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Molekulare Sonden Revolution beim Blick ins Hirn

Blick ins Gehirn: MRT-Scans machen Strukturen des Gehirns sichtbar Zur Großansicht
Corbis

Blick ins Gehirn: MRT-Scans machen Strukturen des Gehirns sichtbar

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Mit bildgebenden Verfahren blicken Ärzte in unser Gehirn. Nun haben Forscher erstmals das Verhalten eines Botenstoffs im Denkorgan einer Ratte live beobachtet - die Technik soll helfen, unser Denken und Fühlen genauer zu ergründen.

Was Alan Jasanoff vorzuweisen hat, mag wenig spektakulär erscheinen: ein grauer Fleck in Form eines angeschnittenen Apfels; und als sei dieser von Würmern angefressen, leuchtet unten links eine verdächtige Stelle in bunten Farben auf. Für Jasanoff ist dieser Fleck der Lohn von 15 Jahren Forschungsarbeit. Denn der Apfel stellt die Hirnkarte einer Ratte dar, und die leuchtende Struktur zeigt, was so nie zuvor zu sehen war: die Aktivität des Botenstoffs Dopamin im lebenden Gehirn.

Jasanoff hat sich vorgenommen, den chemischen Austausch der Nervenzellen unter der Schädeldecke sichtbar zu machen und ihnen so gleichsam beim Denken zuzuschauen. Die Hirnkarte, die er jetzt im Wissenschaftsmagazin "Science" veröffentlicht, ist ein erster entscheidender Schritt dorthin.

Das Projekt des Bioingenieurs am MIT lässt sich verstehen als Teil einer Großinitiative, in deren Rahmen Forscher unterschiedlichster Fachbereiche derzeit versuchen, dem Gehirn mehr Information zu entlocken, als dies bisher möglich war. Ihre Hoffnung ist es, eine fundamentale Lücke zu schließen, die im Verständnis des Denkorgans noch klafft. Denn die Wissenschaftler können zwar das Gehirn als Ganzes mit immer leistungsfähigeren Tomografen durchleuchten und auch das Verhalten einzelner Nervenzellen in erstaunlicher Detailgenauigkeit studieren. Wie jedoch Hunderte oder Tausende von Neuronen in den Schaltkreisen der Großhirnrinde miteinander kommunizieren, das ist bisher noch kaum verstanden. Gerade in solchen komplexen Verschaltungen aber, so vermuten viele Wissenschaftler, liegt der Schlüssel zu den großen Rätseln des Denkens, des Fühlens oder des Bewusstseins.

Molekulare Sonden für den Blick ins Gehirn

Deshalb versuchen die Forscher nun möglichst genau zu horchen, wenn die Neuronen plaudern. Und ihre Phantasie kennt dabei kaum Grenzen: Mit Fluoreszenzfarbstoffen und Genschaltern, mit Mikrochips und Nanosonden rücken sie dem Geflecht der Neuronen zuleibe. Während die meisten Forscher jedoch versuchen, die an Einzelzellen erprobten Verfahren auf ganze Nervenzell-Netzwerke zu erweitern, beschreitet Jasanoff den umgekehrten Weg: Er will die Tomografentechnik so verfeinern, dass er damit die Einzelheiten der Hirnchemie sichtbar machen kann.

Schon heute offenbaren die bunten Aufnahmen der sogenannten funktionellen Kernspintomografen (fMRI), wo im Gehirn sich gerade etwas tut. Weil sich das Signal des Blutfarbstoffs Hämoglobin verändert, wenn er Sauerstoff abgibt, lässt sich nachweisen, wo gerade besonders viel Blut pulst. Das allerdings ist nur ein indirekter Hinweis auf rege Nervenzellaktivität, das elektrische Sperrfeuer der Neuronen selbst bleibt unsichtbar. Genau das will Jasanoff ändern: Er will den Nervenzellen selbst bei ihrer Denkarbeit zugucken.

Nervenzellen kommunizieren mittels kleiner Moleküle, der sogenannten Botenstoffe. Was Jasanoff deshalb brauchte, waren molekulare Sonden, die diese Botenstoffe im Gehirn aufspüren und im Kernspintomografen sichtbar machen können. "Anfangs war ich naiv genug zu glauben, ich müsste mich nur aus dem Regal der Chemiker bedienen", sagt er. Jahrelang testete er Substanzen, doch entweder sprachen sie nicht eindeutig genug auf die neuronalen Botenstoffe an, oder sie ließen sich nicht ins Gehirn einschleusen. Jasanoff blieb nur der mühsame Weg, seine Sonden selbst zu synthetisieren.

Sehen, was niemand zuvor so sehen konnte

Nun verkündet der MIT-Forscher, dass die erste seiner Substanzen (er taufte sie auf den charmanten Namen BM3h-9D7) reif für den Laboreinsatz ist. Ins Gehirn injiziert, zeigten diese Moleküle zuverlässig an, wo gerade Dopamin ausgeschüttet wurde. Für Hirnforscher ist dies von großer Relevanz, denn Dopamin ist gleichsam die Währung, mit der sich das Gehirn für alles belohnt, was es als positiv bewertet. Dieser Botenstoff spielt deshalb eine Schlüsselrolle bei der Steuerung dessen, was uns antreibt und motiviert, aber auch beim Phänomen der Sucht.

Noch sind die molekularen Sonden des MIT-Forschers nicht ausgereift genug, um Anwendung im Menschen finden zu können. Denn noch müssen sie durch die Schädeldecke direkt ins Hirn injiziert werden, außerdem sind sie nicht empfindlich genug. "Wir haben die Ratten in unseren Experimenten mit Elektroden gezielt gereizt", sagt Jasanoff. Um Tiere und irgendwann auch Menschen während ihres natürlichen Verhaltens untersuchen zu können, müssten auch wesentlich geringere Schwankungen im Dopamin-Haushalt sichtbar gemacht werden.

Doch Jasanoff ist optimistisch, dass ihm das gelingen wird. Schon testet er weitaus empfindlichere Substanzen. Und auch Sonden, die auf andere Botenstoffe ansprechen, hat er bereits in seinem Sortiment. Irgendwann, so hofft er, werde er der Fachwelt einen ganzen Satz von Molekülen präsentieren können, mit denen sich im Kernspintomografen die gesamte Hirnchemie aufklären lässt. Nach 15 Jahren der Tüftelei ist für Jasanoff nun die Zeit der wissenschaftlichen Ernte angebrochen: "Ich habe Spaß an der Chemie und am Austüfteln neuer Techniken", sagt er. "Aber mein eigentliches Ziel ist es, mehr über das Gehirn zu verstehen. Und endlich bin ich so weit, dass ich Hirnvorgänge sehen kann, die niemand zuvor so sehen konnte."

11 Leserkommentare Diskutieren Sie mit!
TommyWong 02.05.2014
stanleybi 02.05.2014
silverhair 02.05.2014
Thagdal 02.05.2014
misr35 03.05.2014
hr_schmeiss 03.05.2014
reuanmuc 03.05.2014
reuanmuc 03.05.2014
chen-men 03.05.2014
reuanmuc 03.05.2014
chen-men 03.05.2014

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Zum Autor
  • Jason Grow
    Mehr als 100 Colleges und Hochschulen, und dabei die weltweit höchste Dichte an Nobelpreisträgern: Boston ist, zusammen mit dem jenseits des Charles River gelegenen Uni-Städtchen Cambridge, die unumstrittene Welthauptstadt des Geistes. Besser als an jedem anderen Ort lässt sich hier verfolgen, wie sich das Weltbild der modernen Wissenschaft formt und verändert. Aus den Labors und Denkerstuben dieser außergewöhnlichen Stadt berichtet Korrespondent Johann Grolle, der 18 Jahre lang Wissenschaftsressortleiter des SPIEGEL war.


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