Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.

3-D-Atlas "BigBrain": Das Hirn in hauchdünnen Scheiben

Amunts, Zilles, Evans

Nie zuvor wurde das Gehirn des Menschen im Detail so genau dargestellt: Forscher haben das Gehirn einer Toten in hauchdünne Scheiben geschnitten und einen 3-D-Gehirn-Atlas geschaffen.

Jülich - Diese neue dreidimensionale Gehirn-Darstellung geht ins Detail wie nie zuvor: Deutsche und kanadische Wissenschaftler haben die bislang detaillierteste Abbildung des menschlichen Hirns erschaffen. Die Auflösung ihres virtuellen Modells "BigBrain" sei 50-mal genauer als das, was es bisher in dem Bereich gegeben habe, schreiben die Forscher jetzt im US-Fachmagazin "Science".

Für ihren Gehirn-Atlas haben die Experten das Hirn einer 65-jährigen Toten in über 7400 hauchdünne Scheiben geschnitten. Die Gehirnscheiben seien dünner als ein menschliches Haar, sagt Projektleiterin Katrin Amunts, die am Forschungszentrum Jülich und der Universität Düsseldorf arbeitet. Schicht für Schicht hat das Team die einzelnen Scheiben gescannt und sie anschließend an Großrechnern dreidimensional rekonstruiert.

Die Wissenschaftler können die Strukturen des Gehirns mit einer Auflösung von 20 Mikrometern darstellen – also nahezu auf Zellebene genau. Die bislang in der Medizin genutzten Modelle seien dagegen sehr ungenau, sagt Amunts. Mit der neuen Darstellung können die Forscher jetzt einzelne Zellen erkennen. Sie sehen, wie dicht sie liegen und wie sie verteilt sind.

Erkrankungen besser erkennen und behandeln

Das Modell soll in Zukunft vor allem anderen Medizinern helfen: Es könne bei neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen angewendet werden. Bei tiefer Hirnstimulation, die zum Beispiel bei Parkinson-Patienten angewendet werde, müssten etwa die nur zwei Millimeter dicken Elektroden exakt platziert werden, erläutert Amunts.

Außerdem wollen die Forscher mit Hilfe des hochauflösenden Modells die Gehirnstruktur bis auf die Ebene einzelner Nervenzellen hinab verstehen lernen. "Mit Hilfe unseres Hirnmodells können wir nun in verschiedenen funktionellen Hirnarealen neue Einsichten in deren normalen Aufbau gewinnen und zahlreiche Strukturmerkmale messen", sagt Amunts. So könnten Veränderungen im Hirn erkrankter Menschen künftig genau bestimmt und medizinisch bewertet werden.

Die durch "BigBrain" gewonnenen Erkenntnisse sollen auch in das Human Brain Project einfließen, an dem auch Jülicher Forscher beteiligt sind. Im Zuge des Großprojekts soll das gesamte Wissen über das menschliche Gehirn zusammengefasst und mittels computerbasierter Modelle und Simulationen nachgebildet werden. Detaillierte Darstellungen des Gehirns sind dafür essentiell. Denn je besser ein Modell wird, umso eher können Wissenschaftler es benutzen, um damit virtuell zu experimentieren – um etwa die Wirkung von Medikamenten vorherzusagen oder Ursachen von Erkrankungen zu erkennen.

"BigBrain" wird frei zugänglich sein. So können Wissenschaftler in das Softwaretool zum Beispiel auch Daten aus anderen Hirnmodellen integrieren, etwa Daten über den molekularen Aufbau, genetische Informationen oder Informationen zu Verbindungen zwischen den Hirnarealen. Und sie können ihre Daten für Kollegen zugänglich machen.

dal/ afp/ dpa

Diesen Artikel...

© SPIEGEL ONLINE 2013
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH



Fotostrecke
Human Brain Project: Das simulierte Gehirn

Kurzer Wegweiser durch das Gehirn
Gehirn: Steuerzentrale des Körpers
Als Gehirn bezeichnet man den im Kopf gelegenen Abschnitt des Nervensystems, der die zentrale Steuerungszentrale des Körpers bildet. Bei höher entwickelten Tieren bildet das Gehirn zusammen mit dem Rückenmark das Zentralnervensystem. In ihm sind die Sinneszentren und übergeordnete Schaltzentren (Koordinations- und Assoziationszentren) zusammengefasst. Es ist für die Ausbildung komplizierter Handlungsabläufe, für die Fähigkeit des Gedächtnisses und für die Ausprägung von Denken, Gefühlen, Bewusstsein und Intelligenz verantwortlich.
Gehirnteile: Vorderhirn, Mittelhirn, Rautenhirn
Das menschliche Gehirn und auch das Gehirn vieler Tiere ist in drei Hauptteile gegliedert: Vorderhirn, Mittelhirn und Rautenhirn. Schon bei niederen Wirbeltieren entstehen aus dem Vorderhirn (Prosencephalon) das der Nase zugeordnete Endhirn (Großhirn) und das den Augen zugeordnete Zwischenhirn. Das Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt ungegliedert erhalten. Das Rautenhirn (Rhombencephalon) gliedert sich weiter auf in das Hinterhirn mit dem Kleinhirn und der Brücke sowie in das verlängerte Mark, das den Übergang zum Rückenmark bildet. Mit zunehmender Höherentwicklung vergrößern sich die Teile und differenzieren sich weiter.
Großhirn: Spezialität des menschlichen Gehirns
Speziell für das menschliche Gehirn ist die Größe und Komplexität des Großhirns. Die Faltung seiner Oberfläche bewirkt eine enorme Oberflächenvergrößerung, so dass es die übrigen Hirnteile überwölbt. Das Großhirn ist das Zentrum für unsere geistigen und seelischen Fähigkeiten und damit für die komplexesten Gehirnleistungen. Es besteht aus zwei Hälften (Hemisphären), die durch ein dickes Bündel Nervenfasern, den sogenannten Balken, miteinander verbunden sind.
Großhirnrinde: Sitz der "grauen Zellen"
Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde (Cortex cerebri, kurz Cortex) bezeichnet. Sie ist nur etwa zwei bis fünf Millimeter dick und enthält die erstaunliche Menge von 10 bis 14 Milliarden Nervenzellen. Wenn Gehirne in Formalin haltbar gemacht werden, sieht die Großhirnrinde grau aus. Sie wird deshalb auch als graue Substanz bezeichnet und umgangssprachlich spricht man oft von "grauen Zellen". Der übrige Teil des Großhirns besteht aus Nervenfasern, welche die Nervenzellen mit anderen Hirnteilen verbinden. Dieser Teil wird auch als weiße Substanz bezeichnet.

Der kompakte Nachrichtenüberblick am Morgen: aktuell und meinungsstark. Jeden Morgen (werktags) um 6 Uhr. Bestellen Sie direkt hier: