun und seine umfangreichen Verbindungen zum Rest des Gehirns wissen. Es ist in vielerlei Hinsicht einfacher zu untersuchen als andere Nervenzentren, nicht zuletzt, weil es nicht sehr viele verschiedene Arten von Neuronen in dem Gehäuse gibt.

In naher Zukunft werden Neurowissenschaftler wahrscheinlich versuchen, seine anderen Zellen auf ähnliche Weise zu verfolgen - und dann wird es möglich sein, zum Beispiel zu sagen, ob verschiedene Neuronen des Zauns in verschiedene Bereiche gehen oder ob ihre Prozesse darin gruppiert sind mehrere gleiche Strecken.

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Das Gerät bietet Unterstützung für eine Reihe zusätzlicher Funktionen. Insbesondere können Sie die Geschwindigkeit der Lüfter steuern. Außerdem ist ein ferngesteuertes Herunterfahren und Einschalten des Computers implementiert.

Im Lieferumfang sind eine Fernbedienung und Anschlusskabel enthalten. Der Controller misst 65 x 23 x 109 mm und wiegt etwa 70 Gramm.

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